Betong har lenge vært brukt som byggemateriale for sin høye trykkfasthet, gode holdbarhet og lave kostnader. Imidlertid er den velkjente akilleshælen dens sprøhet og begrensede strekkfasthet. Dette ble løst ganske praktisk for omtrent et århundre siden ved å bruke armeringsjern (armeringsjern) av stål i strekksiden av betongkonstruksjoner. Steel armeringsjern er funksjonseffektivt og relativt billig, så det gjør en god jobb i de fleste tilfeller. Imidlertid har stålarmeringsjern sin egen svakhet: mottakelighet for korrosjon (oksidasjon) når den utsettes for salter, aggressive kjemikalier og fuktighet. Når det korroderer, svulmer stålstang og øker strekkbelastningen på betongen, som begynner å sprekke og spalle, og skaper åpninger som fører til ytterligere og raskere forringelse av stål og betong. Dette krever kostbar reparasjon og vedlikehold, og hvis det får lov til å komme langt nok, kan det gå på bekostning av strukturens integritet. Det har blitt introdusert mange belegg og penetranter gjennom flere tiår for å tømme fuktighet fra betong, og selve armeringsjernet har blitt oppgradert med epoksybelegg eller bruk av rustfritt stål. Men det er ikke alltid mulig å forhindre korrosjon på lang sikt. Videre gjør forsterkningen av stålarmeringsjernet for å lede elektriske og magnetiske felt det uønsket i betong spesifisert for visse kraftproduksjons-, medisinsk / vitenskapelig-avbildende, kjernefysiske og elektriske / elektroniske applikasjoner.
FRP-verdiforslag
Det er mange grunner til at fiberforsterket polymer (FRP) armeringsjern gir mening i noen betongkonstruksjoner. For det første vil ikke sammensatt armeringsjern ruste eller korrodere, så det er ideelt for periodisk eller langvarig nedsenking i ferskvann eller saltlake i bruksområder som støttemurer, brygger, brygger, kaier, kaisonger, dekk, pilings, skott, kanaler, offshore plattformer, svømmebassenger og akvarier. Det er også immun mot veisalt og andre avisende kjemikalier, noe som gjør det til et mer holdbart og mindre vedlikeholdsintensivt valg for kjørebaner og broer, parkeringsstrukturer, rullebaner, Jersey-barrierer, støttemurer og fundamenter, fortauskanter, parapets og plater på klasse. Videre tilbyr den bred motstand mot en rekke andre kjemikalier som finnes på renseanlegg, fast avfallssteder, petrokjemiske anlegg, masse- og papirfabrikker, rørledninger, tanker, kjøletårn og skorsteiner, så vel som det alkaliske miljøet i selve betongen.
En annen fordel er at strekkfastheten til FRP-armeringsjern typisk er 1,5 til 2 ganger høyere enn stål, så det er en god motvekt til betongens høye trykkfasthet. Det gir også utmerket tretthetsmotstand, noe som gjør den egnet for sykliske belastningssituasjoner (slik som på veier og broer). Dessuten er kompositt-armeringsjern en fjerdedel av vekten av sammenlignbart utførende stål. Her er det en rekke praktiske fordeler. Det er mindre slitasje på bygningsarbeidere som må bære og installere det og mindre behov for kraner og annet tunge løfteutstyr. Det kuttes enkelt med vanlige skjæreverktøy, uten å skade sagbladene. Mer armeringsjern kan tas med per lastebil uten å overskride lovlige lastegrenser. For broer og lignende konstruksjoner gir det høyere styrke-til-vekt-forholdet enten større bæreevne for en gitt struktur eller mulige muligheter til å redusere størrelsen og vekten på hele strukturen. Sammensatt armeringsjern er også nyttig i vektfølsomme applikasjoner der jordsmonn har dårlige bærende egenskaper, på seismisk aktive steder eller i miljøfølsomme områder der det er uønsket å flytte tungt utstyr.
For elektromagnetisk følsomme bruksområder er både glass (den vanligste sammensatte armeringsjernforsterkning) og polymer i seg selv ikke ledende, slik at de ikke vil overføre strøm, tiltrekke lynnedslag eller forstyrre driften av elektriske apparater i nærheten. Det gjør det til et sikrere valg i aluminium og kobber smelteverk, kjernekraftverk, spesialiserte militære strukturer, flyplass tårn, elektriske og telefonoverføring tårn, mangler som inneholder elektrisk eller telefonutstyr, sykehus med magnetisk resonansavbildning (MRI) utstyr og bompenger sensing matriser og innsamlingsbås. Fordi glassforsterket kompositt er like dårlig ved termisk overføring, kan det være nyttig for å opprettholde klimakontroll i bygninger, terrassedekk og kjellere.
