BMEEOEMMAT4 Rekonstrukció anyagai. Előadók: Dr. Borosnyói Adorján Dr. Józsa Zsuzsanna Dr. Seidl Ágoston Dr. Szemerey-Kiss Balázs

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM (BME) OM FI 23344 ÉPÍTŐMÉRNÖKI KAR ÉPÍTŐANYAGOK ÉS MAGASÉPÍTÉS TANSZÉK 1111 Budapest, XI., Műegyetem rkp. 3.

BMEEOEMMAT4

Rekonstrukció anyagai Előadók: Dr. Borosnyói Adorján Dr. Józsa Zsuzsanna Dr. Seidl Ágoston Dr. Szemerey-Kiss Balázs

Oktatási segédlet Szerzők: Dr. Borosnyói Adorján Csányi Erika Dr. Józsa Zsuzsanna Dr. Seidl Ágoston Dr. Szemerey-Kiss Balázs

2015

BMEEOEMAT4 Rekonstrukció anyagai

Tartalomjegyzék 1. Betonszerkezetek megerősítésének és javításának anyagai (Dr. Seidl Ágoston)

2

2. Vékony és vastag bevonatok anyagai (Dr. Seidl Ágoston)

9

3. A faanyagvédelem anyagai. Kezelő eljárások (Csányi Erika, Dr. Józsa Zsuzsanna)

24

4. Falazatok utólagos vízszigetelése, víztelenítése (Csányi Erika, Dr. Józsa Zsuzsanna)

35

5. Repedésinjektálás anyagai, repedéslezárás (Dr. Seidl Ágoston)

46

6. Szálerősítésű polimerek (FRP) betonszerkezetekhez (Dr. Borosnyói Adorján)

58

7. Utólagos hőszigetelés anyagai (Dr. Józsa Zsuzsanna)

140

8. Kőrekonstrukció anyagai (Dr. Szemerey-Kiss Balázs)

154

1/165


1. Betonszerkezetek megerősítésének és javításának anyagai (Dr. Seidl Ágoston)

1.1 Bevezetés Az 1800-as évek második felében terjedt igazán el a betonhasználat, a XX. században azután a beton és a vasbeton, mint szerkezeti anyag teljesen elfogadottá vált. Különösen a vasbeton szerkezetek fejlődtek nagyon sokat: teherbíró, elegáns szerkezeteket lehetővé tévő szerkezeti anyagként ismerték meg, a vasbetonban lévő acélbetéteket a beton lúgossága passzív állapotban tartja, így a vasbeton igen tartós építőanyagnak bizonyult. A XX. század második felében, az 1960-as években tudatosult azonban a vasbetonnal foglalkozókban, hogy a pontosabb számítások miatt a szerkezetek egyre filigránabb volta, a terhelés növekedése, a környezeti igénybevétel hatására a betonszerkezetek mégiscsak károsodnak, s fenntartásukkal, javításukkal, előzetes védelmükkel foglalkozni kell. Két fontos tényezőt kell a betonszerkezetek megerősítésének, javításának tervezésekor figyelembe venni:  A beton porózus anyag. Kötőanyaga (a cement) saját tömegének kb. 15-20 tömeg%nyi vizet igényel a kémiai kötéshez. Ez a vízmennyiség azonban nem elegendő ahhoz, hogy a betont annyira képlékennyé tegyük, hogy be lehessen dolgozni. Legalább még egyszer ennyi vizet kevernek tehát a betonba a bedolgozhatóság érdekében, melynek legnagyobb része megkötés után lassan elpárolog, a betonban pórusokat hagyva maga után.  A betonhoz utólagosan hozzádolgozott erősítő és javító anyagoknak a lehető legjobban együtt kell dolgoznia a betonnal, azaz kellően tapadnia kell és fizikai tulajdonságainak (szilárdság, rugalmassági modulus, hőtágulási együttható stb.) a lehető legjobban hasonlítania kell a javítandó, erősítendő betonhoz. Ha ez nem így van, fennáll a veszélye, hogy az utólag hozzáépített rész elválik a javítandó felülettől, nem valósul meg az „együttdolgozás”. Ezeket a szempontokat részletesen a javítások tervezésekor, az anyagok kiválasztásakor, a technológia kialakításakor kell figyelembe venni, ami nem tárgya jelenlegi anyagunknak, de ezeket a szempontokat az erősítő és javító anyagok ismertetésekor is mindenkor figyelembe kell venni, s ezekre a kritériumokra alkalmanként hivatkozni fogunk.

