Історія технології

З середини XX століття, завдяки підвищеному інтересу представників будівельних сфер до стійкого корозійного впливу матеріалу, активізувалося використання армованих склом і пластиком бетонних конструкцій. Крім того, поява необхідності забезпечення окремих видів споруд антимагнітними, а також діелектричними властивостями ще більше посилило бажання забудовників використовувати багатокомпонентну арматуру. До того ж, дуже важливо було враховувати велику витрату, навіть без того вже існуючого дефіциту рудних копалин, що використовуються в сталевому аналозі.

Спочатку, головною основою багатокомпонентного каркасу було безперервне, стійке до лугів, волокно зі скла, що має діаметр 10-15 мікрон. Воно притягувало абсолютну інертність до дій лужного середовища. Арматурний стрижень формувався зі скловолокон, а для головного сполучного активно використовувалася сировина зі смоли поліефірного, епоксидного або іншого подібного синтетичного складу.

На заводах великих міст країн колишнього СРСР застосовувалася технологія з виготовлення неметалічного, стійкого до лужного середовища, стрижня зі скла. Його діаметр становив 6 мм, а склад містив зовсім невеликий коефіцієнт діоксиду цирконію.

Виготовлення першої багатокомпонентної арматури для експерименту було здійснено завдяки великому бажанню, а також праці радянських вчених. Цей часовий період охоплює 60-ті роки. Згідно з численними результатами практичних експериментів відносно стрижня п’ятиміліметрового склопластикового композиту був встановлений цілий ряд його фізико-технічних характеристик:

• вихідний модуль пружності бетону 50 ГПа;
• межа міцності 1,5 ГПа;
• межа щільності 2 т / м3;
• тривалість коефіцієнта міцності в оптимальному температурному режимі з відповідною вологістю 65%.

На той час наявність великої кількості організаційних факторів не дозволяла налагодити стабільне виробництво такого роду арматури. Але при цьому, будівельні компанії зводили все більше будівель, споруд, конструкцій, де використовується склопластиковий каркас. Багато з них експлуатуються досі. Це було першим великим кроком на шляху до удосконалення виробництва, а також використання неметалевого типу арматури.

З 1969-го по 1979-й рік бетонні траверси ліній електропередач армувалися склопластиковими прутами в багатьох країнах колишнього СРСР. За розробленими експериментальними зразками електроізолюючих траверс опор ЛЕП були виготовлені, а також встановлені серйозної протяжності ділянки ліній електропередач у багатьох регіонах таких країн, як Білорусія, Аджарія, Росія. До того ж, фахівці всіх країн досліджували склопластиковий каркас для зміцнення опор контактної мережі і в конструкція напірних стояків. Крім того, її застосували навіть на промислових, транспортних або торгових комплексах кольорового металу або складах неорганічних добрив. Застосування подібного багатокомпонентного виду стрижня при кладці споруд з легкого за вагою бетону, в траверсах з відсутністю ізоляції, фундаментах, покриттях почалося з 70-х років XX століття.

Але, не дивлячись на активне, позитивне використання каркаса зі скла і пластика в багатьох сферах життєдіяльності, на жаль, заводське виробництво склопластикового, укріплювального каркасу так і не було здійснено.

Багатокомпонентна арматура також була активно використана при зміцненні перекриття технологічних галерей кислотної станції Світлогірського комбінату штучного волокна. Для армування використовувався стрижень діаметром 6 мм. Його ребра і плити поперечного напрямку завчасно встановлювалися під напругу. Це спричинило тільки позитивні наслідки, а також знизило витрати.

У 1970 р. поблизу Костроми, згідно з даними розробок та аналізу результатів ІСіА Держбуду БРСР разом з ДПІ ” Сельенергопроект», була продана в користування лінія опор ЛЕП-10 кВ з траверсами, бетон яких був укріплений склом з пластиком. Ставропіль прославив 1972 р., здавши в експлуатацію аналогічну споруду ЛЕП, тільки на 35кВ. А 1975 р. став важливим для Гродно і Солігорська, де підключили ЛЕП – 10 кВ. Ще однією знаменною датою щодо установки ЛЕП на 0,4 і 10 кВт є 1979 р. — Батумі.

