Vlákna vyztužená polymery FRP (Fiber Reinforced Polymers) jsou složené materiály, které se skládají z vysoce pevnostního vlákna obaleného v polymerovém pojivu. Tato vysoce pevnostní vlákna přenášejí zatížení a vykazují velmi vysokou pevnost a tuhost při namáhání v tahu.
Laminát z FRP obsahuje několik miliónů těchto vláken. Polymerové pojivo zajišťuje svázání vláken, jejich ochranu a roznesení zatížení jednotlivých vláken v laminátu. Jsou používány různé typy vláken a pryskyřic pro výrobu FRP laminátů. Vlákna jsou vybírána podle pevnosti, tuhosti a trvanlivosti pro daný způsob využití. Pryskyřici je nutno vybrat pro dané prostředí, kterému bude laminát vystaven, a podle způsobu jeho výroby.
Pro stavební průmysl se nejvíce používají vlákna uhlíková, skleněná a aramidová.
Pultruze je kontinuální výrobní proces výroby FRP kompozitních materiálů různých tvarů a délek tažením. Vstupní materiál je směs tekuté pryskyřice a vysoce pevnostních vláken. Výrobní proces spočívá v tažení materiálu skrz vyhřívanou ocelovou formu pomocí tažného zařízení.
Vlákna navinutá na cívkách vstupují do srovnávače, který zajistí rovnoměrné rozmístnění vláken.
V dalším kroku se takto srovnaná vlákna ve vyhřívací formě smáčí směsí pryskyřice, plniva, barviva, katalyzátoru a mohou se přidat další přísady pro zlepšení vlastností výsledného profi lu laminátu. Ve vyhřívané formě proběhne termosetická reakce a profil se vytvrzuje.
Z formy je tažen hotový profil, který je dělen na výsledný požadovaný rozměr.
FRP materiály pro zpevňování stávajících betonových konstrukcí jsou čím dál více používané. Vlákna mohou být uhlíková, z aromatického polyamidu nebo skelná, přičemž lze použít vlákna buď z jednoho materiálu, nebo je možné použít jakoukoli kombinaci vláken z těchto materiálů, což závisí na konkrétním druhu užití výrobku. Stavby mohou potřebovat zesílení v důsledku stárnutí, chyb při projektování, poničení, změny použití nebo zatížení. Technologie FRP materiálů vytváří řešení jak posílit nosníky, podlahy, stěny, sloupy a jiné stavební prvky.
Při výběru typu kompozitů pro danou aplikaci musíme brát v potaz, že skleněná a aramidová vlákna jsou skvělá pro krátkodobá zatížení (např. seizmické jevy). Pro trvalé ohybové a smykové vyztužení jsou nejvhodnější vlákna z uhlíku.
Tyto kompozity nazýváme zkráceně CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymers).
Spojení FRP kompozitů ke stavebním prvkům se provádí dvousložkovým lepidlem, jehož základní složka obsahuje směs modifi kovaných epoxidových pryskyřic a anoragnické plnivo, zatímco tvrdidlo je tixotropní upravený amin.
Hlavní výhody používání kompozit před tradičními ocelovými deskami je jejich vysoká pevnost a nízká hmotnost. Tím pádem je jejich instalace jednodušší a rychlejší a snižuje či zcela eliminuje potřebu použít dočasných podpěr. Tyto materiály mohou být snadno nařezány na požadované délky přímo na pracovišti (stavbě). Dostupnost velkých rozměrů, tj. možnost nařezání na velké rozměry, a pružnost těchto materiálů též zjednoduší jejich instalaci, protože:
Dohromady tyto faktory vedou k podstatně jednoduššímu a rychlejšímu procesu zpevnění (vyztužení), než jak by se dosáhlo jinými metodami. Toto platí hlavně pro mosty z důvodu vysokých nákladů na vytvoření uzávěr na silničních komunikacích a též doby, po kterou tyto komunikace a železniční tratě jsou ve správě dané firmy. Další výhodou FRP systémů před jinými metodami zpevňování (vyztužování) je, že se nijak podstatně nezvýší hmotnost celé konstrukce ani rozměry konstrukčních prvků. To, že se výrazně nezmění rozměry konstrukčních prvků, je důležité hlavně pro mosty a jiné konstrukce s omezenou světlou výškou.
Další výhodou při zpevňování (vyztužování) historických staveb (konstrukcí) je ta, že výrazně nezmění vzhled těchto staveb. (Proto byly FRP materiály použity při zpevňování historických dřevěných, železných a zděných konstrukcí.
