read all about it

Nemetalna ojačanja kao što je FRP (polimer ojačan vlaknima) transformiraju konstrukciju nudeći lakše, jače i izdržljivije alternative tradicionalnim čeličnim ojačanjima. Bez opasnosti od korozije i vijekom trajanja od preko 100 godina, postavljaju nove standarde za učinkovitost i održivost u betonskim konstrukcijama.

Da bismo bolje razumjeli kako se FRP ojačanja razvijaju, testiraju i primjenjuju u stvarnim projektima, razgovarali smo s dr. Marcusom Hinzenom , voditeljem razvoja proizvoda.

U ovom intervjuu, dr. Hinzen dijeli uvide o:

• Zašto FRP ojačanja mijenjaju način na koji gradimo
  
• Kako solidian ispituje i certificira te materijale u svom internom laboratoriju
  
• Koji izazovi ostaju za šire usvajanje u industriji
  
• Primjeri uspješnih projekata i što je sljedeće u FRP tehnologiji

Čitajte dalje kako biste saznali kako solidian & kelteks pomaže u oblikovanju budućnosti graditeljstva s visokoučinkovitim, nekorozivnim rješenjima za ojačanje.

FRP ojačanja dobivaju na značaju u građevinskoj industriji. Što ih čini takvim materijalom koji mijenja igru u usporedbi s tradicionalnom čeličnom armaturom?

Polimerna ojačanja ojačana vlaknima (FRP), poznata i kao nemetalna ojačanja, sastoje se od vrlo čvrstih i vrlo krutih vlakana visokih performansi. Općenito, u tu se svrhu koriste staklena ili karbonska vlakna otporna na alkalije i koroziju. U tekstilnom procesu proizvode se rešetkaste armaturne strukture koje se zatim impregniraju polimerom (obično reaktivnom smolom).

Kombinacija ovih materijala čini takva ojačanja potpuno otpornima na koroziju izazvanu kloridima . Budući da je oštećenje od korozije jedan od glavnih problema u građevinskoj industriji , koji se mora popraviti uz velike troškove i u konačnici također predstavlja sigurnosni rizik, ojačanja od FRP-a stvarno mijenjaju pravila igre. Zbog ove prednosti, komponente s FRP ojačanjem mogu biti dizajnirane za životni vijek od 100 godina .

No pozitivnih učinaka ima još više. Bez opasnosti od problema s korozijom, deskriptivna pravila za sastav betona i betonsku oblogu za klase izloženosti, koja se moraju poštivati kako bi se izbjegla korozija armature, više nisu potrebna. To znači da uvjeti okoline s visokim sadržajem klorida (sol za ceste XD ili morska voda XS) i jaka karbonizacija betona više ne utječu na trajnost armature. Rezultirajuće moguće smanjenje betonskog pokrova znači da se komponente mogu učiniti znatno tanjim. Povezane uštede u cementu koji emitira CO2 i drugim resursima još su jedna promjena u igri, zar ne?

Možete li nas provesti kroz različite vrste testova koji se izvode na FRP ojačanjima u solidian laboratoriju?

Solidian vlastiti laboratorij za materijale postoji od 2015. godine i prilagođen je posebnim izazovima ispitivanja plastike ojačane vlaknima. Za razliku od etabliranih instituta za ispitivanje, prilikom postavljanja laboratorija mogu se uzeti u obzir sve specifične karakteristike materijala koje je potrebno uzeti u obzir pri ispitivanju staklenih ili karbonskih ojačanja. To Solidianov vlastiti ispitni laboratorij čini jednim od najbolje opremljenih laboratorija za procjenu nemetalnih ojačanja. To se također odražava u potpuno novim metodama ispitivanja koje su razvijene unutar tvrtke i od kojih su neke usvojene u važećim propisima.

Općenito razlikujemo ispitivanja koja se provode izravno na samoj armaturi i ispitivanja koja procjenjuju interakciju s betonom ili mortom. Potonje je osobito važno jer, za razliku od geometrijski standardiziranih čeličnih armatura, nemetalne armature koje su danas dostupne na tržištu imaju vrlo različite geometrije površine, što može dovesti do odgovarajućeg različitog ponašanja pri vezivanju u betonu. Pojedinačna ispitivanja, posebno ponašanja kompozita u betonu, stoga su od posebne važnosti.

Osim laboratorijskih ispitivanja, možemo provesti i manja ispitivanja betonskih elemenata koja uzimaju u obzir stvarne dimenzije komponenti. Ovo je posebno zanimljivo jer određena svojstva, kao što je deformacija filigranskih betonskih elemenata ili praktična proizvodnja komponenti, mogu imati utjecaj koji se mora zabilježiti. U tom kontekstu, sretni smo što potencijalnim kupcima i razvojnim partnerima možemo ponuditi priliku da provedu dan s nama provodeći testove u kojima ispitujemo proizvode naših partnera i kupaca zajedno s našim pojačanjima. Na primjer, također možemo ispitati nosivost naših armatura u specifičnim reparaturnim mortovima, koje zatim zajedno možemo ponuditi tržištu kao sustavno rješenje. Ovo također osigurava da znanje uključenih ostaje unutar uskog kruga.