1.2 A betonszerkezetek megerősítésére és javítására szolgáló anyagok Az erősítő és javító anyagokat is sokféle szempont szerint lehet csoportosítani, így pl. kötőanyaguk szerint (tisztán cementes, műgyantával javított cementes, különféle műgyanta kötőanyagú rendszerek), felhordási technológia szerint (kézzel, kőműves módszerekkel felhordható anyagok, gépi módszerrel, lövéssel-szórással felvihető anyagok, öntéssel bedolgozható anyagok) stb. Jelen anyagunkban elfogadjuk az MSZ EN 1504 szabványsorozat (Termékek és rendszerek a betonszerkezetek védelmére és javítására), különösen annak 3. részének (Szerkezeti és nem szerkezeti javítás) felosztását, csoportosítását.

2/165


E szerint két fő csoportot különböztetünk meg: 

Szerkezeti javításra alkalmas anyagok A szerkezeti javításra szolgáló anyagokkal a meggyengült, vagy időközben megnövekedett igénybevételt kapott szerkezetek utólagosan megerősíthetők.



Nem szerkezeti javításra szolgáló anyagok A nem szerkezeti javításra szolgáló anyagok a beton esztétikai és korrózió elleni védelmi helyreállítását szolgálják (úgynevezett betonkozmetikai anyagok), ezektől az anyagoktól teherbírás növekedést nem várunk el.

A hivatkozott szabvány szerint (MSZ EN 1504-9) ezek az erősítő és javító anyagok három javítási elvben használhatók, s a javítási elveken belül a szabályozás megnevezi a javítási módot is: Javítási elv

Javítási mód 3.1. Kézi betonpótlás 3. elv 3.2. Keresztmetszet-kiegészítés [CR = Concrete restoration] betonozással Beton javítása 3.3. Beton/habarcs lövése 4. elv [SS = Structural strengthening] Szerkezeti megerősítés 7. elv [PR = Preserving or restoring passivity] A passzivitás megőrzése vagy helyreállítása

4.4. Keresztmetszet-kiegészítés betonnal/habarccsal 7.1. Betontakarás növelése habarccsal/betonnal 7.2. Szennyezett beton cseréje

A betonjavító és megerősítő anyagokkal szemben általánosságban az alábbi követelményeket támasztják:  legyen megfelelő szilárdságú  kloridmentes legyen  megfelelően tapadjon  mérsékelt legyen a zsugorodása  ellenálljon a karbonátosodásnak  legyen megfelelően hőálló  rugalmassági modulusa legyen a javítandó szerkezetéhez hasonló  járható felületek esetében legyen megfelelő a csúszási ellenállása  hőtágulása legyen a javítandó szerkezetéhez hasonló  vízfelvétele, illetve vízzárósága legyen megfelelő A javító és megerősítő habarcsokat az MSZ EN 1504-3 szabvány négy osztályba sorolja:  az R1 és R2 osztályok a nem szerkezeti javításra szolgáló anyagok  az R3 és R4 osztályok a szerkezeti megerősítésre is alkalmas anyagok

3/165


Az egyes anyagok minőségi jellemzőire vonatkozó követelményeket az alábbi tájékoztató táblázat tartalmazza (az MSZ EN 1504-3 szabvány 3. táblázata alapján, kivonat): 3. táblázat: Szerkezeti és nem szerkezeti javítóanyagok követelményei Nr Jellemző