Při návrhu zesílení prvků mají být zváženy všechny zatěžovací stavy, které přicházejí v úvahu. Návrh by měl respektovat požadovaný efekt zesílení prvku a schopnost redistribuce vnitřních sil v zesíleném prvku. Výpočet je založen na analytických nebo semiempirických modelech. Základem pro navrhování externí výztuže je stav konstrukce před zesilováním. Pokud existuje projektová dokumentace původní konstrukce, je nutno informativně ověřit, zdají konstrukce odpovídá. Pokud projektová dokumentace neexistuje, je nutné provést diagnostický průzkum zesilované konstrukce, zjistit mechanické vlastnosti zesilované konstrukce, tj. pro beton: pevnost v tahu, provést odtrhovou zkoušku podkladu, určit tlakovou pevnost betonu a modul pružnosti. U výztuže je třeba určit druh výztuže, průměr výztuže (odhad plochy tažené výztuže), polohu výztuže v konstrukci (uspořádání) a rozsah koroze.
Pro navrhování FRP kompozitů vyvinula firma Sanax chemical construction s.r.o. výpočetní software, který umožňuje navrhování v normě ČSN nebo v normě EC (Eurocode).
Výpočet je založen na teorii pružnosti, byl použit charakteristický moment M0 (nejsou použity součinitele spolehlivosti). Použito rozdělení napětí a přetvoření na tomto předpokladu viz. obr. Jelikož M0 je typicky větší než moment, při němž vznikají trhliny Mcr, je výpočet proveden v oblasti trhlin.
Jestliže M0 je menší než Mcr, vliv trhlin na zesilovanou konstrukci lze zanedbat.
Přetvoření E0 odpovídá počátečnímu přetvoření průřezu v místě, kde je umístěn FRP materiál a které je potřeba pro návrh zesilovaného prvku uvažovat.
Návrhový ohybový moment zesilovaného průřezu je vypočten na základě metody mezních přetvoření.
Iterakčním postupem se stanoví rovnováha sil a určí poloha neutrální osy x.
Poloha neutrální osy je počítána z poměrných přetvoření průřezu a z vnitřní silové rovnováhy. Návrhový moment je spočten z momentové rovnováhy. Návrh by měl brát v úvahu, že zesilovaná konstrukce při montáži nemůže být plně odtížena, tudíž by mělo být uvažováno počáteční přetvoření E0 v nejvzdálenějších tažených vláknech vypočtené na průřezu před zesilováním, odpovídající zatížení konstrukce v době montáže a schématu jejího případného podepření (odlehčení).
Zesilující moment je pak závislý na skutečné síle přenesené přes kotevní oblast do zesilující FRP výztuže.
CarboLamela – uhlíkovo-vláknité CFRP lamely jsou jednosměrná uhlíková vlákna laminovaná s minimálním obsahem vláken 68%.
| Rozměr (mm) Šířka / Tloušťka |
50/1,4 60/1,4 80/1,4 100/1,4 120/1,4 |
50/1,4 60/1,4 80/1,4 100/1,4 120/1,4 |
| Modul pružnosti (Youngův modul) |
170 GPa (kN/mm2) |
210 GPa (kN/mm2) |
| Mez pevnosti v tahu |
3000 MPa (N/mm2) |
2480 MPa (N/mm2) |
| Laminární smyková pevnost | 60 MPa | 65 MPa |
| Smyková pevnost v překrytí | 11 MPa | 11 MPa |
| Poměrné protažení při přetržení εp % | 1,3 | 1,1 |
|
Max. hodnota předpínací síly Fp = Af . Ef . 0,6 . εp |
92 kN 111 kN 148 kN 185 kN 222 kN |
97 kN 116 kN 155 kN 194 kN 232 kN |
CarboBar jsou uhlíkové tyče, navržené pro vyztužení či posílení betonových, zděných či dřevěných konstrukcí.
| Průměr [mm] |
||||||
| Modul pružnosti [GPa] nebo [kN/mm2] |
170 | 170 | 170 | 170 | 170 | 170 |
| Modul pevnosti v tahu [MPa] nebo [N/mm2] |
2300 | 2300 | 2300 | 2300 | 2300 | 2300 |
| Maximální tahová pevnost [MPa] nebo [N/mm2] |
3000 | 3000 | 3000 | 3000 | 3000 | 3000 |
| Poměrné protažení pri přetržení [%] |
1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 | 1,8 |
| Průřezová plocha [mm2] |
28,28 | 50,27 | 78,80 | 113,11 | 153,86 | 200,96 |
| Teoretická spotřeba při drážce o hraně Ø+4 mm [ml/bm] |
72 | 94 | 118 | 143 | 170 | 199 |
CarboWrap je unikátní vysoce pevný uhlíkový, aramidový a skleněný tkaninový materiál.