Selv om startkostnadene for sammensatt armeringsjern generelt er høyere enn standard stålarmeringsjern og omtrent kan sammenlignes med epoksybelagt stålarmeringsjern, kan det, når det vurderes på en livssykluskostnad (LCC), være ganske økonomisk - spesielt for ikke-forspent betongapplikasjoner. å bøye, skjære og presse belastninger som vanligvis krever hyppig reparasjon og vedlikehold eller der det er andre problemer med metall. Av alle disse grunnene og mer til, har sammensatte armeringsjern langsomt begynt å få andeler i sivilingeniørmarkedet.
Ingen regs, ingen fremgang
Sammensatte armeringsjern startet i Japan på 1980-tallet, med karbon- og aramidfiberforsterkninger i termohærdematriser, og spredte seg sakte til prosjekter i Canada på begynnelsen av 1990-tallet, sier John Busel fra American Composites Manufacturer Assn. (ACMA, Arlington, Va.). Men det tok ikke helt av, minnes han, før spesifikasjoner ble utviklet og publisert for sammensatt armeringsjern på slutten av 1990-tallet. Busel, direktør for ACMAs Composites Growth Initiative, var i 12 år sekretær og deretter styreleder for American Concrete Institute (ACI, Farmington Hills, Mich.) Komité 440 - FRP Reinforcement, i løpet av den tiden gruppen utviklet banebrytende spesifikasjoner og design guide for Frp armeringsjern.
"Å komme opp med produkter som ikke støttes av testing og forskning fungerer bare ikke med sivilingeniører," forklarer Busel. "Det krever mye data for å overbevise dem, og å få det tar tid." I lys av den virkeligheten ble Committee 440 opprettet på begynnelsen av 1990-tallet og tok nærmere et tiår å utvikle den første utgaven, utgitt i 1999, oppdatert i 2006, med en annen oppdatering som skulle komme i 2012. “Nå har du standarder som arkitekter, ingeniører , og entreprenører kan legge planene sine globalt, sier Busel, og legger merke til at "ACI 440.1R har vist seg å være en av de mest kjente og mest brukte spesifikasjonsguidene i verden og absolutt var verdt alt arbeidet."
"ACI 440 har vært en ekstremt dynamisk og aktiv forening," bemerker Busels mangeårige kollega Doug Gremel. “Vi har ikke diskriminert noen forskning noe sted i verden. Hvis vi kan ta det og innlemme det i kodene våre, gjør vi det. ” Gremel - direktør for ikke-metallisk forsterkning i Hughes Brothers Inc., direktør i Hughes datterselskapAslan Pacific Ltd.(både Seward, Neb.) og leder for lederkomiteen i Omaha, Neb.-basert Composite Insulated Concrete Systems LLC - legger til, "Vi er ikke stolte av eierskap når det gjelder denne kunnskapen."
Til tross for denne økende vitenskap og erfaring i midten av slutten av 1990-tallet, var veksten i bruken av FRP-armeringsjern langsom. Den første amerikanske installasjonen dukket ikke opp før i 1996 på McKinleyville / Buffalo Creek Bridge i Brooks County, W. Va. Frp-armeringsjernet fikk endelig trekkraft i Nord-Amerika etter at den ble inkludert i den kanadiske brokoden for motorveien, der den ble standardløsningen for håndtere korrosjon forårsaket av Canadas harde vær. Det førte igjen til arbeid fra American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) for å utvikle spesifikasjoner for bruk av glass FRP (GFRP) betongdekk og trafikkrekkverk. Fra det tidspunktet hadde US Department of Transportation (DoT) ingeniører og spesifikasjoner en egen designguide for å gå sammen med ACI 440. Som et resultat, sier Busel, har Canada og USA nå nesten 400 broer med FRP-armeringsjern i et eller annet aspekt av konstruksjonen deres. Europeiske installasjoner vokser, men i et lavere tempo.
Gremel - hvis arbeidsgiver, Hughes Brothers, er en global leverandør av Frp-armeringsjern - sier standardene danner den objektive rammen for kvalitetssikring. "Vi er nødt til å levere produksjonssertifikater som bevis på at et gitt" møllkjøring "av armeringsjern oppfyller eller overskrider egenskapene som er kalt i ASTM-standarder, sier han. "Vi gjør strekkmodul og tøyningstester på alle ting vi kjører, akkurat som stålgutta."
Sivilingeniørfellesskapets fremgang mot komfort med FRP-armeringsjern kan være langsom, men det har ikke frarådet jakten på nye tilnærminger til produksjonen som kan, som følgende eksempler indikerer, gjøre den neste generasjonen av sammensatte armeringsjern til et mye mer attraktivt alternativ til stål .
