Ovaj stručni rad, koji potpisuju vrhunski stručnjaci za sintetička vlakna, Burak Erdal i A.Samed Demirhan, donosi detaljnu usporedbu rezidualne čvrstoće za “twisted” (uvijena vlakna) i reljefna makro sintetička vlakna. Oslanjajući se na bogato istraživačko i praktično iskustvo autora, rad nudi konkretne podatke o performansama i primjenjivosti ovih inovativnih vlakana u modernim industrijskim konstrukcijama.
Burak Erdal je diplomirao na Univerzitetu Dicle 2009. godine kao prvi u svojoj generaciji. Magistarski studij završio je na Tehničkom univerzitetu YILDIZ 2011. godine, a njegova teza se bavila svojstvima betona s polipropilenskim vlaknima proizvedenog s recikliranim agregatom u vlaknima armiranom betonu. Od 2009. godine kontinuirano se bavi istraživanjima u oblasti vlakana i betona.
A.Samed Demirhan je diplomirao na Tehničkom univerzitetu u Istanbulu 2014. godine, a trenutno pohađa magistarske studije na Univerzitetu BILECIK. Učestvovao je u projektima kako u zemlji, tako i u inostranstvu. Od 2020. godine radi kao tehnički menadžer u kompaniji Polyfibers.
Sažetak
Makro sintetička vlakna sve se više koriste za armiranje betona zbog svoje dugotrajnosti, jednostavne primjene i ekonomske isplativosti u odnosu na tradicionalnu čeličnu armaturu. Ova vlakna poboljšavaju žilavost, trajnost i otpornost betonskih konstrukcija na pucanje. “Twisted” vlakna (uvijena vlakna) primarno se koriste za povećanje otpornosti betona na pucanje, vlačne čvrstoće i ukupne dugovječnosti, čineći ih ključnim elementom savremene gradnje. Reljefna (embossed) vlakna imaju teksturiranu površinu, što poboljšava vezivanje s cementnom matricom i povećava strukturnu stabilnost i otpornost betona.
Iako se vlaknima ojačani beton (FRC) koristi već decenijama, razvoj reljefnih i “twisted” vlakana (uvijena vlakna) donosi dodatne prednosti zahvaljujući povećanoj površini i poboljšanom prianjanju. “Twisted” vlakna (uvijena vlakna) su inovativni materijal za armiranje betona, dizajniran sa spiralnim oblikom koji poboljšava vezu s betonskom matricom. Time se značajno povećavaju vlačna čvrstoća, žilavost i trajnost betona. Ovaj članak analizira doprinos “twisted” (uvijena vlakna) i reljefnih vlakana mehaničkim svojstvima betona.
Ključne riječi
Rezidualna čvrstoća, vlaknima ojačani beton (FRC), beton ojačan vlaknima, uvijena vlakna, reljefna vlakna, savojna svojstva, makro vlakna, makro sintetička vlakna, polipropilen
Uvod
Vlaknima ojačani beton (FRC) sastoji se od portland (hidraulični) cementa, agregata i nasumično raspoređenih vlakana za armiranje. Vlakna za armiranje betona proizvode se od čelika, stakla, organskih materijala i polimernih sintetičkih vlakana1. Sintetička vlakna mogu imati različite oblike, pri čemu su najčešće korištena uvijena vlakna (twisted), fibrilirana, reljefna (embossed) i monofilamentna vlakna. Njihova osnovna funkcija je povećanje zaostale čvrstoće i otpornosti betona na pucanje.
Prema standardu ASTM C 75082, poliolefinska makro sintetička vlakna definirana su kao vlakna s linearnom gustoćom većom ili jednakom 580 den (promjer ≥ 0,3 mm). Makro sintetička vlakna obično imaju dužinu između 12 i 65 mm te vlačnu čvrstoću veću od 345 Mpa2. Prema ACI 544, vlakna koja se koriste za FRC ne smiju imati dužinu veću od 76 mm i promjer (prečnik) veći od 1 mm1.
