Pręty zbrojeniowe z kompozytów – dziś i jutro w branży

Materiały kompozytowe są coraz powszechniej używane w budownictwie. Kolejne, krajowe firmy specjalizują się w ich produkcji lub też dystrybuują gotowe wyroby z zagranicy. Pomimo tego, że w zakresie technologii potrzebują one jeszcze rozwiązania kilku ważnych problemów, to z pewnością będą jednym z najbardziej rozwijających się trendów w budownictwie.

Twarde i lekkie

Jedną z głównych przyczyn, dla których pręty stalowe w konstrukcjach betonowych wypierane są przez produkty kompozytowe jest przymus dokonywania co jakiś czas kosztownych  napraw, związanych m.in. z korozją konstrukcji. Dzięki odporności na wodę, a także inne agresywne, negatywne czynniki środowiskowe, pręty kompozytowe mogą z powodzeniem być stosowane do wszystkich konstrukcji budowlanych, które wymagają zarówno dużej trwałości, jak i odporności na czynniki zewnętrzne.

Tym bardziej, że posiadają one w tym kontekście jeszcze kilka istotnych zalet. Są one odporne na działanie równego typu czynników chemicznych, takich jak chlorki, kwasy itp. W związku z tym mogą być one z powodzeniem stosowane w miejscach o dużym stopniu zakwaszenia lub alkaiczności. Jednocześnie posiadają ponad 100-krotnie niższą przewodność ciepła. Dlatego też – w porównaniu do stalowych – nie tracą swoich właściwości nawet w bardzo niskich temperaturach. Dodatkowo nie przewodzą prądu. Nie występuje w nich również zjawisko indukcji magnetycznej.

Niezwykle istotną zaletą materiałów kompozytowych, które zdobywają rynek prętów zbrojeniowych, jest ich waga. Są one nawet dziewięciokrotnie lżejsze od stali. Fakt ten ma niebagatelne znaczenie zarówno dla ich obróbki, jak również całego procesu montażu oraz logistyki. Pomimo tego są one znacznie bardziej wytrzymałe (nawet 2,5-krotnie) od klasycznych, dotychczas używanych prętów zbrojeniowych.

Pomimo tego posiadają one – na obecnym etapie rozwoju technologii – kilka istotnych wad, których rozwiązanie stoi przed producentami prętów z kompozytów. Jednym z nich jest… twardość materiału. Z jej przyczyny dużym problemem jest niewielka możliwość gięcia prętów bezpośrednio na placu budowy. W związku z tym tworzenie niezbędnych w trakcie budowy strzemion lub spirali należy realizować bezpośrednio u producenta lub też we własnym zakładzie, z zastosowaniem linii technologicznej i specjalistycznych maszyn.

Dużym minusem jest również to, że w momencie, w którym przez dłuższy czas utrzymuje się temperatura przekraczająca 500^ο C, pręty kompozytowe jej nie wytrzymują i zaczynają topnieć. Dlatego też w miejscach, w których występuje duże zagrożenie pożarowe, ich użycie z całą pewnością nie jest wskazane. Z tej przyczyny w niektórych europejskich krajach dopuszczalne jest stosowanie tego typu zbrojenia w budownictwie jednorodzinnym, w obiektach posiadających do trzech kondygnacji.

Na jeszcze jeden element warto zwrócić w tym kontekście uwagę. Ze względu na fakt, że stosowanie materiałów kompozytowych na szeroką skalę jest zjawiskiem stosunkowo nowym, nie ma jak dotąd precyzyjnych norm europejskich, dotyczących tych materiałów. Z tej przyczyny wielu wykonawców czeka na konkretne stanowisko prawodawców w tym zakresie.

Na początku była cegła

Historycznie rzecz ujmując kompozyty, rozumiane jako materiały utworzone co najmniej z dwóch różnych komponentów (posiadających odmienne właściwości i dających łącznie nową, odmienną i lepszą jakość) po raz pierwszy zostały użyte w budownictwie już w starożytnym Babilonie. Ówcześni konstruktorzy wzmacniali gliniane cegły za pomocą ciętej słomy. Następnie w Mongolii łuki wykonywano w ten sposób, że łączono za pomocą kleju drewno, ścięgna zwierzęce i włókna jedwabiu.

