Šta su vlaknima ojačani polimeri i kako se koriste za sanaciju objekata

Građevinski objekti i infrastruktura degradiraju tokom eksploatacije. Slabljenje mostova, zgrada i ostalih građevina nastaje usljed starenja, nedostatka pravilnog održavanja, agresivnog dejstva sredine, slabog kvaliteta izvođenja, zemljotresa... Ubrzano slabljenje infrastrukturnih objekata je često kombinovano sa sve većim opterećenjima kojim su objekti izloženi, npr. sve veće saobraćajno opterećenje koje prevazilazi ono koje je pri projektovanju pretpostavljeno. 

Činjenica da svaki objekat ima rok trajanja stvara potrebu za pronalaženjem novih tehnika, metoda i materijala koji bi se koristili za ojačanje građevinskih konstrukcija. Materijali koji su najinovativniji u ovom polju su vlaknima ojačani polimeri (FRP - fiber reinforced polimers). Ovo su kompozitni materijali pa se često nazivaju i samo kompoziti. Kompoziti su na tržištu najčešće prisutni u obliku traka koje nose samo u jednom pravcu i fleksibilnih mreža koje mogu nositi u jednom, dva ili više pravaca. 

Šta su vlaknima ojačani polimeri

Kako samo ime kaže, ovaj kompozitni materijal se sastoji od vlakana i polimera. Vlakna su uglavnom prečnika od 5 do 25 mikro metara i mogu biti karbonska, staklena i aramidna. Koriste se dva tipa karbonskih vlakana, jedan daje veći elastični modul, a drugi veću čvrstoću. Staklena vlakna imaju najmanju čvrstoću, ali su jeftiniji od karbonskih vlakana. Aramidna vlakna imaju veću čvrstoću od staklenih vlakana, ali manju od karbonskih. 

Polimeri su prisutni u obliku mrežaste komponente koja se naziva matrica. Polimerska matrica služi za povezivanje vlakana i njihovu zaštitu. Takođe, doprinosi ravnomjernoj raspodjeli opterećenja između vlakana i doprinosi čvrstoći na pritisak i smicanje. Najčešće korišćeni polimeri su epoksidi, poliestri i vinilestri. Epoksidi generalno imaju bolje mehaničke karakteristike nego poliestri i vinilestri, ali su poliestri i vinilestri jeftiniji. U posljednje vrijeme se kao polimerska matrica koriste cementni malteri za koje se smatra da će sve češće biti upotrebljavani. 

Prednosti i mane kompozita

Razlozi zbog kojih se kompoziti koriste za ojačanje građevinskih konstrukcija su sljedeći: otporni na koroziju; mala težina (4 puta lakši od čelika); lakše se primjenjuju u skučenom prostoru; velika čvrstoća na zatezanje; veliki kapacitet deformacije pa stoga i velika duktilnost; i skoro neograničena mogućnost u pogledu oblika i dimenzija.

Mane kompozita su vezane za njihovu postojanost pri visokim temperaturama. Naime, kada su izloženi visokim temperaturama mogu ubrzano izgubiti nosivost. Zbog ovoga se prilikom njihove upotrebe mora razmotriti više fakora, a ne samo njihova mehanička superiornost. 

Primjena kompozita za ojačanje konstrukcija

Kompoziti se koriste za ojačanje betonskih i zidanih konstrukcija širom svijeta. Uglavnom se koriste tamo gdje je korišćenje konvencionalnih tehnika (ojačanje čeličnim pločama, čeličnim trakama i armiranim betonom) otežano ili nemoguće izvesti.

Ojačanje betonskih elemenata upotrebom čeličnih ploča koje se lijepe epoksidima je tradicionalni metod ojačanja koji je jednostavan, efektan i ekonomičan. Međutim, u sljedećim slučajevima može biti neprihvatljiv: ukoliko je sredina agresivna dolazi do korozije čeličnih ploča i slabljenja veze sa betonskim elementom; rukovanje sa čeličnim pločama može biti problematično u skučenim prostorima; ograničenje u pogledu dimenzija i nemogućnost ojačanja dugačkih nosača bez spojnica. Korišćenjem kompozita se rješavaju svi prethodno navedeni problemi. 

Ojačanje betonskih i zidanih elemenata armiranim betonom je često korišćena tehnika. Ona podrazumijeva postavljanje armaturnog koša oko postojećeg elementa i torkretiranja betonom. Ova tehnika je efektna, ali zahtijeva veliki rad. Ona takođe podrazumijeva potpuno oslobođenje prostora u kojem se radi. Korišćenjem kompozita kojima se oblažu betonski ili zidani elementi se značajno smanjuje potrebni rad, postupak je kraći i postiže se veća čvrstoća ojačanog elementa.