Збірна, трипроменева конструкція траверси – це два прямолінійних, заздалегідь напружених, склопластикових елемента, до яких прикріплено три дроти. Основою траверси був електроізолюючий бетон, армований чотирма стрижнями діаметром 6 мм в кожному окремому елементі.

Фахівці Усть-Каменогорського комбінату кольорової металургії оволоділи виробництвом попередньо напружених електролізних ванн для отримання алюмінію, конструкція яких армувалася склопластиковим стрижнем з діаметральною величиною 6 мм. з використанням 4-х міліметрової арматури з композиту, згідно з проектом кафедри «мости і тунелі» Хабаровського політехнічного інституту, був зведений перший клеєний з деревини міст. Він датується 1975 роком.

1976 рік – це масштабне будівництво насувних складів з нетрадиційною конструкцією на території білоруських міст Рогачов і Червень. Арки складських армувалися багатокомпонентним дротом, діаметр якого становив 6-8 мм.

Армований у 1981 році багатокомпонентними стрижнями міст на річці Шкотівка (Далекий Схід Росії) експлуатується до сьогоднішнього дня. Пролітна будова моста являє собою шість двотаврів з металу 45, які завчасно напружені затяжками з 12 багатокомпонентних стрижнів діаметром 6 мм.

Крім того, 1989 рік запам’ятався історії здачею ще одного моста Хабаровського краю з застосуванням комбінованого армування: чотири пучка здійснювали напругу по 24 склопластикових стрижнів діаметром 6 мм. Зміцнення балок каркасом класів А-I і А-II залишилося без істотних змін.

Згідно з результатами проведених досліджень, ефект попереднього напруження для багатокомпонентної арматури в мостах, датований періодом з 1975-го по 1989-й роки, залишився колишнім.

Двотисячні роки після тривалої перерви прославили Росію новими експериментальними результатами щодо розробки технологій для нових зразків АСП. Великий теоретичний внесок при розвитку цієї сфери, спільно з практичним досвідом ТОВ “Ярославського заводу композитів”, вклали фахівці наукових центрів НДІЖБ, а також ФГУП «НДЦ МАТИ». Результат їх спільної роботи – це новий багатообіцяючий, перспективний метод безфільерної технології пултрузія.

При вивченні вже експлуатованого стрижня, велика увага приділялася таким її фізико-технічними характеристиками, як міцність, довговічність, корозійна стійкість, а також стійкість до агресивних впливів різних середовищ. Під час досліджень були виведені нові показники використання такого роду каркаса:

• тимчасовий опір до розриву до 1500 МПа;
• вихідний модуль пружності 50 000 МПа;
• щільність 1,8-2 т / м3 при вазі волокна зі скла в 80%;
• при розтягуванні робоча діаграма залишається прямолінійною аж до самого моменту розриву, грань деформацій до цього моменту 2,5-3%;
• довготривала міцність каркаса при нормальних температурно-вологих умовах 65% від тимчасового опору;
• коефіцієнт лінійного розширення 5,5-6,5*10-6.

Також, був досліджений рівень вигину сполучних елементів арматури під впливом статичних навантажень.

Що стосується міжнародної теоретичної а також, само собою, практичної історії, то використання багатокомпонентної арматури почалося ще до Другої світової війни. Власне аерокосмічна промисловість показала справжні, якісні характеристики такого роду каркаса. А під час війни інтерес до легкого, практичного, а головне, довговічного матеріалу тільки посилився. Далі, стрімко розвивається економіка США, потрібна була не дуже дорога сировина, яка б задовольняла запити споживача. Саме таким чином були зроблені співвісно-орієнтований волокнистий пластик, а також композитний пластик, які використовувалися для виготовлення ключок для гольфу або вудок. І тільки до 60-х років цей матеріал став розглядатися, як головна сировина бетонної арматури.

Але ще 50-ті роки дуже гостро відчували потребу в зміні матеріалу для систем швидкісних автотрас, цілодобове техобслуговування яких було дуже витратним. Використовуючи сіль для очищення льоду з автодорожніх мостів, дорожні служби зіткнулися з проблемою корозії, а також її негативного впливу на сталеву арматуру. Це було хорошим спонуканням до проведення досліджень різних захисних покриттів (цинкових, з електростатичним напиленням, полімербетонів, епоксидних, а також арматури зі склопластику), згідно з результатами яких краще всіх варіантів при умовах агресивного середовища проявила себе композитна арматура зі скла і пластику. Проте, використання такого роду каркасу не вважалося ефективним через більшу його вартість. Саме з цих причин він не знайшов свого активного комерційного поширення до кінця 70-х років. “Застосування технології композитних матеріалів при проектуванні, а також будівництві мостів ” (Plecnik and Ahmad 1988) офіційний документ, датований 1983 роком, який є першим проектом Міністерства транспорту США. Монополістом в області первісної розробки арматури зі склопластику на території США була корпорація Marshall-Vega Inc. Спочатку, склопластиковий каркас був просто ідеальною альтернативою сталевому аналогу для полімербетону через повну відсутність сумісності характеристик температурного розширення між полімербетоном і сталлю. До кінця 70-х років на цей же ринок вийшла ще одна корпорація – це International Grating Inc. Цей період пов’язують з виникненням великої проблеми погіршення стану мостів під впливом корозії, викликаної дією хлорид-іонів. Головним, навіть єдиним вирішенням питання швидкого старіння мостів стало армування конструкції склом з пластиком. Два цих економічних об’єднання зробили великий внесок у розвиток виробництва, а також експлуатації багатокомпонентної, склопластикової арматури, і закінчили свою діяльність щодо цього напрямку ближче до 80-х років. Наступний часовий період прославився використанням каркаса зі скла і пластика при будівництві медичних установ, центрів, комплексів. Потреба в експлуатації саме такого роду арматури була пов’язана з великим впливом сталевого аналога на результати медичного обладнання магнітної резонансної томографії. Найбільші проекти – це будівлі Gonda Building Рочестерської клініки Mayo в штаті Міннесота, Національний інститут онкології на території міста Бетесда штату Меріленд. А далі, їм зміцнювалися конструкції мостів, хвилеломів, основи реакторів електропідстанцій, злітно-посадкові смуги, лабораторії електроніки. Найбільш знаменитими проектами є мости на території міста Поттер Каунті штату Техас і міста Беттендорф штату Айова. Це посприяло проведенню нових ретельних досліджень в області неметалевої арматури, результати якої зберіг документ «Елементи з волоконних композитів і технологія застосування неметалевої арматури».

У 1986 р. Німеччина спорудила автодорожній міст, використовуючи склопластикову арматуру. Японія до середини 90-х років вже динамічно використовувала каркас з FRP. Результат більше 100 комерційних проектів із застосуванням стержня зі склопластику були описані науковою роботою «Рекомендації з проектування та будівництва”.

Споруда настилу канадського моста Crowchild під небом регіону Калгарі штату Альберта, датована 1997 роком, також армована стрижнем зі склопластику. Цивільні інженери цієї країни довгий час працювали над розробкою положення щодо застосування неметалевої арматури. Свій результат вони закріпили офіційним документом — “Канадський звід норм проектування автодорожніх мостів”. На його підставі побудували цілу серію демонстраційних проектів. Найвидатнішими, найвдалішими з них є: Міст Headingley в Манітобі, міст на Kent County Road №10, міст Joffre Bridge через річку Сен-Франсуа, розташований в Шербруку (Квебек). Таким чином, Канада зайняла лідируючі позиції щодо побудови мостового настилу.

Британська Колумбія використовувала склопластикову арматуру при зведенні винного заводу, датованого 1998 роком.

Нині, найбільш великим споживачем каркаса з багатокомпонентного матеріалу є Китай. Фахівці будівельної промисловості країни використовують її при зведенні нових конструкцій різних сфер від настилів мостів і до підземних покриттів або кріплень.