Eksperimentalni program
Svojstva vlakana
Makro sintetička vlakna od polipropilena, “twisted” (uvijena vlakna) i reljefnog oblika, proizvedena su u dužini od 54 mm. Njihova mehanička svojstva testirana su u skladu s ISO 20623, korištenjem Zwick uređaja za ispitivanje vlačne čvrstoće (model: Xforce HP). Ključne karakteristike vlakana prikazane su u Tabeli 1.
Doziranje vlakana u betonske smjese bilo je 4 kg/m³, što odgovara volumenskom udjelu vlakana od 0,44%. Na Slici 1 prikazana su vlakna korištena u ovom istraživanju.
Receptura betonske mješavine
Proporcije komponenti u pripremljenoj mješavini su sljedeće: Portland cement tip II/A-M, 320 kg/m³; krupni agregat: 939 kg/m³ (maksimalna dimenzija zrna 22 mm); sitni agregat: 916 kg/m³ (maksimalna dimenzija 4 mm); voda: 176 kg/m³; superplastifikator: 1%. Betonska klasa C30/37. Krupni i fini agregati su dobiveni iz lokalnih kamenoloma. Hemijski sastav cementa prikazan je u Tabeli 2.
Krivulje opterećenja i progiba dobivene su uz brzinu opterećenja od 0,05 mm/min do širine pukotine od 0,1 mm, te 0,2 mm/min za širine pukotina između 0,1 mm i 4 mm. Dobijene krivulje opterećenja i progiba korištene su za izračunavanje savojne čvrstoće i preostalih čvrstoća betona. Ove preostale čvrstoće zatim se koriste za određivanje momenta nosivosti betonskog presjeka.
Rezultati i diskusija
Jasno je da uzorci betona ojačanog vlaknima pokazuju duktilno ponašanje, dok je obični beton (kontrolni uzorak) krhak. Duktilnost betona ojačanog vlaknima rezultat je pozitivnog doprinosa vlakana savojnoj čvrstoći i otpornosti na pukotine, pri čemu vlakna omogućavaju post-pukotinsko ponašanje. Ovi rezultati su u skladu s prethodnim istraživanjima. Krivulje opterećenja – COD prikazane su na Slikama 4-5, dok su rezultati ispitivanja prema standardu EN 14651 prikazani u Tabeli 3.
fr1 =Rezidualna čvrstoća pri 0.5 mm, MPa
fr4 = Rezidualna čvrstoća pri 3.5 mm, MPa
fctl = Savojna čvrstoća, MPa
σr4 = 0.37* fr4
σr1 = 0.45* fr1
MCC = Koeficijent proračuna momenta
MCC = 0.1073*fr4 +0.072*fr1 (0.29σr4 + 0.16σr1), proračunato prema TR 347 jednačina 6.
Upotreba uvijenih makro sintetičkih vlakana rezultirala je najvećom preostalom čvrstoćom u poređenju s uzorcima koji sadrže reljefna vlakna. Makro sintetička uvijena vlakna (Polytwist PTB54) su betonu osigurala veću duktilnost pri savijanju. Glavni razlog za to je što su posebno dizajnirana (mekša i savitljivija) uvijena vlakna kompatibilnija s cementom i agregatom, čime se postiže bolja veza u betonskoj matrici.
LITERATURA
- ACI Committee 544, ACI 544.1R-96 (R2002). Najsavremeniji izvještaj o betonu ojačanom vlaknima.
- ASTM D7508/D7508M, Standardna specifikacija za poliolefinska isjeckana vlakna za upotrebu u betonu.
- ISO 2062 (2009), Tekstil – Predivo iz pakovanja – Određivanje sile prekida i izduženja do prekida pomoću uređaja s konstantnom brzinom istezanja (CRE tester).
- EN 12350-2, Ispitivanje svježeg betona – Slump test.
- EN 14651, Metoda ispitivanja betona s vlaknima – Mjerenje vlačne čvrstoće pri savijanju (granica proporcionalnosti (LOP), preostala čvrstoća).
- EN 12390-3, Ispitivanje očvrslog betona – Pritisna čvrstoća ispitnih uzoraka.
- TR 34, Industrijski betonski podovi – Četvrto izdanje.