PROJEKTIRANJE MIKROARMIRANIH BETONSKIH KONSTRUKCIJ IN NJIHOVE APLIKACIJE, Ljubljana, 16. maj 2019

Povzetki

Najnovejši razvoji projektiranja MAB konstrukcij

Joaquim António Oliveira de Barros, University of Minho, ISISE, Department of Civil Engineering, Portugal

V tem prispevku sta predstavljena dva modela za projektiranje konstrukcijskih elementov iz mikroarmiranega betona (MAB). Ti elementi vključujejo tudi običajno upogibno armaturo in so tukaj označeni z akronimom A/MAB. Prvi model je namenjen oceni upogibne nosilnosti A/MAB elementov z upoštevanjem zakonov sestavljanja vnesenih materialov, pri katerih je natezna nosilnost MAB po razpokanju simulirana z večdelnim diagramom nateg – širina razpoke. Model upošteva drsenje med konvencionalno upogibno armaturo in obdajajočim MAB. Ocenjuje se razmerje moment-rotacija za prečni prerez, kakor tudi moment-širina razpoke. Dobra napovedna učinkovitost tega modela je prikazana s simulacijo eksperimentalnih preskusov A/MAB nosilcev. Drugi model je namenjen vrednotenju strižne nosilnosti A/MAB nosilcev, pri čemer upošteva profil porazdelitve vlaken, odpornost vlakna na izvlek in modificirano teorijo tlačnega polja z uporabo celovite integrirane strategije. Za oceno uspešnosti razvitega modela je bila sestavljena baza podatkov iz 122 prednapetih MAB nosilcev, ki so se strižno porušili. Predvidevanja modela se dobro ujemajo s testnimi podatki in boljše od tistih, ki so bili pridobljeni z dvema pristopoma fib Model Code 2010.

MAB konstrukcije v naslednjem EC2 (Eurocode 2): napredki in odprta vprašanja

Marco di Prisco, Politecnico di Milano, Department of Civil and Environmental Engineering, Italy

Po več desetletjih raziskovalnega dela in nekaj let pionirskih aplikacij je mikroarmirani beton (MAB) danes material, pripravljen za svetovno skupnost, ob upoštevanju, da so pravila projektiranja že na voljo v več državah in prvi osnutek Priloge L k Eurocode 2 je bil že predložen projektni skupini za prvo pisanje. Priloga L večinoma temelji na dveh poglavjih, ki sta bili uvedeni v Model Code. Namenjena je samo mikroarmiranemu betonu z jeklenimi vlakni (MAB-JV). MAB-JV je lahko primerna rešitev, zlasti za statično nedoločene konstrukcije, kjer pride do prerazporeditve napetosti. Poleg nosilnosti konstrukcije je MAB-JV še posebej uporaben za boljše nadzorovanje odpiranja razpok v pogojih uporabe, kar še posebej vpliva na trajnost konstrukcije, zlasti v agresivnih okoljih. Poleg tega je stabilnost konstrukcije danes glavna skrb projektanta: tudi s tega vidika bi lahko MAB-JV izboljšal obnašanje konstrukcije, saj daje cementnemu materialu specifično žilavost tako pri tlaku kot pri nategu, to je v celotnem konstrukcijskem elementu. V pričujočem članku se predstavlja in na kratko razpravlja o glavnih napredkih in odprtih vprašanjih, izkoriščanju že uporabljenih aplikativnih raziskav in projektantskih izkušenj.

Betoni z vlakni – preskusi, projektiranje in aplikacije

Johan L. Silfwerbrand, KTH Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden

V ZDA je bil v drugi polovici 19. stoletja izumljen beton z vlakni, toda pred letom 1950 ni bilo praktične uporabe. Danes se beton z vlakni uporablja za utrjevanje kamnin, industrijske tlake, prekrivne površine in gotove betonske izdelke manjših dimenzij. Uporaba betona z vlakni v značilnih nosilnih konstrukcijah, na primer: nosilci in dvignjene plošče, pa je bila omejena. Glavna razloga sta omejene izkušnje in pomanjkanje standardov. V zadnjih letih je bilo v več državah izvedenih več konstrukcijskih preizkusov na nosilcih in ploščah iz betona z vlakni. Rezultat je bil večinoma obetaven in nekatere države so razvile tudi smernice. Naslednja različica Eurocode 2 bo verjetno vsebovala prilogo o betonskih konstrukcijah z vlakni. Jeklena vlakna so tradicionalna alternativa, vendar obstaja več alternativ, na primer: sintetična (predvsem polipropilenska), ogljikova, steklena, konopljina in bazaltna. Imajo različne prednosti in slabosti. V zadnjih letih se je povečala uporaba bazaltnih vlaken. V primerjavi z jeklenimi vlakni imajo bazaltna vlakna dve prednosti; (i) imajo podobno gostoto kot beton, kar pomeni manjše tveganje segregacije in (ii) ne korodirajo. Ta članek obravnava nekatere švedske izkušnje z betonskimi konstrukcijami z vlakni, s povzetkom nekaterih preskusov, specifikacij za projektiranje in aplikacij.