Współcześnie rozwój technologii kompozytowych związany jest z latami 60-tymi, i poszukiwaniami w Stanach Zjednoczonych skutecznych rozwiązań w obszarze wojskowości. Jak wskazuje jeden z producentów prętów kompozytowych, firma ComRebars sp. z o.o.: „Najwcześniej rozwiązaniami kompozytowymi zaczęła się interesować amerykańska marynarka wojenna. Chcieli uzyskać jak najbardziej skuteczną ochronę dla konstrukcji na przykład nabrzeży lub doków przed agresywnymi działaniami słonej wody morskiej. W przypadku obiektów cywilnych chodziło o uzyskanie skutecznej ochrony na destruktywne działania czynników środowiskowych, na które szczególnie narażone są płyty jezdni, podpory mostów, płyty stropowe w garażach. Wszystko to było narażone na działanie wielu czynników, na przykład kwaśnych deszczy.”

Nie może więc dziwić fakt, że również obecnie materiały kompozytowe w budownictwie stosowane są w takich konstrukcjach betonowych, w których ważna jest trwałość, a także odporność na wilgoć i różnorodne, agresywne czynniki środowiskowe. Tego typu materiały coraz częściej stają elementami m.in. dróg i pojazdów chodnikowych; murów oporowych; szamb i oczyszczalni; a także obiektów inwentarskich, takich jak stajnie i chlewnie, w których występuje nie tylko wilgoć ale stosowany jest również amoniak.

Warto zwrócić uwagę na fakt, że w ubiegłym roku został w Polsce oddany do użytku pierwszy most z kompozytów. W podrzeszowskiej Błażowej zbudowano obiekt przeprawowy, będący jednym z nielicznych tego typu w Europie i największym na świecie pod względem rozpiętości przęsła. Projekt, który był częścią projektu badawczego Com-bridge, zrealizowany został przez konsorcjum pod kierownictwem Mostostalu Warszawa SA wraz z udziałem firmy Promost Consulting z Rzeszowa, Politechniki Rzeszowskiej oraz Politechniki Warszawskiej.

Most zbudowany został z włókien szklanych i węglowych, które umożliwiły uzyskanie lekkiej, wytrzymałej i odpornej na korozję konstrukcji. Jak argumentowali jego twórcy: „Materiał użyty do budowy belek mostu to kompozyt włóknisty o osnowie polimerowej nazywany zwykle kompozytem frp (ang. fibre-reinforced polimer). Poprzez otoczenie żywicą zbrojenia w postaci włókien szklanych i węglowych powstaje materiał o nowych parametrach, niebędących bezpośrednią wypadkową właściwości składników go budujących. Cechą kompozytu frp, która szczególnie przyciągnęła uwagę inżynierów mostowców, jest większa trwałość w porównaniu z materiałami tradycyjnie wykorzystywanymi w budownictwie. Kompozyt frp nie koroduje jak stal ani nie podlega erozji jak beton. Ponadto jego niska gęstość i duża wytrzymałość pozwalają na prefabrykację dużych elementów konstrukcyjnych, których montaż jest szybki i możliwy przy wykorzystaniu sprzętu o mniejszej nośności niż w przypadku tradycyjnych prefabrykatów.”

Zrównoważony rozwój

Materiały typu FRP są także podstawą są również powszechnie stosowane w prętach zbrojeniowych. Dzięki nim działanie wilgoci, które skutkowało korozją elementów stalowych, a następnie  niszczeniem betonu, może przestać być w budownictwie poważnym problemem. Obecnie stosowane w budownictwie pręty kompozytowe typu GFRP mogą mieć bezpośredni wpływ na obniżenie kosztów eksploatacji wielu różnych obiektów, w tym również obiektów mostowych. Fakt niekorodowania znacząco wpływa na rachunek ekonomiczny, który jest podstawą działania współczesnego biznesu.

W związku z tym technologie kompozytowe z całą pewnością nie tylko wpłyną na wydłużenia czasu użytkowania wielu obiektów, umiejscowionych w trudnych warunkach środowiskowych, ale przede wszystkim mają szansę stać się najbardziej powszechnie stosowanym materiałem zbrojeniowym. Tym bardziej, że posiadają one jeszcze jedną, istotną zaletę. Dobrze wpisują się w koncepcję zrównoważonego rozwoju w budownictwie. Ekologiczny wymiar stosowania kompozytów jest kolejnym argumentem dla ich stosowania. Również z tego względu technologie z nimi związane będą miały bezpośredni wpływ na rynek budowlany w najbliższych latach.