Szerkezeti anyag előnyös tulajdonságokkal

A textilbeton

A beton már régóta a leggyakrabban alkalmazott szerkezeti anyag az építőiparban. Igen nagy mennyiségben használják, erős és viszonylag nem drága. Hátránya azonban, hogy bár a nyomóterhelést nagyon jól bírja, húzószilárdsága ehhez képest jóval kisebb.

hirdetés

A kisebb húzószilárdság különösen nagy hátrányt jelent hajlításnak kitett betonelemek esetében, ugyanis például egy két végén alátámasztott vízszintes gerenda a rá ható függőleges erő hatására behajlik. Ilyenkor felső széle nyomásnak, alsó széle húzásnak van kitéve. Ha a függőleges erő elég nagy, gyengébb húzószilárdsága miatt a beton az utóbbi helyen bereped.

Különböző anyagú szálakat (farosokat, fémszálakat) már régebben is használtak a beton erősítésére: szívósságának, törőszilárdságának, fáradási szilárdságának növelésére, repedésáthidaló képességének fokozására. Újabban műagyag (polipropilén, poliakrilnitril) szálakat, üvegszálakat, szénszálakat, gumiőrleményt is alkalmaznak erre a célra. Az ilyen, néhány centiméter hosszúságú szálak bekeverésével készült beton neve szálerősítésű beton.

A betonszerkezet húzószilárdságának növelésére szolgál az acélrudakkal történő megerősítése. Az ilyen szerkezetet nevezik vasbetonnak. Az acélrudak azonban nehezek, és az idő előrehaladtával korrodálnak. Helyettesítésükre fejlesztették ki a textilbetont, amelynél ezek a hátrányok nem jelentkeznek, ugyanakkor egyéb jó tulajdonságai is vannak.

A textilbeton megjelenésében abban különbözik a szálbetontól, hogy míg az utóbbiban különálló szálakat kevernek a beton anyagába, a textilbeton esetében valamilyen fonalakból vagy szálkötegekből (ez utóbbiakat a szaknyelv kábelnek vagy rovingnak nevezi) létrehozott, összefüggő textil kelmeszerkezetet építenek be, amely rácsozatot alkot, hasonlóan ahhoz, mint amilyet a vasbetonban az acélrudak képeznek. A vasbeton esetében az acélrudakat külön acélhuzalokkal erősítik egymáshoz, a textilbetonnál a rácsszerkezetet a kelmeképzés közvetlenül hozza létre.

Két évtizedes múlt

A textilbeton gondolatát a Drezdai Műszaki Egyetem kutatói vetették fel az 1990-es évek közepén, majd a fejlesztéshez 1999-ben az Aacheni Egyetem kutatói is csatlakoztak. Az első kísérleteket lúgálló (AR típusú) üvegszálakból álló szálkötegekkel végezték, a kábelben több száz vagy akár több tízezer üvegszál van. Később szénszálkábelek, sőt bazaltszál fonalak alkalmazását is megkezdték. Alapvető kritérium a textilanyag lúgállósága, nagy szilárdsága és megfelelő rugalmassági tényezője, az E-modulus. (Ez utóbbi azt a terhelési határt jelenti, ameddig az anyag rugalmasnak tekinthető, azaz ameddig biztosítható, hogy a terhelés következtében beálló alakváltozás a terhelés megszűnte után teljes mértékben visszaalakul.)

Ezeknek az anyagoknak a textilbetongyártás szempontjából legfontosabb adatait a táblázatunk foglalja össze. Az üveg- és a szénszál legnagyobb előnye a betonacéllal szemben a sokkal kisebb sűrűség, illetve a jelentős különbség a szakítószilárdság és az E-modulus értékében. A bazaltszálak alkalmazása egyelőre háttérbe szorul, mert nem annyira öregedésállók, mint az üvegszálak, és drágábbak is azoknál.

Alkalmaznak más nyersanyag-kombinációkat is, ezek az úgynevezett hibrid szerkezetek. A textil erősítőszerkezetnek ugyanis – az alkalmazás módjától függően – nem kell szükségképpen minden irányban azonos igénybevételt elviselnie, így a kevésbé igénybe vett irányban kisebb teljesítményű, olcsóbb fonalak is alkalmazhatók. A kábeleket, illetve a belőlük készült textilszerkezetet erősítő és a továbbfeldolgozást elősegítő bevonattal látják el, amely megfelelő tapadást biztosít a szálakat körülvevő betonhoz. Az alkalmazott kábelek vastagságát és a kialakított rácsszerkezet sűrűségét és irányítottságát a felhasználási célnak megfelelően állítják be.