Bazaltna vlakna in polimeri ojačeni z bazalt-karbonskimi vlakni za armiranje betonskih konstrukcij

Andrzej Garbacz, Warsaw University of Technology, Poland

Marta Kosior-Kazberuk, Bialystok University of Technology

Kostiantyn Protchenko, Marek Urbański, Maria Włodarczyk, Elżbieta Szmigiera, Warsaw University of Technology, Poland

Članek opisuje najnovejši razvoj armature iz polimerov ojačenih z vlakni (POV), ki se uporablja v betonskih konstrukcijah. Trajnost, trdnost in stabilnost so glavna merila pri izbiri armature iz POV. Glavni motiv za uporabo POV je v edinstvenih značilnostih teh materialov in njihovih sestavnih delov, ko so se uporabljali za načrtovani namen. Na Tehniški univerzi v Varšavi potekajo obsežne raziskave o palicah iz hibridnih POV (HPOV) v povezavi s proizvajalcem POV v okviru programa Nacionalnega centra za raziskave in razvoj na Poljskem. Namen raziskave je raziskati mehansko in fizikalno obnašanje palic iz HPOV ter možnosti uporabe teh vrst armiranja v konstrukcijskih sistemih za upogibne in tlačne elemente.

Primena cementnih kompozita na bazi sintetičkih vlakana za prefabrikovane fasadne panele

Tijana Vojnović Ćalić, Coburg University of Applied Sciences and Arts, School of Design, Department of Architecture, Coburg, Germany

Dragica Jevtić, Dimitrije Zakić, Građevinski fakultet Univerziteta u Beogradu, Srbija

Mikroarmirani cementni kompoziti su duže vreme u upotrebi u sastavu različitih fasadnih panela dostupnih na tržištu. To su uglavnom jednoslojne tanke vlaknasto-cementne ploče. U okviru ovog rada će biti prikazan fasadni panel sa podlogom od mikroarmiranog cementnog kompozita i dekorativnim licem od kamena. Specifičnost cementnih kompozita u ovom slučaju je to što sadrže i laki agregat u vidu drobljene opeke. Razmatraće se fizičko-mehanička svojstva primenjenih mikroarmiranih cementnih kompozita i pojedine karakteristike pomenutog fasadnog panela bitne za njegovu primenu. U skladu sa održivim pristupom u građevinskoj industriji, posebnu vrednost ovog panela predstavlja upotreba lokalnih i recikliranih materijala.

Vpliv vrst in dolžine vlaken v armirano betonskih konstrukcijah

Naser Kabashi, Cene Krasniqi, Enes Krasniqi, Department of Civil Engineering, University of Prishtina, Priština, Kosovo

Hysni Morina, Institute of Building Materials and Structures “IBMS” Prishtina, Priština, Kosovo

Z vlakni ojačeni beton, ki se pogosto imenuje mikroarmirni beton (MAB), je opredeljen kot beton, ki vsebuje razmeroma kratka in diskontinuirana vlakna. Vlakna, ki se uporabljajo v MAB, se lahko razlikujejo glede na poreklo (jeklo, ogljik, steklo, polipropilen itd.), dolžino (mikro vlakna, makro vlakna), obliko (ravne, kljukaste, fibrilirane itd.), premer itd. in posledično vplivajo na obnašanje betona. Dodana vlakna, tudi pri nizki vsebnosti, vplivajo na žilavost po razpokanju in duktilnost betona. Zaradi tridimenzionalne razporeditve in visokih mehanskih lastnosti je glavna aplikacija usmerjena v betonske elemente za nadzor razpok zaradi plastičnega krčenja, izboljšanje odpornosti na utrujenost, običajno v konstrukcijskih delih, kjer armatura ni statično potrebna. Vlakna izboljšajo tudi natezno trdnost betona in zato imajo potencial za zmanjšanje ali celo odpravo običajne armature. Kljub temu je uporaba te težnje še vedno omejena. Prvič, ni splošno sprejeta metoda projektiranja in zelo zapletena določitev obnašanja po razpokanju. Različni zgoraj navedeni parametri vplivajo na obnašanje po razpokanju in v glavnem zapletajo strukturo splošne metode projektiranja, čeprav obstajajo predlogi, priporočila ali standardi. Danes so vlakna na voljo na tržišču in cenovno dostopna. Zdaj je težnja, da se opredeli izboljšanje natezne trdnosti betona in ali bodo vlakna delno ali v celoti nadomestila konvencionalne jeklene palice v konstrukcijskih elementih. V eksperimentalnem programu te študije so bili ugotovljeni rezultati 27 standardnih betonskih nosilcev z različnimi vlakni glede na izvor, obliko, dolžino, premer in njihovo vsebnost. Zaradi primerjave so bili izdelani referenčni vzorci brez vlaken. Pri vzorcih s polipropilenskimi vlakni, povečanje vsebnosti vlaken vpliva na obnašanja pred razpokanjem, vendar vsebnost, uporabljena za ta poskus, ni bila takšna, da bi vplivala na obnašanje po razpokanju. Vzorci z jeklenimi vlakni, razen vzorcev z 0,25-odstotnim volumnom, imajo izboljšano natezno obnašanje po razpokanju in boljšo kontrolo razpok.

