Rewolucyjne włókna stalowe Dramix® 4D i 5D.
Kiedy warunki gruntowe nie są wystarczająco stabilne pod posadzkę przemysłową, posadzka powinna być posadowiona na palach. W takim przypadku posadzka staje się elementem konstrukcyjnym, bardziej skomplikowanym i droższym od zwykłej posadzki posadowionej na gruncie. Opracowane w ostatnich latach przez firmę Bekaert nowe włókna stalowe Dramix® 4D i 5D, przeznaczone na główne zbrojenie betonowych posadzek na palach, pozwalają zastosować technicznie rzetelne, ekonomiczne i łatwe w wykonaniu rozwiązanie.
Posadzki na palach jako zastosowanie konstrukcyjne włókien stalowych
Przemysłowa, betonowa posadzka na palach jest konstrukcją wspartą na palach wbijanych w ziemię w regularnej, jeśli to możliwe kwadratowej, siatce od 2 x 2 m do 5 x 5 m. W miarę upływu czasu grunt pod posadzką osiada lub kurczy się i po jakimś czasie płyta jest podparta tylko na palach. Taka płyta zachowuje się jak niezależny element konstrukcyjny, nie jest połączona ani z palami, ani z konstrukcją budynku. Posadzka może być wykonana jak posadzka bezszwowa (bez żadnych dylatacji) lub jako posadzka bezspoinowa (z dyblowanymi dylatacjami konstrukcyjnymi i polami roboczymi o rozpiętości do 50 m).
Rys. 1 Rodziny włókien Dramix® 3D, 4D i 5D
Dramix® 4D i 5D – włókna stalowe o ultra wysokiej efektywności
Po latach intensywnych badań Bekaert odkrył nowe zachowanie się włókien stalowych w betonie, co zapoczątkowało rewolucyjne spojrzenie na ten materiał. W wyniku tego, w 2012 r. Bekaert wprowadził na rynek dwie nowe rodziny włókien stalowych: Dra- mix® 4D i Dramix® 5D. Obie rodziny zostały opracowane w celu zoptymalizowania efektywności mechanicznej włókien w betonie. Włókna 4D – zaprojektowane głównie do współpracy z tradycyjnym zbrojeniem w celu aktywnego kontrolowania powstawania rys w granicznym stanie użytkowalności, włókna 5D – zaprojektowane do przejmowania bardzo dużych momentów zginających w granicznym stanie nośności.
Sposób kotwienia włókien w betonie, wytrzymałość stali na rozciąganie i jej ciągliwość są trzema zasadniczymi parametrami określającymi efektywność włókien stalowych. Zakotwienie włókien kontroluje ich wyciąganie z betonu w chwili pojawienia się rysy. Im bardziej końcówka kotwiąca jest rozwinięta, tym większy jest opór włókna przed wyciąganiem. Każda rodzina włókien Dramix® ma inny kształt kotwienia, co obrazuje rys. 1. Włókna 5D mają końcówkę kotwiącą dwa razy mocniejszą niż włókno 3D.
Rys. 2 Wykres rozciągania stali, z której są wykonane włókna stalowe Dramix® 3D, 4D i 5D
Kiedy mocniejsze kotwienie włókien powoduje ich większą odporność na wywlekanie, wytrzymałość drutu musi być odpowiednio dobrana, aby uniknąć jego zerwania. Dlatego wytrzymałość stali, z jakiej są wykonane włókna 4D wynosi 1500 MPa, a wytrzymałość stali włókien 5D wynosi nawet 2300 MPa! I ostatnia rzecz: ciągliwość drutu. Ma najistotniejsze znaczenie dla wpływu włókien na wytrzymałość betonu. Jeśli końcówki kotwiące wyegzekwują prawie perfekcyjne zakotwienie włókien w betonie, co ma miejsce w przypadku włókien Dramix® 5D, to włókna poddają się wywleczeniu w bardzo małym stopniu. Aby uzyskać plastyczny beton z włóknami stalowymi, sam drut musi być wykonany z bardzo odkształcalnej stali. W przypadku włókien 5D wydłużenie jednostkowe drutu osiąga 7%. Różnice między jakością stali poszczególnych rodzin włókien pokazuje rys. 2.
Rys. 3 Wykres wytrzymałości betonu z dodatkiem włókien stalowych Dramix® 3D, 4D i 5D, gdzie: Fr – wytrzymałość resztkowa fibrobetonu na zginanie po pierwszym zarysowaniu, Fl – wytrzymałość fibrobetonu na zginanie przy pojawieniu się pierwszej rysy
Wytrzymałość na rozciąganie, zdolność do wydłużenia i kształt końcówek kotwiących nie wskazują bezpośrednio, jaki wpływ mają włókna stalowe na wytrzymałość betonu. Dopiero normowe badanie fibrobetonu na belce zginanej idealnie pokazuje różnice w wytrzymałościach. Badanie porównujące włókna Dramix® 3D, 4D i 5D o tych samych długościach, tej samej smukłości oraz dodane do betonu o tych samych właściwościach jasno pokazuje różnice w wytrzymałościach fibrobetonu (rys. 3). Zachowanie się włókien Dramix® 5D jest nazywane „wzmocnieniem przy zginaniu”, ponieważ wartość wytrzymałości równoważnej na zginanie osiąga wartość wyższą niż wytrzymałość resztkowa przy powstaniu pierwszej rysy. To zachowanie jest podobne do zachowania się betonu zbrojonego prętami stalowymi w stanie zginania i dlatego pozwala projektantowi zwymiarować posadzkę na palach zbrojoną tylko włóknami stalowymi Dramix® 5D, bez dodatkowego zbrojenia w postaci siatki lub prętów stalowych.
