W ostatnich dekadach dynamicznie zmienia się podejście do projektowania i realizacji konstrukcji betonowych. Coraz większą rolę odgrywają innowacyjne materiały oraz technologie. Ponadto mierzymy się z ciągłym brakiem siły roboczej, w tym wykwalifikowanej. Reakcją na to jest dążenie do ograniczania robót koniecznych do wykonania na placu budowy na rzecz używania gotowych produktów materiałowych.
Jednym z takich rozwiązań jest stosowanie zbrojenia włóknami stalowymi – SFRC (ang. steel fiber reinforced concrete), które umożliwia poprawę właściwości mechanicznych betonu, a zwłaszcza jego wytrzymałości na rozciąganie po zarysowaniu. Z tego powodu SFRC jest wykorzystywane w elementach narażonych na duże obciążenia dynamiczne oraz zmęczeniowe, a także w prefabrykacji i budownictwie inżynieryjnym. W wielu przypadkach włókna stalowe pozwalają na zmniejszenie ilości tradycyjnego zbrojenia prętowego. Spotyka się również rozwiązania polegające na całkowitym zastąpieniu zbrojenia konwencjonalnego (za pomocą prętów zbrojeniowych) zbrojeniem z włókien stalowych.
Pomimo tych zalet wykorzystanie włókien jako głównego zbrojenia wiąże się z licznymi wyzwaniami, obejmującymi spełnienie wytycznych normowych i technologicznych. W niniejszym artykule kompleksowo opisano rodzaje włókien stalowych, technologie ich stosowania, aktualne problemy i ograniczenia oraz przykłady wdrożeń w praktyce inżynierskiej. Ponadto przeanalizowano możliwości optymalizacji rodzaju oraz ilości zbrojenia konwencjonalnego z wykorzystaniem włókien stalowych w elementach płyt torowych.
Fot. © selcukbulbul – stock.adobe.com
Zbrojenie włóknami stalowymi w konstrukcjach betonowych – charakterystyka i technologia
Zbrojenie włóknami stalowymi jest formą zbrojenia rozproszonego, w którym włókna o określonych parametrach geometrycznych i mechanicznych są rozproszone w masie betonu [1–3]. Takie rozwiązanie pozwala na efektywne kontrolowanie rozwoju rys i zwiększa wytrzymałość betonu na rozciąganie przy zginaniu, co przekłada się na wzrost odporności zmęczeniowej i udarności elementów. Ponadto zbrojenie włóknami umożliwia redukcję konwencjonalnego zbrojenia, a w wybranych zastosowaniach pozwala na jego całkowite zastąpienie, co istotnie przyspiesza proces wykonawczy.
>>> Nowe zasady projektowania infrastruktury tramwajowej. Wytyczne WR-D-43-3
>>> Smarownice torowe i wymogi w zakresie środka smarnego
Zalety stosowania włókien stalowych w betonie:
- zwiększenie odporności na rysy oraz mikropęknięcia,
- obniżenie skurczu masy betonowej,
- lepsze reagowanie na wpływy dynamiczne i zmęczeniowe (np. w przypadku posadzek przemysłowych i nawierzchni),
- podwyższenie wytrzymałości na rozciąganie betonu przy zginaniu,
- przyspieszenie prac budowlanych – brak konieczności układania prętów,
- większa jednorodność zbrojenia – zbrojenie jest obecne w każdej części betonu,
- możliwość redukcji grubości elementów (np. cieńsze płyty).
W dalszej części artykułu:
Rodzaje włókien stalowych
Technologia stosowania włókien stalowych w betonie
Wyzwania i problemy w stosowaniu włókien stalowych jako głównego zbrojenia
Wykaz norm i wytycznych przydatnych w projektowaniu betonu zbrojonego włóknami stalowymi
Analiza możliwości optymalizacji zbrojenia konwencjonalnego na przykładzie płyty torowej
>>> Cały artykuł dostępny jest w numerze 7-8/2025 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”.
>>> Członkowie Polskiej Izby Inżynierów Budownictwa mają dostęp do miesięcznika przez portal członkowski >>>
dr inż. Kamila Owczarska
mgr inż. Tomasz Kowal
Literatura
1. A. Brandt, J. Kasperkiewicz, M. Glinicki, Podstawy stosowania fibrobetonów z włóknami stalowymi, PAN, Warszawa 1996.
2. A. Brandt, J. Kasperkiewicz, M. Glinicki, Instrukcja do badań atestacyjnych włókien metalowych do fibrobetonów, IBDiM, Warszawa 1996.
3. Z. Jamroży, Drutobeton, Politechnika Krakowska, Kraków 1985.
>>> Zielone torowiska podstawą zrównoważonej infrastruktury miejskiej
>>> Technologia MONOLITH – nowoczesne rozwiązanie wykonania torowisk tramwajowych
