Rodzaje wzmocnienia w betonach zbrojonych

Wzmocnienia materiału są jednym z głównych składników betonów i kompozytów zbrojonych, pozwalające przenosić obciążenia konstrukcyjne. Dlatego też wzmocnienie w znacznym stopniu decyduje o sztywności i wytrzymałości wzmocnionego materiału. Ogólnie rzecz biorąc zbrojenie kompozytów można podzielić na dwie główne kategorie, gdzie jedna z nich dotyczy podziału według rodzaju materiału z którego wykonane zostało zbrojenie, natomiast drugi rodzaj dotyczy postaci fazy wzmacniającej. Zagłębiając się w dalszy podział zbrojenia, możemy wyróżnić między innymi sposób układania włókien, technologię produkcji, skład chemiczny spoiwa, czy długość użytego włókna.

---

Zbrojenie cząstkami

W przypadku betonów i kompozytów zbrojonych cząstkami można wyróżnić dwa typy w zależności od użytej wielkości cząstek. Do cząstek dyspersyjnych zalicza się te, których połączenie z komponentem osnowy jest na poziomie molekularnym lub atomowym. Przykładem tutaj może być kompozyt wykonany z gumy i sadzy gdzie powszechnie wykorzystywany jest w branży oponiarskiej. Drobne cząstki sadzy dodane do gumy w procesie wulkanizacji pozwalają znacząco poprawić wytrzymałość i odporność na zrywanie.



Alternatywą dla zbrojenia cząsteczkami dyspersyjnymi jest zbrojenie cząstkami dużymi. Najpopularniejszym przykładem może być beton, gdzie funkcję osnowy pełni cement natomiast wzmocnienia - kruszywo. W zbrojeniu dużymi cząstkami obciążenia przenoszone są na fazę wzmocnienia, której twardość jest znacznie większa od twardości otaczającej osnowy. Zbrojenie betonów i kompozytów polega na odpowiednim nasyceniu osnowy tak, aby nie powodować odkształceń osnowy w miejscu położenia cząstek. Ten typ 24 wzmocnienia charakteryzuje się również wysoką zawartością cząstek (około 20%- 90%), które powinny być o zbliżonych wymiarach i równomiernym ułożeniem.

Zbrojenie włóknami i tkaninami

Betony i kompozyty zbrojone włóknami lub tkaninami są obecnie najczęściej używanymi materiałami wzmacniającymi ze względu na najwyższe właściwości wytrzymałościowe i mechaniczne przy minimalnej wadze i wysokiej ekonomiczności. Jednak nie we wszystkich rodzajach włókien cena jest na zadowalającym poziomie (włóka specjalne o wysokich parametrach), dlatego też ogranicza to niektóre z ich możliwości zastosowania.

Praca kompozytów i betonów włóknistych w głównej mierze opiera się o przeniesienie napotkanych obciążeń na różnego rodzaju włókna. Osnowa w takim kompozycie pełni jedynie funkcję spoiwa i bezpośredniej ochrony przed czynnikami zewnętrznymi. Włókna stosowane w zbrojeniu kompozytów to najczęściej włókna ciągłe lub elementarne, włókna nieciągłe do których należą na przykład wiskery i włókna cięte lub komponenty powstające z pojedynczych włókien takich jak maty, tkaniny, elementy kształtowe.



Włókna w zbrojeniu stosuje się głównie ze względu na bardzo wysoką wytrzymałość i sztywność wielokrotnie większą od wartości materiałów z którego wykonane zostało włókno. Przykładem tutaj może być stal konstrukcyjne, gdzie jej wytrzymałość na rozciąganie wynosi około 0,2 - 07 GPa, natomiast wytrzymałość na rozciąganie ciętych i bardzo cienkich włókien stalowych oscyluję na poziomie około 4 GPa. Różnice w wytrzymałości wynikają ze struktury krystalicznej włókna która jest odpowiednio ułożona wzdłuż osi włókna.

Zbrojenie strukturalne

Betony i kompozyty zbrojone strukturalnie to złożone materiały o fazie jednorodnej lub mieszanej. Powszechne wykorzystanie tych materiałów w budownictwie pozwoliło uzyskać nowoczesne materiały o wysokich parametrach. Zbrojenie strukturalne można podzielić na łączenie za pomocą kilku dwuwymiarowych warstw - laminaty, oraz na łączenie warstwowe (przekładkowe, kanapkowe) które posiada wyraźny rozdział na funkcję osłonową (osnowa) i fizykalno-mechaniczną realizowaną poprzez wewnętrzne zbrojenie. Podstawową warstwą laminatu jest włókno które połączone jest z żywicą. Sam laminat to kilka połączonych warstw kompozytowych o specjalnie dobranym kierunku tak, aby wytrzymać jak największe obciążenie. Laminaty znajdują swoje zastosowanie w produkcji świetlików, osłon i wiat.

Natomiast zbrojenie warstwowe zbudowane jest z dwóch lub więcej komponentów połączonych na poziomie makroskopowym. Za przykład posłużyć może żelbet, który jest najczęściej używanym materiałem budowlanym na całym świecie, zwłaszcza jeśli chodzi o infrastrukturę lądową - mosty, tunele, konstrukcje morskie itp. W przypadku wzmacniania prętami stalowymi należy zachować odpowiednią otulinę betonu. Służą do tego listwy betonowe które pomagają zachować wymaganą odległość. 



Zbrojenie warstwowe pozwala dostosować wymagania dotyczące izolacyjności, nośności, akustyczności, spełniając jednocześnie wymagania dotyczące ochrony przed szkodliwych działaniem środowiska czy czynnikami zewnętrznymi. Struktura warstwowa ułatwia narzucenie określonego składu masy i rozmieszczenia sił wewnętrznych wpływając na sztywność i wytrzymałość końcowego materiału.