Paraméter

Betonacél

AR-üvegszál

Szénszál

Sűrűség, g/cm3

7,9

2,7

1,8

E-modulus, GPa

210

76

240–600

Szakítószilárdság, GPa

0,3–0,6

2,0

3,0–5,0

Szakadási nyúlás, %

18–26

2,6

1,0–1,5

Korrózióállóság

rossz

kiváló

 Táblázat: Különböző anyagok legfontosabb adatai

A textilbeton előnye azon kívül, hogy az erősítőszálak nem korrodálnak, hogy éppen ezért vékonyabb betonréteg szükséges a védelmükre, aminek eredményeképpen az ilyen betonszerkezet jóval könnyebb lehet, mint az azonos teherbírású vasbeton. Vasbeton esetében 3-6 cm vastag betonrétegnek kell körülvennie az acélrudakat, hogy kellően elszigeteljék azokat a nedvességtől és általában a környezeti hatásoktól, míg textilbeton esetében 1 cm vastag réteg is elegendő. Így például egy szokásosan 90 mm vastag vasbeton falazóelemet 20-30 mm textilbeton panellel lehet helyettesíteni. Ennek a kisebb lemezvastagságnak az anyagmegtakarításon felül egyéb előnyei is vannak. Mivel az ilyen betonelemek könnyebbek, mint a hasonló teherbírású vasbeton elemek, szállításuk egyszerűbb és olcsóbb lehet. Kisebb tömegük szerényebb statikai követelményeket támaszt. Előállításuk kisebb energiaigényű, és így kevesebb szén-dioxid-kibocsátással jár. Épületfelújításoknál ugyanakkora teherbírású falat vastagabb hangszigeteléssel lehet ellátni anélkül, hogy a teljes falvastagság megnőne. Új épületeknél könnyebb és filigránabb homlokzatkialakításra van lehetőség.

A textilbeton szerkezete

A betonacél helyettesítését textilszerkezettel elsősorban két tényező tette lehetővé:

  • az e célra legjobban megfelelő üveg- és szénszálak alkalmazástechnikájának fejlődése, illetve
  • a textilgépek – köztük főleg a kötőgépek – olyan szintre fejlődése, ami lehetővé tette az üveg- és szénszálak nagyüzemi feldolgozását és olyan összefüggő vázszerkezet textiltechnológiai eljárásokkal történő előállítását, amely a szokásos betonvasalásokat helyettesítheti.

A beton erősítése sík- („kétdimenziós”) vagy térbeli („háromdimenziós”) rácsszerkezet előállítását igényli. Ezek előállítására a kötőgépek speciális változatait fejlesztették ki. A rácsban az egyes szálkötegek – az alkalmazási céltól függően – 5-20 mm távolságban vannak. Ehhez kell igazodnia a beton szemcsenagyság-eloszlásának is.

Textílbeton sík- („kétdimenziós”) rácsszerkezettel
Textílbeton sík- („kétdimenziós”) rácsszerkezettel

Textilbeton térbeli („3D”) textil vázszerkezettel
Textilbeton térbeli („3D”) textil vázszerkezettel

A háromdimenziós (más néven üreges) vázszerkezet két egymástól független rácsszerű rétegből áll, amelyek mindegyike hossz- és keresztirányban (biaxiálisan) teherbíró kialakítású. A két réteget vastagságirányban viszonylag merev távolságtartó fonalak erősítik össze, így a két réteg között üreg keletkezik. Ennek a vázszerkezetnek a vastagsága néhány millimétertől 50-60 mm-ig terjedhet.

Textilbeton épületelemek előállítása

A textilerősítés előállításához először is szálkötegekre van szükség, amelyek sok ezer néhány mikrométer vastagságú folytonos szálból állnak. Ezekből speciális kötőgépen egy rácsszerkezetet készítenek, a kívánt nyílásméretekkel. Ezt ágyazzák be zsaluelemek között a finombetonba. Hogy minél erősebb kötés jöjjön létre a textilanyaghoz, a habarcsnak lehetőleg finomszemcsésnek és folyékonynak kell lennie.

A szokásos gyártási technológiák: kenés, öntés, szórás. Egy további eljárás a centrifugálás.

Kenésnél a finombetont és a textil erősítővázat váltakozva fektetik a zsaluelemre, amíg a kívánt vastagságot el nem érik. Így készítik a kétdimenziós lemezeket. Ennek kivitelezése csak vízszintes helyzetben lehetséges.

Öntésnél a zsaluzatba helyezik a textil vázanyagot, és kiöntik a betonnal. Ezzel a módszerrel nem lehet nagy szilárdító hatást elérni, mert a beton nem tud minden egyes szálat körülvenni, hogy megfelelő kötés jöhessen létre a szálköteg és a betonmátrix között.

