Sažetak

Makro sintetička vlakna su postala dostupna 1990-ih godina za primjene kao što su industrijski podovi, kompozitne ploče, prskani beton, kolovozi, putevi i određeni prefabrikovani betonski elementi. Sintetička mikro vlakna koriste se u betonu od 1970-ih godina s ciljem kontrole i smanjenja pukotina usljed plastičnog skupljanja (a ponekad i pukotina od sušenja), ali bez značajnog poboljšanja mehaničkih svojstava stvrdnutog betona. Također, mogu utjecati na brzinu izlučivanja vode iz svježeg betona, poboljšavajući svojstva površinskog sloja stvrdnutog betona. Ova vlakna se koriste i za smanjenje pucanja betona izloženog vatri i eksplozijama (ACI 544.4R).

Nova generacija vlakana kombinuje fibrilirana i makro sintetička vlakna u jednom pakovanju u posebnim omjerima, te se koristi kao alternativa tradicionalnim metodama armiranja – čeličnom mrežom. Zahvaljujući R&D istraživanjima, posebno dizajnirana mekana i savitljiva struktura vlakana omogućava njihovo bolje ugrađivanje nakon obrade površine, bez izbočenja. S obzirom da sadrži fibriliran sadržaj, nema potrebe za dodatnim mikro vlaknima. Zahvaljujući uvijenoj (twisted) strukturi makro i fibriliranih vlakana, koriste se kako za primarnu armaturu, tako i za kontrolu pukotina od skupljanja i temperaturnih naprezanja, kombinujući prednosti oba sistema.

Određivanje performansi makro sintetičkih vlakana

Generalno, postoje dvije metode za ocjenu doprinosa makro sintetičkih vlakana betonu:

1. EN 14651: Metoda ispitivanja betona s vlaknima – Mjerenje savojne zatezne čvrstoće (granična vrijednost proporcionalnosti (LOP), rezidualna)

Dimenzije uzoraka su 15x15x60 cm. Tokom ispitivanja, prizme se rotiraju bočno, a površine betona koje dodiruju kalupe slobodno su oslonjene na dva čelična oslonca. Raspon oslonaca u testu iznosi 500 mm. Opterećenje se primjenjuje na udaljenosti 1/2 raspona oslonaca od gornje površine prizme. Deformacija na sredini uzorka se mjeri pomoću CMOD senzora (Crack Mouth Opening Displacement). Test se izvodi korištenjem zatvorene petlje mašine s kontrolisanim pomakom. Sva ispitivanja moraju se provesti na uzorcima starim 28 dana, a svaki test se mora izvesti na najmanje tri uzorka. Krive opterećenje-ugib dobijaju se pri brzini opterećenja od 0.05 mm/min do 0.1 mm širine pukotine, te 0.2 mm/min za pukotine od 0.1 mm do 4 mm. Dobijene krive koriste se za izračunavanje savojne čvrstoće i rezidualnih čvrstoća betona, koje se dalje koriste za određivanje nosivosti betonskog presjeka.

1. ASTM C1609 / C1609M – 19a – Standardna metoda ispitivanja savojne performanse betona ojačanog vlaknima (test sa opterećenjem trećine)

Dimenzije uzoraka su 15x15x50 cm. Tokom ispitivanja, prizme se rotiraju bočno, a površine betona slobodno su oslonjene na dva čelična oslonca. Raspon oslonaca u testu iznosi 450 mm. Dva jednaka opterećenja primjenjuju se na udaljenosti 1/3 raspona oslonaca od gornje površine prizme. Opterećenja se primjenjuju pomoću zatvorene petlje testne mašine, dok se deformacija u sredini uzorka mjeri pomoću LVDT senzora (Linear Variable Differential Transformer). Testiranja se izvode na uzorcima starim 28 dana, a svaki test se provodi na najmanje tri uzorka. Krive opterećenje-ugib dobijaju se pri brzini opterećenja od 0.035-0.01 mm/min do L/900 (0.5 mm), te 0.05-0.3 mm/min za opsege ugiba između L/900 i L/150 (0.5 mm do 3 mm).

Eksperimentalna studija

U eksperimentalnoj studiji, analiza granulacije agregata izvedena je prema TS 13515 standardu za dizajn betona. Mješavina betona klase C30/37 je specificirana u Tabeli 1, dok su tehničke specifikacije Polytwist® PTB sintetičkih vlakana prikazane u Tabeli 2. Ispitivanja su izvedena prema EN 14651 standardu.

Rezultati ispitivanja

fr1 = Preostala čvrstoća na 0,5 mm, MPa
fr2 = Preostala čvrstoća na 1,5 mm, MPa
fr3 = Preostala čvrstoća na 2,5 mm, MPa
fr4 = Preostala čvrstoća na 3,5 mm, MPa
*Prosjek od 6 greda.

Proračun upotrebe makro sintetičkih vlakana za temperaturna naprezanja i naprezanja skupljanja u industrijskim podovima 

Proračuni za određivanje potrebne količine makro vlakana zasnovani su na omjeru armature prema ACI 544.12-23. U Tabeli 4 prikazani su naponi koje makro vlakna moraju obezbijediti u zavisnosti od procenta armature.

fr3= Preostala čvrstoća na 2,5 mm, MPa (EN 14651)
f150 = Preostala čvrstoća na 3 mm, MPa (ASTM C 1609)
fe3 = Ekvivalentna čvrstoća na savijanje na 3 mm, MPa (ASTM C 1609)

Procenat armature, ρ = 0.00131 = % 0.13 

ρ :Procenat armature, %
A_s :Površina armature, mm²
b : Širina presjeka, mm
h : Debljina betona, mm

 Pregledom rezultata ispitivanja iz Tabele 4, Polytwist® PTB vlakna u dozi od 2 kg/m³ ostvarila su savojnu čvrstoću od 1.2 MPa (rezultati EN 14651). Za sekciju sa armaturom od 0.13%, postignuta je tražena rezidualna čvrstoća (1.2 MPa > 0.9 MPa). Stoga, doza od 2 kg/m³ Polytwist® PTB vlakana pokazala se kao ekvivalentna tradicionalnoj dvostrukoj Q131/131 čeličnoj mreži.

REFERENCE

• ACI 544.4R-18: Vodič za projektovanje sa betonom ojačanim vlaknima
• EN 14651: Metoda ispitivanja vlaknastog betona – Mjerenje zatezne čvrstoće na savijanje (granična proporcionalnost (LOP), preostala)
• ASTM C 1609: Standardna metoda ispitivanja za performanse savijanja betona ojačanog vlaknima (koristeći gredu sa opterećenjem na tačkama trećine)
• TS 13515: TS EN 206-1 Dodatni standard za primjenu
• ACI 544.12-23: Beton ojačan vlaknima zasnovan na performansama za ploče na tlu i prekrivke—Specifikacija