| Složení | Spletená síť málo zvlněných vláken, s lehkým polyesterem, připevněných k uhlíkovým vláknům. | |
|---|---|---|
| Statické působení | jednosměrné | dvousměrné |
| Šířka pásu |
150 mm 300 mm* 500 mm |
1250 mm |
| Barva | černá | černá |
| Hmotnost pásu | 300 g/m2 | 245 g/m2(±7) |
| Obsah vláken | 100 % | 100 % |
| Hustota vlákna | 1,80 g/cm3 | 1,79 g/cm3 |
| Efektivní tloušťka pletiva | 0,167 mm | 0,5 mm |
| Typické mechanické vlastnosti vlákna | ||
| Modul pružnosti | 230 GPa | 235 GPa |
| Pevnost v tahu | 4300 MPa | 4410 MPa |
| Prodloužení do přetržení | 1,8 % | 1,9 % |
Grenamat AL je nehořlavá deska klasifikovaná do třídy A1 podle výsledků zkoušek reakce na oheň dle ČSN EN 13 501, Část 1, vyrobená z expandovaného vermikulitu a anorganického pojiva lisováním. Pevná a relativně lehká deska s objemovou hmotností od 400 do 800kg/m2 v závislosti na tloušťce desky.
Neobsahuje žádná minerální či skleněná vlákna nebo azbest. Je ekologicky nezávadná a odolává teplotám do 1350ºC. Deska vykazuje velmi dobré zvukově a tepelně izolační vlastnosti. Opracování se provádí běžnými dřevo-obráběcími nástroji. Deska je hydrofobizována pro zvýšení odolnosti vůči vlhkému prostředí.
Není vhodná do otevřeného venkovního prostředí. Desku je možno povrchově upravovat akrylátovými barvami, tenkostěnnými omítkami nebo vysokotlakými lamináty (HPL), papírem či dýhovat.
| Požární odolnost R (min) | Tlouštka desek (mm) |
|---|---|
| 30 | 50 |
| 45 | 60 |
| 60 | 65 |
| 90 | 75 |
| 120 | 80 |
Jedná se o tepelnou izolaci uhlíkovo-vláknitých CFRP lamel nebo tkanin (Wrapping) nehořlavými deskami Grenamat AL. Tepelná ochrana deskami Grenamat AL je dimenzována tak, aby nedošlo po požadovanou dobu k ohřátí pryskyřice, kterou je lepena lamela nebo wrapping k betonovému podkladu, a to nad 130 ºC. Zkouškou bylo prokázáno, že pryskyřice po dosažení této teploty začíná sklovatět a postupně ztrácet svoji schopnost přídržnosti. Proto byla tato teplota zvolena jako limit pro výpočet dimenze tloušťky desek Grenamat AL pro požadované požární odolnosti. Všechny podmínky obkladu se vztahují jak na stropní tak na stěnové obklady lamel a tkanin.
Dimenzační tabulky, způsob montáže a vzdálenosti lamel od okrajů případných otvorů byly stanoveny na základě průkazné zkoušky v akreditované zkušebně 1026 PAVUS a.s., Veselí nad Lužnicí.
Protokol o zkoušce č. Pr-07-2.089 ze dne 10.07.2007, zkušební metoda ČSN EN 1363-1:2000
Návrh a montáž obkladů jako ochrana lamel deskami Grenamat AL podléhá písemnému souhlasu společnosti Grena a.s. a Sanax chemical construction s.r.o., vydaného na základě proškolení.
Pro každý případ aplikace si můžete stáhnout kompletní detaily. Připravili jsme pro Vás formáty PDF a DWG.
zesilování železobetonových staveb
zesilování mostních konstrukcí
CarboLamela
CarboBar
CarboWrap
Grenamat AL
příprava podkladu
vyrovnání podkladu
nanesení lepidla na předem daný rozměr lamely
přilepení lamely na danou pozici
příprava podkladu
aplikace tkaniny CarboWrap do první vrstvy lepidla WrapResin
nanesení druhé vrstvy lepidla WrapResin na tkaninu CarboWrap