A szórás kivitelezése nagyon hasonlít a kenéséhez. Itt is váltakozva követik egymást a finombeton és a textil erősítőváz-rétegek. Ezt az eljárást vízszintes és függőleges helyzetben egyaránt el lehet végezni, és jó szilárdítási fokot eredményez.

Centrifugálásnál a betont gyors forgással, a centrifugális erőt kihasználva, a zsaluzás hossza mentén haladva szórják rá a zsaluelemekre. Ezt a módszert főleg csövek, rudak, oszlopok készítésénél használják. A textil erősítőváz behelyezése folyamatosan történik a centrifugálás haladásával párhuzamosan, ami időigényessé teszi az eljárást.

Teherbírás és méretezés

A textilbeton teherbírása szempontjából meghatározó a betonmátrixból származó erők átvitele a szálköteg egyes szálaira. Azonban a szálaknak csak egy kis része kötődik tökéletesen a betonhoz. Az érintkezési felület, illetve a szál és a mátrix közötti kötés ereje határozza meg a textil erősítőváz kötési tulajdonságait, és ez a döntő a textilerősítés elméleti teherbírásának kihasználása szempontjából. Ebből következik, hogy a filamenteket először egy polimerrel egymáshoz kell tapasztani. A folyékony gyanta-kötőanyag keverék minden üreget kitölt, és ott megkeményedik. A textil vázszerkezet ez után az „átitatás” után sokkal jobban kezelhető. A polimer diszperzió az átitatott textíliában kedvező erőelosztást hoz létre az egyes szálak között, és ezáltal az egész kompozit mechanikai tulajdonságait javítja.

Felületjavítás textilbetonnal
Felületjavítás textilbetonnal

A textilbeton teherbírása hasonlít a vasbetonéhoz, de a méretezést az eltérő anyag- és kötési tulajdonságok miatt másképp kell elvégezni. Erre vonatkozóan elméleti és kísérleti munkák folynak, hogy tapasztalati adatokat nyerjenek a méretezéshez.

A textilbeton alkalmazásai

A német kutatók igen komoly munkát fektetnek a textilbeton kifejlesztésébe és minél szélesebb körű alkalmazásába. A Tudalit néven forgalmazott textilbetonnak számos felhasználását mutatták be.

A textilbeton nagyon alkalmas arra, hogy épületfelújításnál az eredeti vasbeton szerkezetet megerősítsék vele. Ilyenkor a textilbetont az eredeti vasbeton szerkezet felületén, kiegészítésképpen alkalmazzák. Ilyen célra a megerősítendő épületrészre a speciális finombeton réteget hordanak fel, amelybe egy vagy több rétegben szénszálas textilerősítést ágyaznak. A textilbetonnal így különböző terhelési hatásoknak (hajlítás, keresztirányú terhelések, torziós hatások stb.) tudják ellenállóbbá tenni az épületelemet, és a felület állapotát is megjavítják.

Textilbeton homlokzati elemek
Textilbeton homlokzati elemek

A textilbeton nagyon alkalmas homlokzatelemek készítésére. A vasbeton elemeknél szokásos 90 mm lemezvastagság helyett a textilbeton 20-30 mm lemezvastagságot tesz lehetővé. A feljebb látható kép például mindössze 20 mm vastag, mintegy 2 m2 felületű textilbeton lemezekkel borított épületet mutat, amelynél a textil erősítőszerkezetet üvegszálakból állították elő. Itt a hagyományos vasbeton alkalmazásához képest 80 százalékos anyagmegtakarítást értek el. Szénszálakból készített textilerősítéssel ellátott betonból nagyobb, 1,5 m×4,1 m méretű, 50 mm vastag homlokzatburkoló lemezeket állítottak elő. Ipari csarnokoknál önhordó szendvicsszerkezetű burkolólemezeket is használnak. Ilyet például 3,45 m×1,00 m×0,18 m méretben úgy állítottak elő, hogy két vékony, üvegszálas textilbeton réteg közé poliuretán keményhab réteget helyeztek el.

Textilbeton tető
Textilbeton tető

A fenti képen bemutatott építmény tetejét 6 cm vastag, 7 m×7 m méretű, szénszálas textilbeton alkotja. Az alábbi kép egy patakon átvezető, 15 m hosszú gyalogoshidat mutat, amely 6 cm vastag, 0,9 m hosszú, U alakú textilbeton elemekből áll. Tömege alig egyötöde annak, mintha vasbetonból készítették volna el.

Textilbeton szerkezetű híd
Textilbeton szerkezetű híd

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés