V posledných rokoch sa rozšírilo používanie nových kompozitných materiálov ako výstuže do betónových konštrukcií, ktoré sú vystavené extrémnym environmentálnym zaťaženiam. Kompozit je materiál vytvorený kombináciou minimálne dvoch odlišných zložiek tak, aby výsledok mal vlastnosti, ktoré jednotlivé zložky samostatne nedosiahnu. V stavebnej praxi sa najčastejšie stretávate s FRP kompozitmi (Fiber Reinforced Polymer) - teda vláknom vystuženými polymérmi. V betóne sa GFRP (sklenými vláknami vystužený polymér) používa najmä ako nekorodujúca výstuž.
Mechanické vlastnosti a správanie materiálu
Kompozity sú často anisotropné - správajú sa inak v smere vlákien a inak naprieč. Základnou podmienkou fungovania vystuženého betónového prierezu je zabezpečenie súdržnosti výstuže s betónom. Pri GFRP výstuži sú odlišné nielen jej mechanicko-fyzikálne vlastnosti, iný je aj spôsob zhotovenia a povrchová úprava. Práve to má výrazný vplyv na zabezpečenie súdržnosti s betónom.
Pri GFRP výstuži sa v technickom posúdení uvádzajú nasledujúce hodnoty:
- Do Ø 12 mm: min. 950 MPa
- Nad Ø 12 mm: min. hodnoty podľa technických listov
- Modul pružnosti: pomer modulu pružnosti GFRP k oceli je približne 0,25
Experimentálny výskum a testovanie
Napreduje získavanie vedomostí z navrhovania a posudzovania týchto konštrukcií, ktoré sa stáva v súčasnosti veľmi aktuálnym. Na overenie výsledkov sa využili dve experimentálne metódy - vyťahovacie skúšky a nosníkové skúšky súdržnosti. Nosníkové skúšky preukázali, že zväčšením priemeru výstuže sa pri GFRP výstuži znižuje napätie v súdržnosti.
Ďalšia časť výskumu je zameraná na overenie dlhodobo pôsobiaceho zaťaženia na betónové prvky. Nosníky vystužené GFRP výstužou mali pri zaťažení krehké zlyhanie - zlyhali náhle, bez väčšej výstrahy (napríklad postupným rozvojom trhlín alebo zväčšovaním priehybu). K zlyhaniu dochádza drvením betónu v strede rozpätia nosníka.
Praktické využitie a návrh konštrukcií
Kompozit nie je „zázračná náhrada“ za všetko. Je to iný materiál s lepšími vlastnosťami, ale aj špecifickými pravidlami. Ak máte hotovú statiku na oceľ, vieme pripraviť návrh ekvivalentnej náhrady kompozitom (GFRP) a odporučiť konkrétne položky. Vzhľadom na rozdiely fyzikálnych vlastností oceľovej a GFRP výstuže možno európske normy (STN EN 1992-1-1) použiť na navrhovanie GFRP výstuže v betónových konštrukciách iba v obmedzenej miere.
Odporúčané medzinárodné štandardy:
- ACI 440.1R: Návrhový sprievodca pre betón vystužený FRP výstužou.
- fib Bulletin 40: FRP Reinforcement in RC Structures.
- ASTM D7957/D7957M: Špecifikácia pre GFRP tyče do betónu.
Pri projektoch je ideálne zaslať výkres, hrúbku betónu a informácie o použití. Vieme pripraviť orientačný aj presný výpočet spotreby podľa rozmerov konštrukcie, prekrytí a vrstiev výstuže.