Zasady wymiarowania: historia i teraźniejszość
W przeszłości wykonywano czasami posadzki na palach zbrojone włóknami stalowymi, ale zawsze w kombinacji ze zbrojeniem tradycyjnym. Oto dwie koncepcje zastosowania hybrydowego zbrojenia (włókna stalowe + siatki/ pręty stalowe) w projektowaniu posadzek na palach:
– koncepcja Brunswick – zakładająca miejscowe zbrojenie posadzki wzdłuż osi pali,
– koncepcja holenderska – zakładająca miejscowe zbrojenie nad palami.
W każdej posadzce na palach największe momenty zginające pojawiają się nad palami. Natura tych momentów nie pozwala użyć klasycznych włókien stalowych, tj. z podwójnym wygięciem końcówek kotwiących (takie jak mają włókna 3D), ponieważ wykazują osłabienie przy zginaniu pod wpływem izostatycznych warunków zginających. Dzięki wynalezieniu włókien 5D i ich zdolności do wywołania wzmocnienia betonu przy zginaniu, można wyeliminować zbrojenie tradycyjne wzdłuż osi pali i nad palami. Jeżeli są szczególne wymagania inwestora co do szerokości rys (np. konstrukcja wodoszczelna) lub nie mogą występować dylatacje dyblowane, preferowanym rozwiązaniem dla takich posadzek są włókna Dramix® 4D w połączeniu z ciągłą siatką stalową w górnej części przekroju płyty. Synergia siatki stalowej i włókien stalowych Dramix® 4D, optymalnie kontrolujących szerokość rys, jest najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem dla takiej posadzki.
Fot. 1 Układanie wodoszczelnej posadzki na palach; zbrojenie: 30 kg/m3 Dramix® 4D 65/60BG i siatka stalowa 08, 150 x 150 mm na całej powierzchni, beton: C28/35, grubość: 180 mm
Projekt referencyjny
Projekt Thales w Hengelo (Holandia) może być ciekawym projektem referencyjnym posadzki na palach, ponieważ zawiera obie wyżej wymienione koncepcje. Jedna część jest wykonana jako posadzka wodoszczelna (fot. 1), a druga część jest wykonana jako posadzka bezspoinowa zbrojona tylko włóknami stalowymi o rozpiętości pola roboczego do 40 m (fot. 2). Obie posadzki mają powierzchnię 2000 m2. Pale zostały wykonane w rozstawie 2,4 x 2,4 m, a ich średnica wynosiła 18 cm. Posadzka wodoszczelna została zwymiarowana dla obciążenia równomiernego równego 25 kN/m2 i średniej szerokości rys równej 0,25 mm. Bekaert zaproponował ekonomiczne rozwiązanie: grubość posadzki równa 180 mm, beton klasy C28/35 z dodatkiem 30 kg/m3 włókien Dramix® 4D 65/60BG i siatką stalową 08, 150 x 150 mm w górnej części przekroju na całej powierzchni płyty. Posadzka bezspoinowa na palach została zwymiarowana dla obciążenia równomiernego równego 25 kN/m3, a szerokość rys została ograniczona dylatacjami konstrukcyjnymi (z profilami stalowymi i systemem dyblującym). Bekaert zaproponował posadzkę o grubości równej 180 mm, wykonaną z betonu C28/35 z dodatkiem 30 kg/m3 włókien Dramix® 5D 65/60BG, i tak wykonana płyta spełniła wymagania inwestora.
Fot. 2 Układanie bezspoinowej posadzki na palach; zbrojenie: 30 kg/m3 Dramix® 5D 65/60BG, beton: C28/35, grubość: 180 mm
Fibrobetonowe przemysłowe posadzki na palach: tylko zalety
Poza tym, że konstrukcje posadzek na palach są projektowane w sposób wiarygodny i rzetelny, tj. całkowicie zgodnie z odpowiednimi normami, mają również inne zalety. Najbardziej oczywistą jest ekonomiczność. Jest uzyskana dzięki optymalnemu wymiarowaniu, w wyniku którego koszt materiałów jest niższy niż w tradycyjnym rozwiązaniu, i zyskaniu na czasie wykonywania. W przypadku bezspoinowej posadzki na palach, zaprojektowanej wyłącznie z włóknami stalowymi Dramix® 5D, można sobie wyobrazić, ile czasu można zaoszczędzić, jeśli podłoże nie jest w ogóle wzmacniane. Te prace mogą być całkowicie wyeliminowane, ponieważ zbrojenie tradycyjne jest nieobecne. Brak zbrojenia tradycyjnego oznacza też łatwiejszą logistykę na miejscu budowy i krótszy czas wznoszenia budowli. W przypadku wodoszczelnych posadzek na palach stosuje się rozwiązanie hybrydowe, czyli połączenie włókien stalowych i siatki stalowej z małym rozstawem prętów. Ponadto, wszystkie rozwiązania z włóknami stalowymi zmniejszają ilość ludzkich błędów, są ergonomiczne i bezpieczne w użyciu oraz dostosowane do potrzeb klienta.
Bekaert Poland Sp. z o.o.
ul. Ku Wiśle 7, 00-707 Warszawa
tel. 22 851 41 63
www.bekaert.com
www.dramixclub.bekaert.com