Lapszámok

A korszerű ipari padlók mint folytonos és rugalmas alátámasztású modellként méretezhető betonlemezek kezdettől fogva lehetőséget kínáltak a szálerősítések alkalmazására. A szálerősítés rostszerű, háromdimenziós erősítést ad az amúgy merev betonnak, növelheti a szívósságát, csökkenti a zsugorodásérzékenységét, az ütésállóságát és más szempontokból is kedvezően hat a szerkezet használhatóságára és élettartamára. A leggyakrabban használt szálerősítő anyagok az acélszál, a műanyagszál, az üvegszál, de kisebb körben szénszálakat is alkalmaznak. Érdemes ezen különböző szálerősítő anyagok néhány jellemzőjét összehasonlítani egymással, mert ezek összefüggenek a hatékonyságukkal, illetve azzal, hogy melyiket mikor célszerű használni.

A táblázat adatai általános jellegűek, előfordulhatnak ezektől eltérő tulajdonságú szálak. Az anyagjellemzőkön túl még a geometriai méretek és az adagolási mennyiségek is meghatározók.

Amint láthatjuk, elég szerteágazók és nagy különbségeket mutatnak a lényeges tulajdonságok, így belátható, hogy mind a használat céljában, mind az adott cél elérésének módjában, hatékonyságában is vannak különbségek.

A szálak alkalmazásánál közös az a technológiai alapvetés, hogy mindegyiket a friss betonnal együtt keverik, azaz a szálak átjárják, áthatják a betont és a cementpépbe való beágyazódás után hozzákötnek ahhoz. Ez a technológiai lehetőség meggyorsítja és költséghatékonyabbá is teszi a szálerősítés beépítését.

Némely száltípus (jellemzően a műanyag- és üvegszálak) már a kötési fázisban is erősíti a kompozitot, az acélszálak viszont leginkább a kötés utáni, a szilárdulási fázisban és azután hatékonyak.

A betonos szakemberek tudják, hogy minden betonszerkezet repedésérzékeny. Ennek főleg az az oka , hogy a normál beton húzószilárdsága nyolcada, tizede a nyomószilárdságának, azaz egy adott mechanikai, statikai igénybevétel, ami még bőven nem töri össze a betont nyomásra, már bőven repesztheti azt húzás esetén. A lemezszerkezeteknél, ipari padlóknál ez az igénybevétel leginkább a természetes zsugorodásból származik, amiből gátolt alakváltozás esetén húzóerők, húzófeszültség ébred az anyagban. A másik repedésok a nyomatékból származó hajlítás, amely a „húzott” oldalon szintén repesztő hatású feszültségeket okoz.

A repedés jelenléte azért kritikus dolog az ipari padlóknál, mert az a tönkremenetel kezdete lehet, romolhat a használhatóság szintje és csökkenhet a szerkezet élettartama. Ettől mindenki tart, holott a repedésképződés kockázata mindig fennáll.

Polipropilén műanyagszál a zsugorodási hajlam csökkentésére (forrás: Betonmix Kft.)

A szabványok, méretezési eljárások a repedés keletkezésének a lehetőségét szinte mindig figyelembe veszik, sőt a legtöbb eljárás kifejezetten nem a repedésmentes betonfázisban (az I. feszültségi állapotra), hanem inkább a II. fázisban, a plasztikus, képlékeny feszültségtartományban vizsgálja a teherbírást, alakváltozást.

Ha a betonszerkezeteket az I. feszültségi állapotra tervezzük, azaz úgy méretezzük, hogy a terhelés hatására az ne repedjen meg, akkor azok általában igen nagy vastagságúak lesznek azért, hogy a hajlítónyomatékok olyan alacsonyak maradjanak, hogy a szerkezet ne repedjen meg. Általában az is jellemző, hogy a zsugorodás jelensége vastagabb lemezeknél kevésbé káros, mint a vékonyabbaknál.

Az üveg- és a leggyakoribb műanyagszálak éppen abban segítik a betont – már a kötési fázisban, azaz a bedolgozás utáni 10-12 órában –, hogy a kezdeti, a plasztikus zsugorodással szemben tanúsítson a szálerősített betonszerkezet nagyobb ellenállást, ami által radikálisan csökkenhet a repedéskockázat.

A kötés utáni időszakban, azaz a szilárdulás fázisában, illetve azután a beton repedésérzékenységének csökkentését, valamint a repedések keletkezése utáni repedéstágasság-kontrollt általában a vasalás, a betonacél, a betonacélháló és/vagy az acélszálerősítés adja. A vasbetonméretezési eljárások erőfelvevő vashányaddal számolnak, ezek veszik fel a beton megrepedése után megmaradó húzóerőket és nyomatékokat, illetve repedéstágasságot állapítanak meg, azokra méreteznek.

