Włókno szklane – historia i zastosowania

Włókno szklane stanowi doskonałą alternatywę dla tradycyjnych zbrojeń ze stali i wielu innych rozwiązań. Wymagania wobec konstrukcji są coraz bardziej restrykcyjne, dlatego producenci poszukują specjalistycznych materiałów, spełniających wszystkie oczekiwania, których wymagają projekty budowlane. Włókno szklane posiada parametry, które mogą mieć szczególny wpływ na budownictwo tunelowe, przy tworzeniu systemów komunikacji tramwajowej, infrastruktury elektrycznej oraz obiektów, gdzie wymagane są technologie odporne na korozję, działanie środków chemicznych i temperaturę. Wspólne przedsięwzięcie firm Schöck i Fiberline jest odpowiedzią na rosnące zapotrzebowanie branży budowlanej na rozwiązania wykorzystujące włókno szklane.

Zaawansowana technologia

W połowie lat 90. firma Schöck Bauteile GmbH rozpoczęła badania i prace nad zbrojeniem z włókna szklanego, poszukując alternatywnego rozwiązania dla prętów zbrojeniowych wykonanych ze stali. Celem było opracowanie materiału o bardzo niskiej przewodności cieplnej i wysokiej nośności, a jednocześnie  łatwego w obróbce.

W procesie pultruzji produkcji prętów, włókna szklane są gęsto wiązane, przeciągane przez narzędzie i impregowane ciekłą żywicą syntetyczną, a następne profilowane. Źródło: Schöck

Po dokładnym zbadaniu prętów zbrojeniowych z włókna szklanego dostępnych na rynku amerykańskim i europejskim, Schöck zdecydował się w 2000 roku na opracowanie własnego innowacyjnego rozwiązania.

Combar firmy Schöck to rozwiązanie alternatywne, a przede wszystkim lepsze pod względem właściwości termicznych niż stal czarna lub stal nierdzewna. Od 2009 r. materiał jest stosowany w kotwie Schöck Thermoanker. Źródło: Schöck

Pręty z włókna szklanego uzyskuje się dzięki procesowi pultruzji. Polega on na przeciąganiu materiału przez system form nadających wymagany kształt, a następnie termoutwardzaniu. Dzięki specjalnej żywicy, którą nasączone są pręty, można uzyskać wysokie wartości parametrów wytrzymałościowych.  Proces pultruzji jest nie tylko kompatybilny z założeniami proekologicznymi firmy Schöck, ale metoda ta pozwala uzyskać również duże udziały objętościowe włókna. 75% objętości i 88% wagi prętów stanowi szkło.

Wysoka wytrzymałość na rozciąganie i trwałość

Wysoka zawartość włókien szklanych oraz ich liniowy układ sprawiają, że materiał charakteryzuje się wytrzymałością na rozciąganie na poziomie nawet 1000 N/mm². To najlepiej obrazuje przewagę tego rozwiązania nad tradycyjną stalą zbrojeniową, której wytrzymałość  jest dwukrotnie mniejsza. Specjalna żywica użyta w procesie pultruzji dodatkowo przyczynia się do odporności na korozję i dyfuzję.

Kolejną zaletą przemawiającą na korzyść kompozytu z włókna szklanego jest jego wysoka trwałość. Pręty zostały przebadane i zatwierdzone do stosowania w konstrukcjach nośnych z betonu. Dzięki odporności na korozję, możemy być pewni skuteczności otuliny betonowej zbrojenia, nawet w przypadku narażenia na sól czy wilgoć, co nie było możliwe w przypadku stalowych prętów zbrojeniowych.

Optymalne właściwości termoizolacyjne

Warto zauważyć, że materiał z włókna szklanego posiada niezwykle niski współczynnik przewodzenia ciepła (λ = 0,7 W/mK) w porównaniu do stali czarnej (λ = 60 W/mK) czy stali nierdzewnej (λ = 15 W/mK). Takie parametry termiczne są szczególnie istotne dla stosowania w konstrukcjach, które są najbardziej narażone na powstawanie mostków cieplnych. Ta zaleta termiczna jest już wykorzystywana w kotwach Schöck Thermoanker, które działają jako element łączący dla betonowych ścian warstwowych. Produkt otrzymał niemiecką aprobatę techniczną w 2009 roku.

Segmenty z włókna szklanego są usztywnione za pomocą ukośnych prętów Combar w obu kierunkach w celu utworzenia stabilnej ramy. W rezultacie, całe kosze zbrojeniowe bez dodatkowych wzmocnień ze stali mogą zostać wprowadzone pionowo do szczeliny szybowej głębokiej na 40 metrów, co oznacza dodatkową optymalizację procesu budowy. Źródło: Schöck

Rozwiązanie dla najbardziej wymagających

Pręty z włókna szklanego nie przewodzą prądu elektrycznego, a zatem nie wytwarzają pól magnetycznych. Ta właściwość jest już wykorzystywana w wielu projektach, zwłaszcza przez ośrodki badawcze, które mają bardziej restrykcyjne wymagania. W Instytucie Optyki i Fizyki Atomowej TU Berlin wzniesiono specjalny budynek dla niezwykle czułego mikroskopu elektronowego, który musi zostać odizolowany od pól elektromagnetycznych. To wymaganie mogło zostać spełnione dzięki zastosowaniu zbrojenia z włókna szklanego Combar.

W budownictwie tunelowym, szczególnie docenianą zaletą jest możliwość łatwej obróbki. Ściany szczelinowe ze zbrojeniem z włókna szklanego Combar mogą być przewiercane przez maszynę wykonującą tunel nie powodując jej uszkodzeń. Rozwiązanie firm Schöck i Fiberline stanowi w tym przypadku oszczędność czasu i kosztów budowy.

Rozwój dzięki współpracy

Ze względu na nieustanne zmiany w sektorze budowlanym i coraz większe wymagania względem komponentów, wzrasta zapotrzebowanie na materiały o wielu różnych właściwościach. W ten trend wpisują się również produkty wykonane z włókna szklanego.  Starając się spełnić wymagania rynku podjęto decyzję o zawarciu umowy  Joint Venture pomiędzy firmą Schöck a Fiberline aby rozpowszechnić zastosowanie technologii włókien szklanych oraz wprowadzić produkt na szerszy rynek.  W ramach współpracy Fiberline zapewnia wiedzę na temat procesu produkcji, natomiast Schöck koncentruje się na produkcji, marketingu i sprzedaży. Dzięki partnerskim działaniom, obie firmy mogą wspólnie pracować nad dalszym rozwojem kompozytu z włókna szklanego.