1 2 3 4

Nyomószilárdság Kloridion tartalom Tapadás Akadályoztatott zsugorodás / duzzadás, tapadás [b, c] Karbonátosodással szembeni ellenállás [f] Rugalmassági modulus Fagyás-felengedés, 50 ciklus után [f, h]

Vizsgálati mód

EN 12190 EN 1015-17 EN 1542 EN 12617-4

Követelmény Szerkezeti R4 osztály R3 osztály > 45 MPa < 0,05 % > 2,0 MPa > 2,0 MPa [d,e]

> 15 MPa > 10 MPa < 0,05 % > 1,5 MPa > 0,8 MPa [a] > 1,5 MPa > 0,8 MPa nincs [d,e] [d,e] követelmény 5 EN 13295 dk < mint a nincs követelmény [g] referenciabeton 6 EN 13412 > 20 GPa > 15 GPa nincs követelmény 7 EN 13687-1 > 2,0 MPa > 1,5 MPa > 0,8 MPa nincs [d,e] [d,e] [d,e] repedés vagy leválás [d,e] 8 CsapadékEN 13687-2 > 2,0 MPa > 1,5 MPa > 0,8 MPa nincs igénybevétel, 50 ciklus [d,e] [d,e] [a,d,e] repedés után [f,h] vagy leválás [d,e] 9 Száraz-meleg EN 13687-4 > 2,0 MPa > 1,5 MPa > 0,8 MPa nincs váltakozó [d,e] [d,e] [a,d,e] repedés igénybevétel, 50 ciklus vagy leválás után [f,h] [d,e] 10 Érdesség (csúszási EN 13036-4 I. osztály: > 40 I. osztály: > 40 ellenállás) nedvesen, II. osztály: > nedvesen, II. osztály: > 40 szárazon, III. 40 szárazon, III. osztály osztály > 55 nedvesen > 55 nedvesen 11 Hőtágulási együttható EN 1770 Nem szükséges, ha 7, 8 Nem szükséges, ha 7, 8 [c] vagy 9 vizsgálatot vagy 9 vizsgálatot elvégezték, egyébként elvégezték, egyébként a a megadott érték megadott érték 12 Kapilláris vízfelvétel EN 13057 < 0,5 kg.m2.h↑0,5 nincs követelmény a Ha anyagban történik a szakadás, a követelmény min. 0,5 MPa b A 3.3-as eljárásra nem szükséges c Nem szükséges, ha hőmérsékletváltozási vizsgálat történt d átlagérték, az egyedi nem lehet kisebb a követelmény 75 %-ánál e Megengedett max. átlagos repedéstágasság 0,05 mm, egyedi < 0,1 mm, leválás nélkül f A tartósság érdekében g Nem alkalmas karbonátosodás elleni védelemre, csak megfelelő bevonattal együtt h A módszert az igénybevétel szerint kell megválasztani.

4/165

> 25 MPa

Nem szerkezeti R2 osztály R1 osztály


A következőkben ismertetjük a legfontosabb szerkezeti és nem szerkezeti javítóanyagokat, de tervezésükre és technológiájukra nem térünk ki, azt más tantárgyban tárgyaljuk.

