Naukowcy z Wojskowej Akademii Technicznej opracowali i opatentowali innowacyjne rozwiązanie poprawiające wytrzymałość betonu. Niestosowany dotychczas system siatek rurkowych zwiększa współczynnik bezpieczeństwa konstrukcji. Nowe rozwiązanie, z uwagi na uzyskane parametry może być stosowane w obiektach infrastruktury krytycznej. Wyniki badań zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „Cement and Concrete Composites”.
Przestrzenne zbrojenie betonu rurkami siatkowymi pozwala na stworzenie jednorodnego kompozytu betonowego o lepszych parametrach mechanicznych. Może być on stosowany jako niezależny materiał konstrukcyjny lub tworzyć strukturę hybrydową w połączeniu z typowymi systemami zbrojenia stosowanymi dotychczas w konstrukcjach żelbetowych.
„Zbrojenie przestrzenne betonu może być stosowane zarówno do wykonywania konstrukcji monolitycznych, jak i prefabrykowanych. Jest to innowacyjne rozwiązanie konstrukcyjne, które może stanowić alternatywę dla typowych rozwiązań stosowanych w konstrukcjach żelbetowych. Co więcej, ujednorodniona struktura zbrojenia skutecznie zabezpiecza elementy konstrukcyjne przed zmiennymi obciążeniami, w tym takimi, które nie zostały przewidziane w pierwotnych założeniach projektowych, dzięki czemu może być stosowana w obiektach infrastruktury krytycznej wymagających zwiększonego współczynnika bezpieczeństwa konstrukcji” – mówi dr inż. Anna Szcześniak z Wydziału Inżynierii Lądowej i Geodezji WAT.
W ramach prac prowadzonych w WAT opracowano koncepcję innowacyjnego przestrzennego zbrojenia betonu, którego istotą jest nowy, opatentowany system zbrojenia rurkami siatkowymi. Układ rurek siatkowych stanowi złożony system zbrojenia wypełniającego całą objętość betonowego elementu konstrukcyjnego. Koncepcja badania przestrzennego zbrojenia betonu wpisuje się w nurt badań nad homogenizacją materiałów konstrukcyjnych na bazie matrycy cementowej wymagających zwiększonej wytrzymałości na rozciąganie. Zastosowanie przestrzennego zbrojenia pozwala na ujednorodnienie struktury kompozytów betonowych, która w unikatowy i bardzo efektywny sposób pozwala na wykorzystanie materiału wzmacniającego w postaci uporządkowanej struktury włókien szklanych.
„Zaproponowaną koncepcję zbrojenia przestrzennego zweryfikowaliśmy na drodze badań doświadczalnych. W tym celu przeprowadziliśmy analizę porównawczą wyników badań próbek kompozytu betonowego zbrojonego przestrzennie rurkami siatkowymi wykonanymi z wysokowytrzymałościowego włókna szklanego, próbek betonu niezbrojonego oraz dwóch rodzajów próbek fibrobetonowych. Do ich wykonania użyliśmy równoważnej ilości włókien szklanych o takich samych właściwościach jak włókno, z którego wykonano rurki siatkowe. Poszczególne serie próbek fibrobetonowych różniły się jedynie długością włókien. Do wykonania próbek badań zastosowaliśmy beton bazowy o ultrawysokich właściwościach wytrzymałościowych” – tłumaczy dr inż. Anna Szcześniak.
Badania doświadczalne dotyczyły właściwości mechanicznych kompozytów, czyli wytrzymałości na ściskanie, rozciąganie bezpośrednie i rozciąganie przy rozłupywaniu oraz siecznego modułu sprężystości przy ściskaniu. Ponadto, próbki w postaci belek zostały poddane testom czteropunktowego zginania (Rysunek 1), co umożliwiło określenie nośności belki w funkcji przemieszczenia, wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu oraz analizę mechanizmu zarysowania i zniszczenia.
Analiza porównawcza wyników doświadczeń wykazała wysoką skuteczność zaproponowanego zbrojenia przestrzennego betonu rurkami siatkowymi wykonanymi z włókna szklanego. Zastosowanie zbrojenia przestrzennego spowodowało wzrost wytrzymałości na ściskanie, rozciąganie bezpośrednie i rozciąganie przy rozłupywaniu odpowiednio o 5%, 29%, 27% w porównaniu z fibrobetonem. Natomiast nośność oraz parametry wzmocnienia odkształceniowego belki zbrojonej przestrzennie były o 85% większe w porównaniu z belką wykonaną z fibrobetonu. Te podstawowe wyniki są zilustrowane na rysunku nr 2.
Badania w zakresie przestrzennego zbrojenia betonu prowadzone są w Wydziale Inżynierii Lądowej i Geodezji WAT przez dr inż. Annę Szcześniak oraz prof. dr. hab. inż. Adama Stolarskiego.
Opis koncepcji innowacyjnego zbrojenia przestrzennego betonu ultra-wysokowartościowego rurkami siatkowymi oraz jego weryfikacji na drodze badań doświadczalnych został opublikowany w czasopiśmie „Cement and Concrete Composites”, w artykule pod tytułem: „Experimental verification of innovative spatial reinforcement of ultra-high performance concrete with mesh tubes”.
Autorzy publikacji dr inż. Anna Szcześniak i prof. dr hab. inż. Adam Stolarski są również autorami patentu Zbrojenie przestrzenne betonu (PL 239695 B1), którego właścicielem jest Wojskowa Akademia Techniczna.
Artykuł otrzymał 200 punktów, wskaźnik cytowań dla czasopisma (IF) to 10.5.
oprac. Marcin Wrzos
fot. Katarzyna Puciłowska