tel. +48 500131562 tel. +48 22 125 51 13 info@monolithgroup.eu

Zbrojenie kompozytowe

Zbrojenie kompozytowe (zbrojenie niemetaliczne) to alternatywne rozwiązanie dla tradycyjnej stali zbrojeniowej w konstrukcjach żelbetowych.

Zbrojenie kompozytowe składa się z ciągłych włókien (włókna szklane/włókna węglowe/włókna aramidowe/włókna węglowe) osadzonych w żywicy polimerowej termoutwardzalnej lub termoplastycznej.

Nasz zespół projektantów i inżynierów budownictwa zajmuje się projektowaniem konstrukcji żelbetowych i ich elementów z zastosowaniem stali niemetalicznej- stali kompozytowej.

  • Współpracujemy z Wykonawcami i Producentami stali kompozytowej na terenie całego kraju.
  • Opracowujemy projekty wykonawcze zamienne z stalą kompozytową

Pręty kompozytowe charakteryzują się :

  • wysoką odpornością na korozję
  • obojętnością elektromagnetyczną (nie zaburzają pracy urządzeń)
  • niską przewodnością cieplną i elektryczną (głównie GFRP i AFRP)
  • niskim ciężarem własnym (4-5cio krotne lżejsze od stali zbrojeniowej)
  • wysoką wytrzymałością na rozciąganie (2-4 krotnie wyższa od stali zbrojeniowej)
  • łatwość cięcia i łączenia prętów

Rozróżniamy następujące typy stali kompozytowej stosowanej w budownictwie:

  • stal kompozytowa z włokien szklanych GFRP (glass fiber reinforced polymer)
  • stal kompozytowa z włókien aramidowych AFRP (aramid fiber reinforced polymer)
  • stal kompozytowa z włókien węglowych CFRP (carbon fiber reinforced polymer)
  • stal kompozytowa z włókien bazaltowych BFRP (basalt fiber reinforced polymer)

Nasze doświadczenie z kompozytem w konstrukcjach żelbetowych:

  • płyty fundamentowe pod budynki jedno i wielorodzinne,
  • ławy i stopy żelbetowe dla budownictwa mieszkaniowego,
  • płyty fundamentowe pod urządzenia specjalistyczne (stal kompozytowa jest obojętna elektromagnetycznie),
  • ściany oporowe
  • stropy żelbetowe międzykondygnacyjne, stropodachy
  • belki żelbetowe, belki podwalinowe
  • posadzki przemysłowe,
  • zbrojenie uzupełniające.

Rys historyczny

Zbrojenie kompozytowe FRP (fiber reinforced polymer) wykorzystujemy w konstrukcjach budowlanych od ponad trzydziestu lat (początki w latach 80-tych ubiegłego wieku). Pierwse próby zastosowania zbrojenia niemetalicznego miało miejsce w: USA, Japoni, Kanadzie i ZSRR w latach 70-tych ubiegłego wieku. Do powszechnego zastosowania w latach 80-tych XXw.

Zbrojenie niemetaliczne - budowa pręta

Technologia kompozytów

Zbrojenie kompozytowe

składa się z ciągłych włókien (włókna szklane/włókna węglowe/włókna aramidowe/włókna węglowe) osadzonych w żywicy polimerowej termoutwardzalnej lub termoplastycznej.
Żywica termoutwardzalna: poliestrowa/epoksydowa/winyloestrowa
Żywiva termoplastyczna: PEEK/PPS/PSUL

Pręty kompozytowe

zbrojenie niemetaliczne produkowane są w zakładzie proukcyjnym metodą pultruzji. Metoda pultruzji (metoda prasowania ciąglego) polega na przeciąganiu włókna nawiniętego na szpulę przez kolejne systemy:

  • system impregnujący żywicą termoutrwardzalną
  • system kształtujący.

Zawartość włókien w kompozycie to przedział około 80% objętości pręta; zawartość żywicy to około 20%. objętości pręta.
Włókno zapewnia wytrzymałość oraz sztywność kompozytu. Żywica zapewnia odpowiednie połączenie i lokalizację włókie, również zabezpiecza żywica przed uszkodzeniami mechanicznymi i chemicznymi włókna kompozytu.

Aby zapewnić współpracę stali kompozytowej z betonem, wykonuje się żebra (imitacja żebrowanej stali zbrojeniowej) na powierzchni za pomocą posypki piaskowej i/lub nawinięcie dodatkowych włókien imitującej żebra

Konstrukcje kompozytowe - proces produkcji

Rozróżniamy następujące typy stali kompozytowej stosowanej w budownictwie:

Stal kompozytowa z włokien szklanych GFRP (glass fiber reinforced polymer)

  • Podstawowy (najtańszy) produkt z zbrojenia kompozytowego.
  • Włókna szklane są bardzo podatne na działanie wysokich temperatur (spadek nośności w temepraturach około 100C).
  • Są wrażliwe na środowisko chemiczne (szczególnie środowisko zasadowe).
  • Niska odporność na działania wielokrotnie zmienne.
  • Niska wytrzymałość na ściskanie w stosunku do wytrzymałości na rozciąganie.

Stal kompozytowa z włókien aramidowych AFRP (aramid fiber reinforced polymer)

  • Występują w dwóch odmianach:
    • typowa odkształcalność na poziomie ~90GPA
    • z podwyższonym modułem do ~120GPa.
  • Włókna aramidowe są trwałe na wpływy środowiskowe i podwyższonej temperatury (mogą ulec degradacji w środowisku niektórych kwasów i alkaliów).
  • Wysoka wytrzymałość na ściskanie (~20% poniżej wytrzymałości na rozciąganie).
  • Wysoka odporność na obciążenia zmęczeniowe przy rozciąganiu.
  • Wrażliwość na promieniowanie UV.
  • Przy wysokim poziomie zawilgocenia mają tendencje do pękania i powstawania mikroporów (podłużne rysy w betonie).

Stal kompozytowa z włókien węglowych CFRP (carbon fiber reinforced polymer)

  • Najlepsze właściwości mechaniczne tzn wysoka wytrzymałość na rozciąganie ~3500MPa do sztywności włókien (odkształcalność) ~350GPa.
  • Wysoka wytrzymałosć na obciążenia wielokrotnie zmienne (oddziaływania zmęczeniowe).
  • Włókna węglowe są odporne na wpływ agresywnego środowiska.
  • Zniszczenie materiału jest nagłe i kruche.
  • Niska wytrzymałość na ściskanie w stosunku do wytrzymałości na rozciąganie Włókna najdroższe (~15 krotnie większe od włókien szklanych)

Stal kompozytowa z włókien bazaltowych BFRP (basalt fiber reinforced polymer)

  • Włókna niepalne (temperatura krytyczna 1450C) przy nieznacznie wyższych właściwościach mechanicznych od włókien szklanych.
  • Wysoka odporność włokien bazaltowych na środowisko agresywnie chemicznie.
  • Włókna bazaltowe są nieznacznie droższe od włokien szklanych.

Wpływ na środowisko chemiczne i wpływ na odporność temperatur decyduje zastosowanie odpowiedniej matrycy żywicy.

Zbrojenie kompozytowe - rodzaje prętów

Właściwości stali kompozytowej

Stal kompozytowa- zbrojenie niemetaliczne różni się od klasyznej stali zbrojeniowej.

Właściwości mechaniczne stali kompozytowej (ogólnie dla wszystkich typów):

  • Wysoka wytrzymałość na rozciąganie (2-4 krotnie wyższa od stali zbrojeniowej)
  • Brak uplastycznienia przed zerwaniem (wykres naprężenie-odkształcenie jest liniowy); stal zbrojeniowa posiada wielokrotnie wyższą cechę na odkształcenia od stali kompozytowej
  • Zbrojenie kompozytowe jest matriałem anizotropowym tzn pręty kompozytowe mają różne właściwości w różnych kierunkach: wytrzymałość na rozciąganie jest kilkakrotnie wyższa od wytrzymałości na ściskanie i ścinanie
  • Niska wytrzymałość prętów na oddziaływania wielokrotnie zmienne (podatność na zjawisko pełzania. Wytrzymałość zmęczeniową posiadają pręty kompozytowe CFRP (włókna węglowe)
Właściwości mechaniczne stali zbrojeniowej vs stali kompozytowej

Stal zbrojeniowa

AIIIN

GFRP

włókno szklane

CFRP

włókno węglowe

AFRP

włókno aramidowe

BFRP

włókno bazaltowe

Wytrzymałosć na rozciąganie [MPA]

~500-650

~1 100

~3 500

~2 000

~1 500

Modół Younga dla rozciągania [GPA]

200

~42

~350

~90

~70

Odkształcenia przy zerwaniu [%]

6,0-12,0

~2,1

~0,6

~3,1

~2,2

Ciężar własny [g/cm3]

7,85

~1,6

~1,6

~1,3

~1,9

~ wartości laboratoryjne na podstawie producenta

Właściwości fizyczne stali kompozytowej (ogólnie dla wszystkich typów):

  • 4-5 cio krotny lżejszy materiał od stali zbrojeniowej co ułatwia prace zbrojarskie i zdecydowanie obniża koszty transportu stali kompozytowej.
  • Łatwość cięcia prętów od stali tradycyjnej
  • Średnice fi 4-10 dostępne są w kręgach; Średnice od fi 12 dostarczane jako dłużyca.
  • Produkcja jest mniej energochłonna od stali zbrojeniowej
  • Ograniczone możliwości gięcia prętów ze stali kompozytowej. Gięcie prętów ze stali kompozytowej jest uzależnione od możliwości producenta stali kompozytowej. Nie ma możliwości gięcia prętów kompozytowych na placu budowy
  • Gorsza współpraca stali kompozytowej z betonem od stali zbrojeniowej (współczynnik rozszeżalności termicznej).
  • Duża odproność na korozję w stosunku do stali zbrojeniowej
  • Bardzo niska odporność na działanie wysokich temperatur – w przypadku ognioodporności elementu żelbetowego, stal kompozytowa wymaga wysokiej wartości otuliny betonu i odpowiedniego włókna kompozytowego.
  • Niska trwałość zbrojenia kompozytowego w przypadku środowiska zasadowego. Odporność na alkalia można zwiększyć przez dobranie odpowiedniej żywicy dla włókien.
  • Wysoka odporność stali kompozytowej dzialające destrukcyjnie na klasyczną stal zbrojeniową np: chlorki wody morskiej, ciecze żrące, środki odladzające itp.
  • Niska odporność prętów kompozytowych na bezpośrednie działanie promieniowania UV – otulina betonowa jest wystarczająca aby zabezpieczyć kompozyt przed promieniowaniem UV.