1.2.1 Szerkezeti megerősítésre szolgáló anyagok A szerkezeti megerősítésre szolgáló anyagokat, mely az MSZ EN 1504-3 szerinti R3 és R4 osztályba tartoznak, az alábbiak szerint ismertetjük. Ez a szempontrendszer már részben az alkalmazási területet, illetve a bedolgozási módot veszi figyelembe, de így tudjuk a leggyakrabban használt anyagfajtákat bemutatni. o hozzábetonozás Hozzábetonozás esetén biztosítani kell a régi és az új szerkezet együttdolgozását. Ezt részben az új betonréteg vasalásának rögzítésével lehet elérni. Ilyenkor gyakran alkalmaznak beragasztott tüskéket, melyhez az új vasalást rögzítik. Ugyancsak célszerű tapadóhidat használni, mely kötőanyagban dús, gyakran műanyaggal erősített viszonylag vékony (1-2 mm) réteg, melyet a régi betonra hordanak fel, hogy az új réteg kellően tapadjon a régihez. A régi szerkezet szabaddá vált betonacéljait meg kell tisztítani és korrózióvédelemmel kell ellátni. A korrózióvédelem és a tapadóhíd anyaga sokszor azonos, cementkötésű, műgyantával erősített, iszap állagú anyag. A hozzábetonozott erősítés betonja lehet hagyományos, lehet plasztifikáltfolyósított, lehet öntömörödő beton. Megfelelően kell megválasztani a beépítési módot és a megfelelő utókezelést, ezekkel később (más tárgyban), a technológiai részben foglalkozunk. o PCC habarcsok és betonok kézi felhordásra Ha nem nagy tömegű kiegészítésről van szó: a betonjavításra és megerősítésre legelterjedtebb rendszerek a műgyantával erősített, cementkötésű anyagok, a PCC rendszerek (PCC = Polimer Cement Concrete). A műgyanta ebben az esetben a cementtömegre számított néhány százalék (csak ritkán éri el a 10 %ot), az alkalmazott műgyanta a leggyakrabban akrilát, ritkábban diszperziós epoxi (ez utóbbi jele ECC = Epoxi Cement Concret). A PCC habarcsok kezdetben két komponensből álltak: külön a porkeverék, mely tartalmazta a kötőanyagot (cementet), adalékanyagot, segédanyagokat és a folyékony műgyanta komponens. A két komponens összekeverésével és esetleg vízadagolással jól bedolgozható, kellően tapadó és jól elsimítható termék keletkezett. Ezekhez az anyagokhoz is célszerű tapadóhidat használni, sokszor saját anyagából lehet ezt a tapadóhidat előállítani kicsit magasabb műgyantatartalommal, hígabb keveréket előállítva. Itt is érvényes, hogy a régi szerkezet szabaddá vált betonacéljait meg kell tisztítani és korrózióvédelemmel kell ellátni. A korrózióvédelem és a tapadóhíd 5/165


anyaga sokszor azonos, cementkötésű, műgyantával erősített, iszap állagú anyag. A PCC habarcsok – éppen a műgyantatartalom miatt – kevésbé érzékenyek a megfelelő utókezelésre, de azt elhanyagolni nem lehet. Gyakori a kézi javítóanyagokban a száladagolás, általában műanyag szálakat (pl. polipropilén) használnak a repedésérzékenység csökkentésére, a hajlítóhúzó igénybevételek jobb felvétele érdekében. o PC habarcsok és betonok A megerősítés és javítás első anyagai a műgyanta kötőanyagú (PC = Polimer Concret) habarcsok és betonok voltak. A tisztán műgyanta kötőanyagú rendszerek (melyek kötőanyaga legtöbbször oldószermentes epoxigyanta, ritkábban metakrilát gyanta volt) kiválóan tapadtak ugyan, de eltérő rugalmassági, hőtágulási és zsugorodási tulajdonságaik miatt nem váltak be nagy tömegű javításokra.

PC EP 1:7 = epoxigyanta kötőanyagú habarcs 1:7 arányban kvarchomokkal töltve A táblázat jól mutatja, hogy a hagyományos betonhoz (CC = Cement Concret) a PCC habarcsok-betonok jellemző tulajdonságaik alapján sokkal közelebb állnak, mint a tisztán műgyanta kötésű PC rendszerek. Ma a PC rendszereket csak indokolt esetben (vegyszerállósági követelmény, gyorsasági igény) használják javításra, erősítésre, s inkább csak kisebb (max. néhány cm-es) rétegvastagságban. Ezekkel a rendszerekkel igen vékony, mm alatti rétegek is készíthetők, az elsimíthatóságot üveggyöngy adagolással javítják, a gyantahabarcs folyósságát tixotropizáló szerekkel lehet korlátozni (megfelelő adagolással állékony habarcs is készíthető). A szabaddá vált betonacélokat megtisztítás után a rendszerhez tartozó oldószeres vagy oldószermentes, tiszta műgyanta kötőanyagú, korróziógátló pigmentet tartalmazó bevonattal kell ellátni, szükség esetén a bevonat felületét megkötés előtt száraz kvarchomokkal be kell hinteni, hogy a rákerülő habarcs kellően hozzá tudjon kötni.

