U dinamičnom svijetu građevinske industrije, stalna potraga za inovacijama i unapređenjima dovela je do prelaska s tradicionalnih čeličnih na sintetička vlakna u betonu. Ovaj korak označava revolucionarnu transformaciju načina na koji gledamo na ojačavanje betonskih konstrukcija, otvarajući vrata novim materijalima, sa unaprijeđenim performansama.
Šta su zapravo sintetička vlakna?
Kao ojačanja specifično dizajnirana za beton, sintetička vlakna proizvode se od vještačkih materijala, koja mogu izdržati dugotrajno alkalno okruženje betona. Napravljena su od polimernih materijala, detaljno opisanih u standardu EN 14889.
Prema definiciji navedenoj u standardu EN 14889, sintetička (polimerna) vlakna su ravni ili deformisani dijelovi ekstrudiranog, orijentisanog i isječenog materijala, pogodni za homogeno mješanje u betonu ili malteru.
Razlika mikro i makro vlakana
Prema osnovnoj podjeli sintetičkih vlakana, razlikujemo mikro i makro vlakna.
Mikrovlakna karakterizira prečnik manji od 0,3 mm, te mogu biti monofilamentna ili fibrilna. Mikrovlakna koriste se za kontrolu pucanja prouzrokovanih skupljanjem betona (pucanja betona koja se mogu javiti u prva 24 sata nakon ugradnje betona), zaštitu od udara i sprječavanje eksplozivnog ljuštenja betona usljed požara. Važno je naglasiti, da mikrovlakna nisu strukturalna ojačanja i ne mogu zamijeniti strukturalne čelične elemente.
Suprotno mikrovlaknima, strukturalna makrovlakna imaju prečnik veći od 0,3 mm, te se mogu koristiti kao zamjena za mreže pri kontroli pucanja ili kao strukturalno ojačanje u betonu ili torkretu (mlaznom betonu). Makro sintetička vlakna, karakteristična po svojoj većoj, gruboj i monofilamentnoj strukturi, koriste se tamo gdje je potrebno povećanje rezidualne čvrstoće na savijanje (prema standardima ASTM C1609 ili EN 14845), pružajući sposobnost ekvivalentne rezidualne nosivosti.
Iako, u komparaciji sa čeličnim vlaknima, sintetička vlakna imaju nižu čvrstoću na istezanje i module elastičnosti – to kompenziraju značajno većim brojem vlakana preko potencijalnih pukotina, pružajući jednaku ili čak veću ukupnu ekvivalentnu nosivost.
Za razliku od čeličnih mreža, sintetička vlakna su ravnomjerno raspoređena širom betonske matrice, ne ograničavajući se na jednu ravnu površinu. Zahvaljujući svojoj uniformnoj distribuciji u betonu, sintetička vlakna “onesposobljuju” pukotine u njihovom nastanku, sprječavajući njihovo dalje širenje i ispunjavajući svoju glavnu funkciju – modifikaciju mikro i makro pukotina unutar betona.
Ojačavanje i duktilnost betona
Vezivanjem betona za cement, na sličan način kao što to čini i agregat, sintetička vlakna imaju sposobnost ojačavanja betona – omogućavajući prenos napona preko pukotina. Potrebno je naglasiti da oblik i geometrija vlakana utječu na kvalitetu veze. U slučaju betona učvršćenog makro sintetičkim vlaknima (MSFRC), prilikom pucanja, vlakna se “izvlače” iz betona, pružajući duktilnost betonu – svojstvo koje mu inače nedostaje.
Dok sam beton nema sposobnost stvaranja rezidualne čvrstoće nakon pucanja, betonska vlakna pružaju i tu mogućnost. Rezidualna čvrstoća nakon pucanja, mjeri sposobnost strukturalnih vlakana da apsorbuju energiju, održavajući integritet betona nakon pojave pukotina.
Duktilnost, odnosno izdržljivost u ojačanom betonu, definirana prema standard ASTM C-1018, mjeri se prema otpornosti betona armiranog vlaknima na opterećenje nakon prvog pucanja. Prema standardu ASTM C-1116, duktilnost postignuta u svakom sastavu, uglavnom ovisi o vrsti, dužini i količini korištenih vlakana. Suprotno običnom betonu, koji nema karakteristiku izdržljivosti, beton ojačan vlaknima može se testirati na izdržljivost različitim metodama, poput testova na nosaču ili ploči.
Ključni faktori, koji utječu na rezidualnu čvrstoću nakon pucanja betona, prvenstveno su vezani za materijal vlakana, njihovu fizičku konfiguraciju koja utječe na vezu sa betonom, te dozu korištenih vlakana – obično izraženu u kilogramima po metru kubnom (kg/m3). Visokokvalitetna betonska vlakna pružaju izuzetnu rezidualnu čvrstoću nakon pucanja, što doprinosi izdržljivosti i dugotrajnosti betona.