Polipropilén műanyagszál statikai erősítésre (forrás: Betonmix Kft.)

Nagy különbség tehát, hogy amíg az üveg- és a műanyagszálak legtöbbje azért használatos, hogy minél nagyobb igénybevételt (húzóerőt és nyomatékot) tudjon felvenni a betonszerkezet (az I. feszültségi állapotban), az acélszálerősítés éppen azt segíti és éri el, hogy az akármilyen okból megrepedt (II. feszültségi állapotban levő) szerkezet repedéstágassága minél kisebb legyen, ezáltal a repedés utáni terhelhetősége megmaradjon.

A táblázatokból mindezek kiolvashatók. Az üvegszálak mindkét másik anyagénál nagyobb szakítószilárdsága és a műanyagszálaknál jóval nagyobb rugalmassági modulusa megmagyarázza azt, hogy az üvegszálerősítés a kötési és a szilárdulási időszakaszban hatékony segítséget nyújt a betonszerkezet repedésmentességének megőrzésében. A műanyagszálak ugyan kisebb szilárdságúak és rugalmasságú modulusúak, de mégis, a kilogrammonkénti darabszámuk nagysága miatt (szinte átszövik a teljes szerkezetet), amíg a friss betonkompozit szilárdsága felnő a kötés befejeztéig, jó hatással vannak a repedésérzékenységgel szemben.

Amikor azonban a kötés és a szilárdulás első szakasza befejeződik, legfőképp az acélszálerősítés veszi át a repedésekkel szembeni „harcot”, mert a viszonylag nagy szilárdság mellett az acél rugalmassági modulusa nagyságrendileg magasabb a többi szálanyaghoz képest. A rugalmassági modulus jelentősége abban áll, hogy egy adott feszültség hatására a nagyobb rugalmassági modulusú anyag kisebb fajlagos alakváltozást szenved. Tehát az acélszálak éppen a repedéskontrollban tudnak segíteni, amikor már a repedés kialakult.

Az acélszálerősítéses betonlemezek a keletkezett repedéseknél összetartják az elvált részeket, ezáltal korlátozzák a repedéstágasságot (repedéskontroll), azaz nem engedik a repedést szabadon megnyílni. Ez azt is eredményezi, hogy a repedéseknél a betonlemez további teherfelvételre is képes (hasonlóan a vasbeton szerkezetekhez), fel tud venni mind húzóerőket, mind pedig nyomatékokat. Az acélszálerősítéses ipari padló betonlemezeinek korszerű méretezési eljárásai éppen abban állnak, azt vizsgálják és állapítják meg, hogy a repedések kialakulása után a repedés helyén a szerkezet mekkora teherfelvételre képes a repedésmentes állapothoz viszonyítva, azaz hogy mennyi a maradék terhelhetőségi kapacitás a repedésmentes állapothoz képest (ami maga a beton húzó-, illetve hajlító-húzószilárdsága). Az acélszálerősítés hatékonysága az acélszál szakítószilárdságától, a kilogrammonkénti darabszámától, a geometriájától (alak, átmérő, szálhossz), a betonköbméterenkénti adagolási mennyiségétől függ. Általánosságban elmondható, hogy az acélszálerősítéses beton maradó, azaz a repedés utáni teherfelvételi kapacitása 35-65%-a a repedésmentes állapotban levő teherfelvételi kapacitásnak. Az erre vonatkozó méretezések arra irányulnak, hogy megállapítsák, mekkora az a terhelés (egyenletesen megoszló, targonca, polcláb, gépláb stb.), amit az ipari padló betonlemeze (az ágyazati rétegrend mint alátámasztás és a beton szilárdsága függvényében) a repedés keletkezése után ott, a leggyengébb helyen még fel tud venni károsodás nélkül.

Az üvegszálak és a műanyagszálak legtöbbjének repedés utáni terhelhetősége a repedések helyén olyan csekély (10-15% alatti a beton saját húzó- illetve hajlító-húzószilárdságához képest), hogy azt nem szabad figyelembe venni. Egyes műanyagszálak azonban rendelkeznek repedésáthidaló képességgel, általában 30-35%-ig, leginkább ezeket nevezhetjük szerkezeti vagy statikai műanyagszálaknak. Az MSZ EN 14889-2:2007 európai uniós szabvány is szabályozza a polimerszálakkal kapcsolatos követelményeket és különböző osztályokba sorolja a műanyag szálakat aszerint, hogy melyek alkalmasak a repedés kialakulása után maradó hajlító-húzószilárdsági követelmények teljesítésére.

A témát decemberi számunkban folytatjuk.