Krčenje mikroarmiranih betonov visoke trdnosti v zgodnjem obdobju

Drago Saje in Jože Lopatič, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Ljubljana

V članku je predstavljen in opisan fenomen krčenja mikroarmiranih betonov visoke trdnosti v zgodnjem obdobju, ki smo ga eksperimentalno preiskovali. Znaten del obravnavanega krčenja se odvije v obliki avtogenega krčenja. Različne vrste vlaken na zgodnji reološki pojav vplivajo s svojo togostjo, ki ovira proces krčenja. Vlaka vplivajo na avtogeno krčenje še s svojo sposobnostjo vpijanja vode in oddajanja le te v kompozit v času intenzivne hidratacije. V okviru eksperimentalnega programa smo v betone vgrajevali različne vrste mikroarmature: kratka in dolga jeklena vlakna, suha in predhodno namočena polipropilenska vlakna, predhodno namočena bazaltna vlakna ter predhodno namočena celulozna vlakna. Prostorninski delež vsebovanih vlaken v preiskovanih betonih znaša 0,75%, razen pri celuloznih vlaknih, kjer je znašal 0,33%. Zaradi primerjave krčenja mikroarmiranega betona s krčenjem betona brez mikroarmature smo merili tudi krčenje primerljivega betona enake sestave, ki ni vseboval mikroarmature. Ugotovili smo, da so imela največji vpliv na velikost avtogenega krčenja v zgodnjem obdobju predhodno namočena polipropilenska vlakna. Zmanjšanje krčenja lahko spremlja tudi zmanjšanje trdnosti betona, česar si ne želimo. Poleg krčenja smo zato merili tudi 28-dnevno tlačno trdnost vseh obravnavanih betonov. V splošnem vlakna zmanjšajo sposobnost vgrajevanja kompozita. Spremljali smo vgradljivost kompozita glede na vrsto vlaken. V naših raziskavah so se celulozna vlakna in suha polipropilenska vlakna, ki so se napila vode, izkazala kot večja motilca vgradljivosti.

Možnost uporabe mikroarmiranega betona za izdelavo zabojnika za NSRAO

Jakob Šušteršič, IRMA Inštitut za raziskavo materialov in aplikacije, Ljubljana

Franc Sinur, Boštjan Duhovnik, IBE Ljubljana

Aljoša Šajna, ZAG Ljubljana

Teja Török Resnik, Pomgrad Murska Sobota

Zabojnik za odlaganje z nizko in srednje radioaktivnimi odpadki (NSRAO) je bil razvit z uporabo samo-zgoščevalnega betona (SCC), ki zagotavlja dolgotrajne mehanske lastnosti in izjemno nizko prepustnost za tekočine. V članku so predstavljeni rezultati dodatnih raziskav, ki dopolnjujejo oceno obnašanja SCC med uporabo. Glavni poudarek je na predstavitvi in razpravi o rezultatih MA-SCC-JV (mikroarmiranega samo-zgoščevalnega betona z jeklenimi vlakni) v svežem in strjenem stanju. Iz teh rezultatov je razvidno, da obstaja možnost nadaljnjega izboljšanja lastnosti SCC in s tem zabojnika.

Ocena trajnosti prednapetih železniških pragov iz mikroarmiranega betona

Andrej Zajc, Jakob Šušteršič in David Polanec, IRMA Inštitut za raziskavo materialov in aplikacije, Ljubljana

V članku se obravnava problematika trajnosti prednapetih železniških pragov iz mikroarmiranega betona (PŽP-MAB). Na kratko je opisan razvoj teh pragov do poskusne proizvodnje in vgradnje v poskusno polje, ki je v uporabi že 23 let. Z občasnimi pregledi se spremlja obnašanje PŽP-MAB med uporabo. Ugotavlja se, da do sedaj ni bilo opaziti razpok, še posebno na mestih nastopa največjih nateznih napetosti. Na nekaj PŽP-MAB pa so bile ugotovljene poškodbe na spodnjem delu zaradi abrazijskih in udarnih obremenitev, do te mere, da so morali biti odstranjeni s proge. Za ta problem obstaja rešitev, ki bi se morala upoštevati pri proizvodnji PŽP-MAB, v kolikor bi bila vzpostavljena ta proizvodnja.