Ինչպե՞ս է ամրանը բարձրացնում բետոնե կառույցների տևականությունը

Ամրացման ձողի հիմնարար դերը կառուցվածքային ամրության և բեռի դիմադրության մեջ

Պողպատե ամրացման ձողի և բետոնի փոխազդեցության հասկացությունը

Սովորական բետոնը լավ է աշխատում, երբ սեղմվում է, սակայն քայքայվում է, երբ ձգվում է՝ այստեղ էլ առաջանում է պողպատե ամրացման կարիքը: Տեսանելի է, որ երկու նյութերն էլ մոտավորապես նույն տեմպերով են ընդարձակվում և սեղմվում՝ մոտ 12 միլիոնավոր աստիճանի վրա Ցելսիուսով, ինչը օգնում է կանխել ճեղքերի առաջացումը ջերմաստիճանի փոփոխությունների դեպքում: Պողպատե ձողերի եղունգները ավելի լավ են կպչում բետոնին՝ ստեղծելով ավելի ամուր միասնություն: Այս համադրումը հնարավորություն է տալիս ամրացված բետոնին ավելի լավ դիմակայել ծռմանը, քան սովորական բետոնը, և սովորաբար այն 3-4 անգամ ավելի երկար է դիմանում այդ լարվածություններին՝ մինչև ձախողվելը:

Կառուցվածքային երկարակեցությանը նպաստող մեխանիկական հատկություններ

Շատ ամրաններն ունեն 420-ից 550 ՄՊա սահմանային ամրություն, ինչը նշանակում է, որ դրանք կարող են փոքր-ինչ ճկվել կամ ձգվել, երբ ուժերը գերազանցում են սովորական բետոնի սեփական կրող ունակությունը: Չկոտրվելով ձգվելու հնարավորությունը թույլ է տալիս շենքերին և կամուրջներին ավելի լավ կլանել լարվածությունը՝ հաճախ հասնելով մոտ 4 տոկոս լարվածության, մինչև վերջնականապես կոտրվելը, այլ ոչ թե հանկարծակի կոտրվելը: Երբ այս ամրանները միահյուսվում են սովորական բետոնի հետ, որն ընդունում է սեղմման ուժերը մոտ 20-ից 40 ՄՊա սահմաններում, այս զուգավորումը ստեղծում է կառույցներ, որոնք միաժամանակ բավականաչափ ամուր են՝ կանգնած մնալու համար, և բավականաչափ ճկուն՝ ճեղքվելուց խուսափելու համար ճնշման տակ: Այդ իսկ պատճառով շատ շինարարական նախագծեր տևում են սերունդներով՝ չնայած տարբեր եղանակային պայմաններին և ամենօրյա մաշվածությանը:

Տվյալներ՝ կրող ունակության բարելավումը ամրանների ներառմամբ

Ուժեղացված բետոնե հեծանները կրում են 60-80% ավելի բարձր բեռնվածություն, քան ոչ ուժեղացվածները: Սալերում արմատուրը ճեղքերի դիմադրությունն ավելացնում է 70%-ով, իսկ լարվածության բաշխումը՝ չորս անգամ: Պիլոնները, որոնք պարուրված են արմատուրով, առանցքային բեռնվածությունը կրելու հնարավորություն ունեն երկու անգամ ավելի շատ, քան ոչ ուժեղացված տարբերակները, ինչպես նշված է ACI 318-23 ստանդարտներում:

Դեպքի ուսումնասիրություն. Ուժեղացված բետոնի կիրառումը բարձրահարկ շինարարության մեջ սեյսմիկ գոտիներում

2023 թվականի վերլուծությունը սեյսմիկ շրջաններում գտնվող 25 երկնաքերերի վերաբերյալ ցույց տվեց, որ արմատուրով ուժեղացված կորիզները երկրաշրջումների ժամանակ կլանում են 45% ավելի շատ էներգիա: #11 (36 մմ) արմատուրներով և 150 մմ քայլով կառուցված շինությունները 8,0 մագնիտուդ ունեցող երկրաշրջումների մոդելավորման ընթացքում կրեցին մնացորդային դեֆորմացիա 1%-ից պակաս, ապահովելով անվտանգության արժեքներ, որոնք գերազանցում էին այլընտրանքային համակարգերին 35% -ով:

Ճեղքերի վերահսկումը, պլաստիկությունը և հարվածային դիմադրությունը բարելավելով պողպատե ուժեղացման միջոցով

Ուժեղացված բետոնե կառույցներում ճեղքերի դիմադրության մեխանիզմներ

Ոսկրային ամրապնդումը հանդես է գալիս որպես ձգվող հիմնական կորիզ, որը վերահաշվարկում է լարվածության կենտրոնացումը՝ կանխելով ճեղքերի առաջացումը: Բետոնի կորուստի ընթացքում միկրոճեղքերը միացնելով՝ ամրանը պահում է ճեղքերի լայնությունը 0,3 մմ-ից ցածր՝ խոչընդոտելով խոնավության ներթափանցմանը և կապարի կոռոզիայի սկսմանը:

Պластիկությունը որպես պղնձի ճեղքերից պաշտպանության միջոց

Սովորական բետոնից հակառակ, որը լարման տակ կոտրվում է հանկարծակի, պողպատե ձողերը դանդաղ ձգվում են՝ կլանելով 200–400% ավելի շատ լարվածության էներգիա խզվելուց առաջ: Այս պլաստիկ պատասխանը տեսանելի զգուշացում է տալիս ճկման միջոցով, ինչը սեյսմիկ մոդելավորման ընթացքում 72%-ով կրճատում է կատաստրոֆալ կորուստի ռիսկը (Bandelt & Billington 2016):

Ինչպես է պողպատե ամրապնդումը բարձրացնում էներգիայի կլանումը դինամիկ բեռնվածության տակ

Կոտրման կամ սեյսմիկ բեռի տակ պողպատը կինետիկ էներգիան рассեивает առաձգական-պլաստիկ դեֆորմացիայի միջոցով: 2023 թվականին հրատարակված մի ուսումնասիրություն Շենքեր ցույց տվեց, որ ամրապնդված բետոնը կլանում է 35 Ջ/սմ³ ազդեցության էներգիա՝ երեք անգամ ավելի, քան ամրապնդված հատվածները:

Շահարկում՝ առավելագույն հարվածային դիմադրություն ապահովելու համար ամրանի տեղադրումը օպտիմալացնելը

Առավելագույն հարվածային կատարողականը հասնում է հետևյալ միջոցով.

• Ուղղահայաց ձողերի ցանցեր, որոնք տեղադրված են 150–200 մմ միջակայքերով
• Սալերի և վարագույրների շրջանակներում ամրացման օղակներ
• Բոնդի սահումը կանխելու նպատակով բետոնի ծածկույթի նվազագույն հաստությունը 40 մմ է
  Այս կոնֆիգուրացիան 40–60% մեծացնում է հարվածային դիմադրությունը՝ պահպանելով գործնական շինարարական աշխատանքային գործընթացները:

Ամրանի և բետոնի միջև միացման վարքը և լարվածության բաշխումը

Պողպատե ամրանի և ցեմենտային նյութերի միջև միացման-սահումային հատկությունները

Ոսկրերի դեֆորմացված կողերը փոխանցվում են բետոնին՝ առաջացնելով հզոր կապեր, որոնք կանխում են դրանց սահումը կշիռ կիրառելիս: Համեմատած սովորական ձողերի հետ՝ այս ոսկրերով ձողերը կարող են 3-5 անգամ ավելի շատ ուժ դիմակայել, քանի որ նրանք «կծում» են շուրջը գտնվող բետոնը: Այս կապերի աշխատանքի սկզբունքը հուսալի է նաև 0,1 մմ շարժման դեպքում՝ ուղիղ ծանրաբեռնված պայմաններում: Սա շատ կարևոր է շենքերի համար՝ երկրաշարժերի ժամանակ կանգնած մնալու համար, քանի որ օգնում է պահպանել կառուցվածքային ամբողջականությունը, երբ ամեն ինչ ցնցվում է:

Միջմակերեսային միկրոկառուցվածք (ITZ) և դրա ազդեցությունը տևականության վրա

Միջմակերեսային անցումային գոտին (ITZ), 50 մկմ շերտ ոսկրերի շուրջ, որոշում է երկարաժամկետ տևականությունը: Վատ խոհարարված ITZ-ն կարող է ունենալ 30% ավելի բարձր ծննդավայր, քան հիմնական բետոնը, ինչը արագացնում է քլորիդների xնտառման ներթափանցումը: Ջրի և ցեմենտի հարաբերակցությունը 0,4-ից ցածր իջեցնելը խիտացնում է ITZ-ն՝ 40%-ով բարելավելով կոռոզիայի դիմադրությունը ծովային միջավայրում (Shang et al., 2023):

Կապի ամրության վրա ազդող գործոններ

• Մակերեսի տեքստուրա : Ռեյկավորված ձողերը 217 %-ով ավելի մեծ կապող ունակություն են ապահովում համեմատած հարթ ձողերի հետ
• Բետոնի որակը : 35 ՄՊա բետոնը 2,3 անգամ ավելի մեծ կապող ամրություն է ապահովում, քան 20 ՄՊա խառնուրդը
• Սահմանում : 28-օրյա խոնավ պահպանումը կապող կոշտությունն ավելացնում է 58 %-ով

ՈՒժի և դեֆորմացիայի զարգացման վրա ամրանի սահմանափակող ազդեցությունը

Ամրանաձողերը սահմանափակում են բետոնի սեղմման տակ ընդարձակվելու ձգտումը՝ թույլ տալով լարվածության հավասարակշռված բաշխում: Խորամանկ տարրերում այս փոխազդեցությունը բեռի կրող ունակությունն ավելացնում է 300–400 % համեմատած սովորական բետոնի հետ: Ըստ FHWA-ի 2023 թ. վերլուծության՝ ճիշտ տեղադրված ամրանաձողերը կամրջակալների վրա շարժական բեռի ներքո ճեղքերի լայնությունն ավելի փոքր է 85 % -ով:

Ճեղքերի առաջացումը և վաղ տարիքի ճեղքերը ճիշտ ամրանաձողերի նախագծման միջոցով

Ամրանաձողերի ազդեցությունը սեղմումից առաջացած ճեղքերի վրա

Քանի որ բետոնը փակվում է, այն նեղանում է 500–700 միկրոմետր մեկ մետրի հաշվառմամբ (ACI 318-2022): Ամրանները կապի ուժերի միջոցով հաշվառում են այս լարվածության 40%-ը, պահելով ճեղքերի լայնությունը 0,3 մմ-ից ցածր՝ այն կետը, երբ կայունության ռիսկերը զգալիորեն աճում են: Այս սահմանափակումը ճեղքերի առաջացումը 62%-ով կրճատում է ամրացված բետոնի համեմատությամբ (Պորտլենդյան սեղմված ցեմենտի ասոցիացիա, 2021):

Ծավալային Փոփոխությունների Սահմանափակումը Տեղադրված Ամրանների Միջոցով

Ամրանների ցանցերը հավասարակշռում են հակադիր նյութերի վարքագիծը.

• Ic արդյունքը տեսակավորման համար : Պողպատը (12 մկմ/մ°C) մոտ է բետոնին (10,5 մկմ/մ°C) ASTM C531-ի համաձայն
• Մոդուլի Տարբերություն : Ամրանների 200 ԳՊա մոդուլը դիմադրում է բետոնի 25–40 ԳՊա առաձգականությանը՝ վերաբաշխելով լարվածությունը

Օգտագործելով ASTM A615 Grade 60 ամրաններ 0,5% ամրացման հարաբերակցությամբ՝ կամրջի հատակներում վաղ տարիքի ճեղքերի խտությունը 75%-ով կրճատվում է (NCHRP զեկույց 712):

Շահարկում. Ամրանների Խտության Հավասարակշռում՝ Վաղ Տարիքի Ճեղքերը Նվազագույնի Հասցնելու Համար

Բետոնե սալերում ճեղքերը 0,15 մմ-ից պակաս լայնությամբ պահելու համար կարևոր է 100-200 մմ հեռավորությունը ճիշտ դասավորել և ամրացման հարաբերակցությունը պահել 1,5%-ից 2,5% սահմաններում: Երբ ամրացումը 3%-ից ավելի է, խնդիրներ են առաջանում՝ լարվածությունը կուտակվում է որոշակի տեղերում: Ընդ հակառակը, եթե ամրացումը 1%-ից ցածր է, ապա ճեղքերը անկառավարելի ձևով տարածվում են: Վերջերս հատակագծված որոշ փորձարկումներ ուսումնասիրել են 300 մմ հաստությամբ պատեր և հայտնաբերել են հետաքրքիր փաստ: 2% ամրացման դեպքում այդ պատերը ունեին մոտ 0,35 ճեղք մեկ քառակուսի մետրի հաշվառմամբ: Սակայն, երբ ամրացումը իջեցվեց մինչև 0,8%, այդ թիվը հասավ 2,1 ճեղքի մեկ քառակուսի մետրի հաշվառմամբ՝ ըստ անցյալ տարվա Journal of Materials in Civil Engineering ամսագրում հրապարակված հետազոտության: Եվ նաև հիշեք ծածկույթի խորության մասին: 40-75 մմ բավարար ծածկույթը կատարում է երկու գործառույթ՝ պաշտպանում է կոռոզիայից՝ հիմնային միջավայրը պահպանելով, միևնույն ժամանակ թույլ տալով նորմալ ընդլայնում և սեղմում նյութերի մեջ:

Լակապատված մետաղադրոշների լուծումների կոռոզիայի դիմացկությունը և երկարաժամկետ հարմարավելիությունը

Կոռոզիայի դիմադրող ծածկույթների տեսակները՝ էպօքսիդային, ցինկապատ և չժանգոտվող պողպատ

Վերաբետոնը երկար պահպանելու համար հիմնականում կան երեք հիմնական ծածկույթներ՝ էպօքսիդային, ցինկապատված և չժանգոտվող պողպատե տարբերակներ: Էպօքսիդային ծածկույթը ջրի և աղի վնասվածքներից պաշտպանության շերտ է ստեղծում, սակայն աշխատողները պետք է շատ զգույշ լինեն նրա տեղադրման ժամանակ, որպեսզի ծածկույթը չարտահայտվի կամ չկոտրվի: Տաք ցինկապատման մեթոդը աշխատում է ցինկի միջոցով, որը իր հերթին զոհաբերվում է՝ պաշտպանելով ներքևում գտնվող պողպատը: Սա սովորաբար լավ է աշխատում ափերի մոտ կառուցված կառույցների կամ աղի օդի կանոնավոր ազդեցության տակ գտնվող այլ վայրերի համար: Չժանգոտվող պողպատը պարունակում է քրոմ-նիկելային խառնուրդներ, որոնք հայտնի են բոլորին, և ապահովում են շատ լավ պաշտպանություն կոռոզիայից: Չնայած այն կարող է տևել տասնյակ տարիներ խիստ օվկիանոսային պայմաններում, երբեմն 70 տարիից ավել, ըստ որոշ զեկույցների, նրա գինը անշուշտ ավելի բարձր է, քան մյուս տարբերակները: Շատ պայմանագրային կազմակերպություններ իրենց ընտրությունը կատարելիս կշռում են այս երկարաժամկետ առավելությունները և սկզբնական ծախսերը:

Ծածկույթի ամբողջականությունը և դրա ազդեցությունը երկարաժամկետ տևողության վրա

Լաքապատման արդյունավետությունը հիմնականում կախված է այդ պաշտպանիչ շերտի ամբողջականությունից՝ առանց վնասվածքների: Էպոքսիդային լաքապատումներում փոքր գծանշումները, թվում է, որ շատ մեծ նշանակություն չունեն, սակայն դրանք իրականում կարող են մինչև 30-40 տոկոսով արագացնել կոռոզիան, երբ շրջակա միջավայրը բարձր քլորիդների մակարդակ ունի: Վերցնելով տարբեր նյութեր, ցինկապատ ցինկը տարեկան մոտ 1-2 միկրոմետր է մաշվում սովորական եղանակային պայմաններում: Ներկված պողպատը մի փոքր ավելի լավն է, քանի որ նրա մակերեսին առաջանում է պաշտպանիչ թաղանթ, որը սովորաբար ժամանակի ընթացքում ինքնաշտկվում է, թեև սա դադարում է աշխատել, եթե նյութը ենթարկվի շատ թթվային կամ հիմնային նյութերի: Եվ եկեք մի մոռանանք նաև պահեստավորման խնդիրների մասին: Եթե լաքապատված ամրանը ճիշտ պահպանվի կամ չլցվի ճիշտ կերպով, մենք խոսում ենք կոռոզիայի դիմադրության կրկնակի կորստի մասին՝ նույնիսկ նախքան այն շահագործման մեջ դնելը:

Տվյալներ՝ Լաքապատված ամրանի ծառայողական վայրի երկարացումը ծովային միջավայրում

Դաշտային տվյալները հաստատում են ծածկոցներից բխող զգալի շահույթը: Օրգանական ծածկոցների վերաբերյալ ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ էպօքսիդային ծածկված ամրանները ծովային պայմաններում շահագործման ժամկետը երկարաձգում են 15-20 տարով համեմատած ծածկված պողպատի հետ: Գալվանացված ամրանները մակընթացության գոտիներում կոռոզիայի են ենթարկվում 25-35% դանդաղ, իսկ չժանգոտվող պողպատը ջրի տակ 50 տարի անց ցուցաբերում է աննշան ժանգի xնտառում:

Շրջանակ. Կոռոզիային ենթարկվող գոտիների համար հսկողության և նվազեցման մեթոդներ

Գործնական միջոցառումների շարքին են պատկանում էլեկտրոքիմիական փորձարկումը (կիսախորհրդանիշ ներուժի քարտեզագրում) և պարբերական նմուշառումը՝ ծածկոցի վիճակը գնահատելու համար: Կամրջի սենյակների պես բարձր ռիսկային գոտիներում զիջվող անոդային համակարգերը կոռոզիայի հոսանքները շրջանցում են ամրաններից: Արդեն գոյություն ունեցող կառույցների համար տեղափոխվող կոռոզիայի العները 60-80% կրճատում են քլորիդների շարժունակությունը՝ բարելավելով ծածկված ամրանների երկարաժամկետ աշխատանքը:

Հաճախ տրամադրվող հարցեր

• Ո՞րն է ամրանների հիմնական դերը շինարարության մեջ:
  Ամրանները հիմնականում բարձրացնում են բետոնի ձգման դիմացկունությունը՝ թույլ տալով դիմակայել ծռման և ձգման ուժերին:
• Ինչպե՞ս է ամրանը նպաստում կառույցի երկարակեցությանը
  Ամրանի դեֆորմացվողությունը հնարավորություն է տալիս նրան կլանելու և բաշխելու լարվածությունը, ինչը ժամանակի ընթացքում կառույցային ձախողումների հավանականությունը նվազեցնում է
• Որո՞նք են ամրանի համար օգտագործվող տարածված ծածկույթները և ինչո՞ւ են դրանք կարևոր
  Տարածված ծածկույթներին են դասվում էպոքսին, ցինկապատումը և ստենդի պողպատը, որոնք պաշտպանում են կոռոզիայից և երկարաձգում են ամրանի կյանքի տևողությունը
• Ինչպե՞ս է ամրանը ազդում բետոնե կառույցներում ճեղքերի վերահսկման վրա
  Ամրանը ծածկում է միկրոճեղքերը, սահմանափակում է դրանց լայնությունը և կոռոզիայի սկսման պահը հետաձգում
• Որո՞նք են ամրանի կոռոզիայի դիմադրությունը բարելավող միջոցառումները
  Ծածկույթների օգտագործումը, ճիշտ պահպանումը և էլեկտրոքիմիական փորձարկումները ամրանի կոռոզիայի դիմադրությունը բարձրացնելու համար արդյունավետ միջոցառումներ են