Prije nego što se FRP ojačanja mogu koristiti u stvarnim aplikacijama, moraju proći stroga ispitivanja. Koji su ključni aspekti koje ocjenjujete u laboratoriju?

To se vjerojatno odnosi na razvojni proces. Zahvaljujući navedenoj opremljenosti laboratorija, već u vrlo ranoj fazi razvoja proizvoda možemo uzeti u obzir gotovo sva svojstva naših proizvoda koja su važna za kasniju primjenu. To omogućuje brzo ponavljanje pri određivanju sastava materijala i parametara procesa.

Glavni aspekti koje treba razmotriti mogu se podijeliti na geometrijska, kemijsko-fizička i mehanička svojstva.

Kako bi se osiguralo da se nemetalne armature mogu nacrtati u mjerilu u nacrtima, a budući da se one mogu uvelike razlikovati od proizvoda do proizvoda, moraju se zabilježiti vanjske dimenzije, kao što su visina vlaknastih niti ili čvorova, ali također i nepravilna područja poprečnog presjeka i otvori mreže kako bi se osiguralo da se beton može izliti.

Dva su glavna područja fokusa u kemijsko-fizikalnim istraživanjima. Prvo, sva plastika ojačana vlaknima pokazuje vlačno i kompozitno ponašanje ovisno o temperaturi, što se mora precizno opisati i razumjeti kako bi sigurno projektiranje konstrukcija bilo moguće čak i pri posebno visokim i niskim temperaturama. Na primjer, određujemo točke omekšavanja smola i redukcijske faktore za određene temperature kako bi se svi utjecaji mogli uzeti u obzir pri dimenzioniranju konstrukcija. Drugi fokus je na dugoročnom ponašanju. Ovdje se mora osigurati da visoko alkalna okolina betona ne napada niti polimere niti vlakna koja se koriste tijekom cijelog vijeka trajanja konstrukcije. To se osigurava razrađenim dugotrajnim postupcima ispitivanja uz istodobnu izloženost temperaturi, alkalijama, vlazi i opterećenju. Naravno, svi solidian proizvodi su uspješno prošli ovaj test.

Konačno, mehanička ispitivanja se bave prijenosnim vlačnim i veznim silama ojačanja. Karbonska vlakna imaju do osam puta veću vlačnu čvrstoću od armaturnog čelika. Kako bi se te snage mogle iskoristiti, postoje visoki zahtjevi za kvalitetu laminata, koja se ispituje raznim ispitivanjima na vlačnost. Poseban je izazov unijeti tako velike sile u beton, a da beton ne slomi prije armature. U tu svrhu dostupni su testovi prianjanja kojima se mogu pokriti svi slučajevi kvara.

Kako solidian osigurava kvalitetu i dosljednost FRP ojačanja tijekom cijele proizvodnje?

Mi u solidianu već dugi niz godina imamo interni sustav kontrole proizvodnje kako bismo osigurali osnovna svojstva i jamčili ih korisniku. Inače, i tu je veliki doprinos dalo postojanje laboratorija za unutarnje materijale jer se tijekom proizvodnje može pratiti vlačna čvrstoća ojačanja. Time je moguće vrlo brzo reagirati u slučaju odstupanja u procesu. To također znači da prikupljamo veliku količinu podataka, što nam pomaže definirati ponovljiva svojstva armature prilikom izrade tablica s podacima. Uz to, naravno, provjeravamo i kvalitetu nabavljenih sirovina, tako da je moguće kontinuirano praćenje svojstava.

Certifikacija je ključni korak u dovođenju novih građevinskih materijala na tržište. Koji su najvažniji certifikati koje moraju zadovoljiti FRP ojačanja?

Posebno u Njemačkoj, ali iu većini drugih zemalja, ovo je naravno opće odobrenje za građevinske proizvode . Takvo je odobrenje uvijek dodatno potrebno ako proizvod nije regulirani građevinski proizvod, na primjer ako ne postoje standardi za proizvod ili drugi tehnički građevinski propisi. Osim toga, također mora biti regulirana primjena. To može biti, na primjer, posebna građevna komponenta koja je proizvedena korištenjem odobrenog proizvoda za ojačanje. Međutim, u građevinskoj industriji, uz odobrene građevinske proizvode i primjene, također je potrebna poveznica na smjernice za projektiranje kako bi se novi građevinski proizvodi također mogli individualno projektirati. Međutim, za mnoge nove građevinske proizvode mogu se koristiti postojeća pravila projektiranja. U slučaju nemetalne armature to nije bilo moguće jer specifičnosti projektiranja i izvedbe nisu bile opisane ni u jednom postojećem dokumentu. Stoga je prvo trebalo izraditi takvu projektnu osnovu u obliku njemačke smjernice. Sve u svemu, cijeli postupak odobravanja uvijek je uključivao određeni napor za zainteresiranog korisnika.

Tim smo više zadovoljni što je ova prepreka prevladana 2024. godine objavljivanjem našeg općeg odobrenja proizvoda, povezanog odobrenja primjene i prve smjernice Njemačkog odbora za armirani beton (DAfStb) za projektiranje i izvedbu. Ovo predstavlja pravu prekretnicu za ovu inovativnu metodu gradnje i sada omogućuje korisnicima izvođenje projekata bez dodatnih radova na odobrenju.

Stoga je to svakako najvažniji certifikat za primjenu, što potvrđuje i certifikat o sukladnosti (Ü-Zeichen) u Njemačkoj.

Nadalje, transparentno predstavljanje utjecaja naših proizvoda na okoliš također nam je važno u solidianu. To je opisano u ekološkim deklaracijama proizvoda (EPD) , koje smo primili za naše odobrene rešetke za ojačanje od neovisnog centra za ispitivanje. Uz sve veću važnost procjene životnog ciklusa i analize životnog ciklusa u građevinskoj industriji, takvo označavanje proizvoda postaje sve važnije.

6. Uz sve popularnija FRP pojačanja, što vidite kao najveće izazove za usvajanje u cijeloj industriji?

Više puta smo utvrdili da inovacije teško prolaze u građevinskoj industriji. To je zato što se ljudi jako žele vratiti na ustaljene konvencionalne proizvode i procese. Na strogo reguliranom tržištu često ima malo prostora za odstupanja od uobičajenog pristupa. Srećom, sve je više korisnika koji su spremni iskoristiti mogućnosti koje nudi naše postojeće odobrenje i implementirati inovativne pilot projekte. Smatram da je jedan od najvećih izazova postići to na širokom tržištu.

Naravno, pozornost moramo posvetiti i osposobljavanju nove generacije građevinskih inženjera. Učenike treba u ranoj fazi upoznati s novim gradivom kako im kasnija praktična primjena više ne bi predstavljala izazov. Isto tako, važno je da radnici na gradilištu iu pogonima montažnih objekata budu dovoljno obučeni i da se otklone neutemeljene zadrške.

U konačnici, proizvođači nemetalnih FRP ojačanja također moraju nastaviti unaprjeđivati razvoj proizvoda kako bi se njihova uporaba u praksi mogla sve lakše provoditi.

Možete li podijeliti primjer projekta u kojem su FRP ojačanja dokazala svoju vrijednost?

Tu su, naravno, brojni građevinski projekti koji su realizirani. Dopustite mi da ukratko spomenem dva primjera koji pokazuju posebne prednosti upotrebom nemetalne armature.

Godine 2015. zajedno s Maxom Böglom izgradili smo pješački most koji je ojačan isključivo rešetkama od karbonskih vlakana. Zbog nepostojanja korozije, most je planirano napuknut i dalje ne zahtijeva sustav površinske zaštite. Osim toga, poprečni presjeci betona mogu se značajno smanjiti. Time je ušteđeno 50% resursa i 30% CO2.

U 2016. koristili smo karbonsku i staklenu armaturu u izgradnji Bosporskog mosta . U gornjim dijelovima 320 metara visokih pilona, opterećenja vjetrom bila su vrlo velika, a istovremeno elementi obloge nisu mogli biti preteški. S našim ojačanjima bilo je moguće ugraditi elemente debljine samo 30 mm, ali visoke nosivosti. To ne bi bilo moguće s normalnom čeličnom armaturom.

Gledajući unaprijed, koje su vas inovacije u tehnologiji ojačanja FRP-om najviše uzbuđene?

Već imamo vrlo inovativan proizvod s izvrsnim mehaničkim svojstvima i vijekom trajanja od 100 godina. Danas se nemetalna armatura već može koristiti u mnogim primjenama bez ikakvih problema i može se projektirati prema smjernicama.

Međutim, važan zahtjev je fleksibilna sposobnost oblikovanja armature, kao što je također slučaj s čeličnom armaturom. Ovdje nam plastika ojačana vlaknima predstavlja veće izazove, budući da vlakna visokih performansi nemaju granicu tečenja. Stoga intenzivno radimo na tehničkim rješenjima s termoplastičnim polimerima koji će u budućnosti omogućiti oblikovanje na gradilištu.

Također, prednaprezanje betonskih komponenti s karbonskim ojačanjima nudi vrlo poseban potencijal . Budući da karbonska ojačanja imaju visok potencijal nosivosti, ali niži modul elastičnosti od armaturnog čelika, prednaprezanje nudi mogućnost iskorištavanja golemog potencijala čvrstoće karbona uz poštivanje uobičajenih granica deformacije za betonske komponente.