Nowa generacja polimerów wzmacnianych włóknem szklanym zwiększy wytrzymałość tuneli
W zasadzie polimery GRFP stanowią rozwiązanie doskonałe: są neutralne pod względem elektromagnetycznym, nie przewodzą energii cieplnej ani elektryczności, cechują się odpornością na korozję, pod względem wytrzymałości przewyższają stal, a ponadto są odporne na ataki chemiczne z wykorzystaniem jonów chlorkowych i substancji o niskim pH. Jednocześnie nie zakłócają one pól magnetycznych ani częstotliwości radiowych oraz – co najważniejsze – są bardzo trwałe. Przemysł nie popełnił błędu, stawiając właśnie na te materiały. Szacuje się, że do roku 2026 wartość globalnego rynku GFRP ulegnie niemalże podwojeniu, wzrastając z 44,1 do 83,63 miliarda dolarów amerykańskich. Obecnie polimerów GFRP powszechnie używa się między innymi do budowy mostów, nadmorskich wałów ochronnych i przystanków autobusowych, a także w celu uzbrojenia istniejących konstrukcji betonowych lub stalowych, co wydłuża okres ich eksploatacji w trudnych warunkach. Uczestnicząc w inicjatywie COMPOSKE, inż. Giona Maddaluno wraz ze swoim zespołem z włoskiej firmy ATP działającej w sektorze MŚP podjął się zadania eliminacji pozostałych przeszkód na drodze do wykorzystania polimerów GFRP w tunelach. „Obecnie w zbrojeniach z GFRP używa się prętów prostych, natomiast prefabrykowane elementy tunelu wymagają specjalnie ukształtowanych prętów zbrojeniowych, które tworzą zamkniętą pętlę. Jednocześnie muszą one być wystarczająco giętkie, aby można je było dopasować do szalunków, a i one muszą dopasować się do tworzących pętlę strzemion. W ramach projektu COMPOSKE zaproponowaliśmy innowacyjny, nowy produkt, nową technologię produkcji oraz nowe wytyczne w zakresie planowania konstrukcji tunelowych” – wyjaśnia. Specjalizująca się w wykonanych z GFRP umocnieniach dla tuneli kolejowych i drogowych oraz tuneli metra firma ATP zidentyfikowała wśród swoich klientów zapotrzebowanie na nowe strzemiona, a program Instrument dla MŚP stanowił dla firmy idealną okazję, aby opracować własne rozwiązanie. Zbudowano szereg różnych prototypów, przeprowadzając przy tym trzy rodzaje testów (test gięcia, test maszyny drążącej i test działania siły gięcia/siły osiowej) w celu opisania materiału i jego optymalizacji. Ambitne projekty czekają na realizację Nowy produkt powstał z myślą o dwóch rodzajach elementów prefabrykowanych: jeden przeznaczony jest do użytku w dielektrycznych połączeniach konstrukcyjnych, tunelach ewakuacyjnych, niszach ratunkowych i w celu poszerzenia tunelu; natomiast drugi składa się z betonu zbrojonego włóknami stalowymi (SFRC) i prętów zbrojeniowych z włókna szklanego (GFRP). Pierwszy rodzaj elementów prefabrykowanych znalazł zastosowanie podczas trwającej obecnie budowy czwartej linii metra w Mediolanie. Są one wzmacniane prętami z włókna szklanego, co ma szczególne znaczenie w sytuacji, gdy niewystarczająca wytrzymałość mogłaby zagrozić trwałości tunelu. „Zastosowanie zbrojenia niemetalowego pozwala w znaczny sposób ograniczyć pokrycie betonowe, dzięki czemu możemy uniknąć kruszenia elementów podczas transportu. Zbrojenie wykonane z włókna szklanego nadaje się również do tych części tunelu, które ostatecznie będą musiały zostać wyburzone. Taka sytuacja zdarza się często przy budowie linii metra, gdy stację zbudowano po wydrążeniu tunelu lub gdy konieczna jest modyfikacja danej części tunelu w celu utworzenia strefy bezpieczeństwa” – mówi inż. Maddaluno. Zastosowanie drugiego materiału hybrydowego jest obecnie brane pod rozwagę w kontekście budowy kanału Thames Tideway Tunnel – 25-kilometrowego tunelu biegnącego pod strefą pływową Tamizy przez śródmieście Londynu. Będzie on przyjmował, składował oraz transportował ścieki surowe i wodę deszczową, które obecnie odprowadzane są do rzeki. Dzięki wspomnianemu produktowi mieszanemu firma może teraz sprostać nawet najbardziej różnorodnym wymogom branży dotyczącym kształtu strzemion. Produkt składający się z ramy zbrojeniowej wykonanej z GFRP i betonu zbrojonego włóknami stalowymi (SFRC) może ograniczyć powstawanie pęknięć powodowanych retrakcją higrometryczną dzięki łączeniu na zakładkę. „Dodanie włókna do matrycy pozwala nam zwiększyć ciągliwość betonu i nadać mu odporność, nawet po pojawieniu się pęknięć. Co więcej, w porównaniu z rozwiązaniem standardowym zbrojenie hybrydowe zapewnia znaczną redukcję kosztów, wytrzymałość po wybuchu pożaru wyższą od prętów zbrojeniowych, zwiększoną wytrzymałość na zginanie i naprężenia ścinające, a także zmniejsza liczbę drobnych uszkodzeń” – twierdzi inż. Maddaluno. Branża bardzo pozytywnie przyjęła nowy produkt, który może znaleźć zastosowanie nie tylko w budowie tuneli kolejowych i drogowych oraz tuneli metra, lecz także kanałów ściekowych. „Zrealizowaliśmy wszystkie założenia projektu. Teraz planujemy znacznie udoskonalić opracowaną technologię, ograniczając czas potrzebny na wyprodukowanie dużej liczby elementów. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, w ciągu kilku następnych lat możemy oczekiwać jeszcze bardziej zaawansowanej technologii o wysokim poziomie industrializacji i precyzji” – mówi inż. Maddaluno.
Słowa kluczowe
COMPOSKE, tunel, SFRC, GFRP, kompozyty, zbrojenie, metro, ścieki
