Szálerősítésű beton
A szálerősítésű beton a szerkezeti anyagok csoportján belül a kompozitok osztályába tartozik, azon belül pedig a rövid szálas kompozitok közé,[1] ahol a szálak a szerkezet vagy keresztmetszet méreteihez képest viszonylag rövidek, véletlen és homogén eloszlásúak (szemben a vasbetonnal, ahol nagyobb, hosszú, rendezett vasrudakat alkalmaznak) és különféle anyagúak és alakúak lehetnek. A hozzákevert szálak szerepe elsősorban a beton duktilitásának[Jegyzet 1] illetve törési energiájának növelése.
Történelmi előzmények
[szerkesztés]A szálerősítésű anyagok története egészen az ókorig nyúlik vissza, ahol a vályogot erősítették különféle állati vagy növényi szálakkal. Különböző anyagú szálakat már régebben is használtak a beton erősítésére: szívósságának, törőszilárdságának, fáradási szilárdságának, növelésére, repedésáthidaló képességének fokozására. A rómaiak szalmát vagy hajat kevertek betonszerű anyagukhoz, hogy a repedések keletkezését megelőzzék.
Acélszálakkal erősített beton
[szerkesztés]
A beton esetében a szálerősítés alkalmazása 1874-ben kezdődik, amikor A. Berard (USA, Kalifornia) szabadalmat adott be a beton szabálytalan acélhulladékkal történő megerősítésére.[2] Ezt számos további szabadalmi bejelentés követte. Ma 25–50 mm hosszú, 0,5–1,0 mm vastag acélszálakat („acélhajat”) alkalmaznak erre a célra. Az acélszálak bekeverésével nő a beton szívóssága (energiaelnyelő képessége), törési összenyomódása, fáradási szilárdsága, ütőmunka-bírása és repedésáthidaló képessége.[3][4][5]
Műanyagszálakkal erősített beton
[szerkesztés]A szálerősítésű beton az anyagtudományban változatlanul aktuális kutatási téma, de az anyagok fejlődésével az acélon kívül újabb és újabb anyagú és alakú szálakkal folynak kísérletek.
A nagyteljesítményű textilipari szálasanyagok előretörésével felmerült annak a lehetősége, hogy ezeket is felhasználják betonerősítés céljára. Polipropilén-, poliakrilnitril-, valamint üveg- és szénszálakat is használnak erre a célra. Ezek hatására csökken a friss beton képlékeny zsugorodásából származó repedések száma és tágassága, sőt a repedések teljesen meg is szűnhetnek, növekszik a friss beton állékonysága. Polipropilén-szál tartalom esetén javul a beton tűzállósága, mert a polipropilén 145–160 °C között elolvad és helyén pórusok maradnak vissza, amelyek csökkentik a betonban levő és a hőmérsékletnövekedés hatására elpárolgó víz gőznyomását. A poliakrilnitril viszonylag nagy nedvszívó képessége miatt előnyösen keverhető előnedvesített betonhoz, antisztatizálás és hatékony utókezelés érdekében.[6] Az üvegszálak alkalmazása előnyös víz alatti betonozáskor, lőtt beton készítésekor csökkenti az anyagveszteséget (kimosódást), vízzáró beton készítésénél megakadályozza a nyersbeton szétosztályozódását.[7] A betonba kevert szénszálak elsősorban nagy szakítószilárdságukkal és rugalmassági modulusukkal és korrózióállóságukkal javítják a beton minőségét.[8][9] Újabban megjelentek poliolefin alapanyagú, mag/köpeny típusú bikomponens szálak is a betongyártásban, amelyek magja nagy szilárdságú, nagy rugalmassági (E-) modulusú komponens, az ezt körülvevő burkolat pedig a betonhoz való jó tapadást biztosítja.[10]
Míg az acélszál erősítésű betonokat főleg betonpadlók, emellett pincefalak, síkalapok, alagútelemek, páncéltermek építésére használják, a műanyagszál erősítésű beton vakolatok, esztrich beton (aljzatbeton), lőtt beton és kis terhelésű ipari padlók, mederburkolatok készítésénél válik be.[5] Újabb, igen magas minőségi színvonalú szintetikus makroszálakkal már készültek betonszerkezetek, ahol a betonacélt kiváltották, mint például a szegedi 1-3 sz. villamospálya,[11] a budapesti 18-as villamospálya esetében,[12] illetve a nemzetközileg is egyedülálló debreceni stadion előregyártott tribünelemeinél.[13] A megfelelő szálak kiválasztását számos kutatás előzte meg, amelyek során összehasonlították a hazai gyártású szálak teljesítőképességét.[14]
A szálerősítésű betonok csoportosítása
[szerkesztés]Anyaguk szerint az ACI 544[15] 4 fő csoportra osztja a szálakat, míg a polipropilén szálakat geometriai méretük alapján a brit BS EN 14889 szabvány[16] másik két fő csoportra.
