Wzmacnianie konstrukcji materiałami kompozytowymi FRP

Artykuł archiwalny
Autor 
Portal hoga.pl
01.02.2012Komentarze (1)

Kiedy konstrukcja wymaga wzmocnienia pojawiają się pytania,  w jaki sposób najlepiej ją wzmocnić. Częstym problemem są miejsca, gdzie wzmocnienia nie powinny być widoczne, gdyż zaburzą tym samym funkcję i ważną architekturę budynku – tak jak ma to miejsce w przypadku zabytków.

Materiały kompozytowe FRP
Z pomocą przychodzą tutaj materiały kompozytowe, takie jak taśmy czy maty FRP (ang. Fiber Reinforced Polymers), które składają się z dwóch faz: matrycy (faza ciągła) oraz zbrojenia (faza rozproszona).

W produkcji taśm jako fazy rozproszonej używano włókien szklanych, których wadą była jednak niska odporność ogniowa oraz mała odporność na korozję chemiczną, bądź też włókien aramidowych, które należą do grupy włókien organicznych. Obecnie najbardziej popularne w użyciu są włókna węglowe, dosyć odporne na działanie wysokich temperatur oraz agresywne środowisko, co jednak zwiększa koszty wzmocnienia.

Żywice, które są matrycą kompozytu, możemy podzielić na dwie podgrupy w zależności od zachowania pod wpływem temperatury - żywice termoutwardzalne, do których zaliczyć możemy żywicę epoksydową, polimerową oraz winylową, oraz żywice termoplastyczne. Często stosowana żywica epoksydowa wykazuje mały skurcz podczas twardnienia, dobrą przyczepność włókien oraz dość dobrą odporność ogniową, jednak jej czas twardnienia jest długi.

Rodzaje wzmocnień
Wzmocnienia belek żelbetowych można podzielić na dwie podstawowe grupy – wzmocnienia bierne oraz czynne. Wzmocnienia bierne polegają na mocowaniu taśm do powierzchni belek za pomocą klejów polimerowych bądź też łączników mechanicznych. Wzmocnienia czynne różnią się użyciem wstępnie naprężanych materiałów FRP.

Wzmocnienia bierne
Wzmocnienia bierne są najczęściej stosowanymi w praktyce wykonawczej wzmocnieniami, wiele firm ma już w swojej ofercie taśmy, które możemy przy pomocy różnego rodzaju klejów przytwierdzać do konstrukcji wymagającej wzmocnienia, a ich ceny powoli sprawiają, że dostępność tego typu rozwiązań staje się coraz większa.

Wśród wzmocnień biernych mocowanych mechanicznie do konstrukcji wyróżniamy materiały mocowane przy pomocy łączników wkręcanych bądź wstrzeliwanych, przy czym badania pokazują, iż łączniki wkręcane są bardziej wydajne niż wstrzeliwane z powodu lepszej techniki montażu, która nie powoduje żadnych zniszczeń betonu ani taśm FRP podczas mocowania.

Możliwe jest także kompleksowe mocowanie taśm FRP, które polega na równoczesnym użyciu klejów i łączników mechanicznych, co przyczynia się do wzrostu nośności belek na zginanie.

Główną wadą wzmocnień biernych jest brak sygnalizacji nadchodzącego zniszczenia – po wyczerpaniu nośności kleju następuje odspojenie taśmy od powierzchni wzmocnionego elementu, czasami spotyka się zerwanie taśmy, które również ma gwałtowny charakter.

Wzmocnienia czynne
Wzmocnienia czynne polegają na zastosowaniu taśm wstępnie naprężanych. Odkształcenia, które wprowadzane są podczas sprężania znajdują się zazwyczaj w granicach poniżej jednego procenta. Skutkiem stosowania wzmocnień czynnych jest zdecydowanie większe wykorzystanie wytrzymałościowych parametrów kompozytów, które sięga 85%, co w porównaniu ze wzmocnieniami biernymi jest znaczną wartością. Wzmocnienia czynne mogą przyczyniać się z kolei do redukcji rozwarcia rys, ale z drugiej strony wymagają  mocowania stalowych bloków kotwiących i naprężających, co jest bardziej widoczne i może mieć negatywny wpływ na konstrukcję.

Podsumowanie

Wzmacnianie przy pomocy materiałów kompozytowych jest znacznie popularniejsze za granicami Polski, gdzie stosowane jest od lat. Może mieć wiele zalet, jak chociażby możliwość ukrycia wzmocnienia, ale spektrum jego zastosowań jest wciąż ograniczone brakiem badań i doświadczenia.
 

Nasi partnerzy