Lapszámok

A betonerősítő szálak alkalmasságát és hatékonyságát legfőképp az mutatja, hogy milyen mértékben csökkentik a beton zsugorodását, növelik a hajlító-húzószilárdságát és a repedés keletkezése utáni ún. maradó hajlító-húzószilárdságát a szálerősített betonnak. 

A zsugorodási hajlam csökkenése a betonszerkezetben keletkező, gátolt zsugorodási alakváltozásból származó húzófeszültség-növekedést korlátozza, ezáltal a repedésérzékenység is csökken, azaz kisebb valószínűsége lesz a repedések kialakulásának.

Azon szálak, melyek alkalmazásával magának a szálerősített betonnak a húzó- és hajlító-húzószilárdsága is nagyobb lesz, szintén jó hatással vannak a repedésérzékenység csökkentésére, mert a zsugorodásból fakadó, gátolt alakváltozásból generált húzó- és hajlító-húzófeszültségekkel szembeni ellenállása a megfelelő típusú és mennyiségű szálerősítéssel nagyobb lesz, mint anélkül. Ezen első két szempontnak a legmegfelelőbbek az üvegszálak, de még inkább a speciális polimerszálak.

Abban az esetben, amikor a repedés mégiscsak bekövetkezik, az acélszálak és az ún. statikai műanyagszálak használata kerülhet előtérbe, mert ezek alkalmasak arra, hogy a maradó teherbírás számottevő, méretezhető legyen.

Az MSZ EN 14889-2:2007 szabvány 5. fejezete a polimer szálakkal kapcsolatos követelményeket állapítja meg, ezen belül az 5.1. szakasz különböző osztályokba sorolja a polimer szálakat. Ezen szabvány szerinti Class II. osztályba tartozó szálak általában akkor kerülnek felhasználásra, amikor a repedés utáni hajlítószilárdság növelése megkövetelt. A Class II. osztályon kívüli szálak alkalmazása csak a vonatkozó szabványokban és irányelvekben meghatározottak szerint lehetséges.

1. kép: Középpontos hajlító-húzószilárdság vizsgálat (forrás: Magyar Szabványügyi Testület (2007), MSZ EN 14651:2005+A1:2007, „Fémszálas beton vizsgálati módszere, a hajlító-húzószilárdság mérése [arányossági határ (LOP), maradó hajlító-húzószilárdság]”, Budapest)

A Class I. osztályba tartozó műanyagszálak olyan ún. mikroszálak, melyek átmérője 0,3 mm alatti, a Class II. osztályba tartozó műanyagszálak az ún. makroszálak, melyek átmérője nagyobb, mint 0,3 mm.

2. kép: Középpontos hajlító-húzószilárdság vizsgálat (forrás: Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Építőanyagok és Magasépítés Tanszék fényképei, 2016)

Ezen szabvány szerint tehát a műanyagszálerősítéses betonszerkezetek, például az ipari betonpadlók műanyagszálerősítéses betonból építve akkor javasoltak a Class I. osztályba tartozó mikroszálakkal, ha nem követelmény a repedés utáni maradó hajlító-húzószilárdság. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy az ilyen műanyagszállal tervezett ipari padlókat repedésmentes állapotra tervezik, méretezik.

3. kép: Általános CMOD görbe (forrás: The Concrete Society (2013), „Concrete industrial ground floors” Technical Report (TR34), „A guide to design and construction”, Report of a Concrete Society Working Party, Crowthorne 2013)

A Class II. osztályba tartozó makroszálakkal vagy acélszálakkal erősített betonlemezek a repedések keletkezése után figyelembe vehető maradó hajlító-húzószilárdsággal rendelkeznek. Ennek a maradó teherfelvevő kapacitásnak a nagyságát százalékban fejezik ki a szabványok, műszaki irányelvek. A százalék értéke attól függ, hogy milyenek az adott szálnak a saját fizikai és geometriai tulajdonságai (anyagsűrűség, húzószilárdság, rugalmassági modulus hossz, átmérő, felület), milyen adagolásban alkalmazzák (kg/beton m3 ), illetve, hogy a szálak elkeveredése mennyire homogén.

4. kép: A gerendakísérletekből kapott feszültség-CMOD eredmények átlaggörbéi (forrás: Betonmix Kft.)

A szálerősítés hatását az MSZ EN 14845 szabvány és a RILEM TC 162-TDF. 2003. műszaki irányelv szerinti gerendakísérlettel, tehát az adott száltípusra jellemző erő-repedésmegnyílás görbével (CMOD, azaz Crack Mouth Opening Displacement) ajánlott meghatározni. A megmért erőértékekből számítható a repedés kialakulása után maradó hajlító-húzószilárdság és a padló hajlítási teherbírása. Ez a követelmény szükséges az ipari padlóknál a rendeltetésszerű használat és a megfelelő tartósság biztosítása érdekében. A szálak hatását pedig a CMOD vizsgálatok és az Re (maradó hajlító-húzószilárdság, a repedés utáni terhelhetőség arányszáma az első repedéshez tartozó terhelési értékhez képest) értékek alapján lehet figyelembe venni a méretezéskor.

A CMOD vizsgálat módját és az eredmények értékelő grafikonját az 1-4. kép mutatja be. Mennél magasabb futású a görbe, annál nagyobb az Re érték, azaz a repedés utáni maradó teherkapacitás.

Ipari padlók esetében mérlegelni kell, hogy az igénybevételek, terhelések, ezen belül a statikus (pl. polcrendszerek, rakatok) és dinamikus (targoncák, géplábak) terhek melyik típusú padlószerkezetet igénylik. Abban az esetben, ha fel akarunk készülni arra, hogy az ipari padló bármi okból (pl. zsugorodás, hőtágulás, hasznos terhekből származó hajlító-húzóigénybevételek, dinamikus hatások) megrepedhet, mint betonerősítés a Class II. osztályba sorolható polipropilénszálak és az acélszálak kerülhetnek előtérbe.

Vegyük azt is figyelembe, hogy a repedésmentes állapotra történő méretezés csak addig érvényes az adott szerkezetre nézve, amíg az ténylegesen repedésmentes marad! Amennyiben ugyanis repedések alakulnak ki, akkor átalakul a statikai modell, a repedéseknél nagyobb nyomatékok, nagyobb lehajlások keletkeznek, különösen akkor, ha a repedéstágasság 1 mm fölé nő. Ez gyakrabban következik be a Class I. osztályba sorolt vagy pl. üvegszálas erősítésű betonok esetén, mert a mikroszálak nem tartják kellőképpen össze az egymástól repedéssel elvált lemezrészeket.

Az acélszálerősítés és a statikai műanyagszál-erősítés (Class II.) előnye az, hogy a maradó feszültségekkel szemben hatékony ellenállást tud biztosítani. A legtöbb méretezési irányelv min. 30%-ban állapítja meg (Re=min. 0,3) a maradó hajlító-húzószilárdsági értéket, ami esetén érdemben számolni lehet a szálerősítéses beton repedés utáni teherfelvevő képességével.