A brit irányelv szerinti csoportosítás másik célja a szálak repedés utáni hatásának figyelembevétele. Míg a mikroszálak szerepe elsősorban a beton szilárdulásakor keletkező mikrorepedések kialakulásának meggátlása, addig a makroszálak szerepe elsősorban a repedés után jelentkezik, a betont duktilisabbá teszik, aminek köszönhetően statikailag határozatlan szerkezeteknél a globális teherbírást meg tudja növelni (pl. ipari padlók), illetve szálerősítésű vasbeton szerkezeteknél a berepedt zóna is figyelembe vehető húzásra. Mivel a mikroszál (mono és fibrillált) statikailag nem erősíti a betont, így pontosabb a szálbeton elnevezés. A mikroszálak szerepe elsősorban a frissbeton tulajdonságainak javítása, illetve a megszilárdult beton tűzállóságának a növelése.
A szálerősítésű betonok vizsgálata
[szerkesztés]A szálerősítésű betonok vizsgálata útvezérelt törőgépekkel történik, amely képes kimérni a törőteher utáni maradó ellenállást is. Leginkább egy vagy két pontban terhelt kéttámaszú gerenda vagy középpontban terhelt négyszögletes vagy kör alakú szálerősítésű beton paneleket vizsgálnak. A mért értékek a terhelő erő és a lehajlás vagy repedéstágasság (CMOD).
Jegyzetek
[szerkesztés]- ↑ A duktilitás az a tulajdonság, hogy a tartószerkezet mekkora képlékeny alakváltozást képes törés nélkül elviselni.
Források
[szerkesztés]- ↑ Kollár, L.P..szerk.: Springer G.S.: Mechanics of composite structures (2003)
- ↑ Maidl, B.R..szerk.: Ernst & Sohn: Steel Fibre Reinforced Concrete (1995)
- ↑ Acélhaj és műszál. [2016. január 9-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2016. január 26.)
- ↑ Acélhaj. [2016. február 17-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2016. január 26.)
- ↑ a b Kausay Tibor: Szálerősítésű beton. (Hozzáférés: 2016. január 26.)
- ↑ Avekril Optimo. (Hozzáférés: 2016. január 26.)
- ↑ Ave-R-Glass Optimo. [2016. március 4-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2016. január 26.)
- ↑ TragwerksverstärkungHöhere Belastbarkeit für Stahlbetonbauwerke. [2016. október 20-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2016. január 26.)
- ↑ Carbonfaser verstärkt jetzt auch Beton. (Hozzáférés: 2016. január 26.)
- ↑ Concrix makroszál. (Hozzáférés: 2016. január 26.)[halott link]
- ↑ FIBERGURU | Korszerű villamospályák. fiberguru.hu. [2016. április 6-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2016. március 28.)
- ↑ FIBERGURU | Újdonságok a városivasút építésben. fiberguru.hu. [2016. április 6-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2016. március 28.)
- ↑ FIBERGURU | Debreceni stadion tribüneleme. fiberguru.hu. [2016. április 7-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2016. március 28.)
- ↑ Archivált másolat. [2016. április 10-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2016. március 28.)
- ↑ ACI Committee 544: State-of-the-Art Report on Fiber Reinforced Concrete. ACI 544.1R-96 (2002)
- ↑ Technical Committe B/517: Fibres for Concrete, British Standard BS EN 14889 (2006)
Kapcsolódó szócikkek
[szerkesztés]További információk
[szerkesztés]- Juhász Károly Péter: Mikro és makro szintetikus szálakkal készített beton próbatestek vizsgálata. [2016. április 10-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. augusztus 5.)
- Juhász Károly Péter: Diplomamunka feladat. [2016. április 10-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2014. augusztus 5.)
- Dr. Seidl Ágoston - Dr. Józsa Zsuzsanna - Fűr Kovács István : Üveg- és műanyagszálak alkalmazása a normál- és könnybeton korai zsugorodásának megakadályozására Archiválva 2016. március 13-i dátummal a Wayback Machine-ben
- Fűr Kovács István: Korszakváltás a szálerősítésben Archiválva 2016. március 13-i dátummal a Wayback Machine-ben
- Juhász Károly Péter: Hogyan lehet a vasbeton korróziómentes? Szálerősítések. Mérnökújság, XXVI. (2019) 5. sz.20-21. old.
- A jövő építőanyaga: Polimerszál-erősítésű beton. Mérnökújság, XXVI. (2019) 5. sz.25. old.