6/165


o öntőhabarcsok Gyakori igény, hogy nehezen hozzáférhető helyekre, bonyolult formájú zsalukba kell javító-erősítő anyagot bedolgozni. Erre a célra az öntőhabarcsok, önthető betonok felelnek meg. Ezeknek az anyagoknak a szemszerkezete, finomrész mennyisége és adalékolása olyan, hogy az előzetesen megkevert anyagot a kellően zárt zsaluba be lehet önteni, az anyag kiszorítja a levegőt és a megfogandó szerkezetet légzárvány-mentesen körbeveszi. Ilyen habarcsokat használnak gépalap kiöntésekre, tüskerögzítésre, saruk és támaszok kiöntésére. Korábban PC, ma már gyakrabban PCC habarcsokat, betonokat használnak ilyen célra. Öntőhabarcsokat lehet használni formadarabok előállítására is, pl. műemlék épületek ornamentikájának helyreállításakor (párkányok, címerek, egyéb díszek utángyártására). o lövellt betonok A lövellt betonok, habarcsok szerkezet-megerősítésre ideális anyagok. Az alkalmazott technológia miatt a kezdeti fázisban a durva adalékanyag szemcsék visszapattannak a felületről, s a finomrész, mely kötőanyagban is dúsabb, nagy kinetikus energiával csapódik a felületre, s mélyen bedolgozza magát a pórusokba. Ezért ilyenkor legtöbbször el is lehet tekinteni a tapadóhíd alkalmazásától. A felhordandó rétegvastagságtól függően kell az anyagösszetételt megválasztani, minél vastagabb a tervezett réteg, annál durvább szemcséjű anyagot kell alkalmazni. Megerősítéses javításra leggyakrabban a 8 mm-es maximális szemnagyságú anyagokat használják. Ha a lövellt beton réteg nem biztosít elegendő betonfedést, akkor a szabaddá vált betonacélokat korrózióvédelemmel kell ellátni. Lövellt beton alá nem célszerű cementes korrózióvédelmet alkalmazni, mert nagy energiával érkező szemcsés beton a védőanyagot az acélfelüeltről lekoptatja. Ilyen esetben tiszta műgyantás korrózióvédelmet célszerű használni, homokhintéssel. Szükség esetén a lövellt betonokba szálas erősítő anyagot is lehet adalékolni (fémszál, műanyagszál).

1.2.2 Betonjavításra, betonkozmetikára alkalmas anyagok Ahol a betonjavító anyagokkal szemben statikai igény nem merül fel, ott lehet használni az MSZ EN 1504-3 szerinti R1 és R2 osztályú habarcsokat, betonokat. Ezeknek az anyagoknak a rövid jellemzését elsősorban az alkalmazási területük szerint célszerű megtenni.

7/165


o PCC habarcsok és betonok kézi felhordásra Feltételezhetjük, hogy ha nincs szükség statikai megerősítésre, akkor a pótlandó beton rétegvastagsága sem haladja általában a szokásos betontakarás mértékét. A szabaddá vált betonacélokat ebben az esetben is meg kell tisztítani és cementes-műgyantás korrózióvédelemmel kell ellátni a javítás tartóssága érdekében. A betonkozmetikai célú PCC habarcsok és betonok tulajdonságai hasonlítanak a szerkezeti megerősítésre is használható anyagokéhoz, de egyes műszaki jellemzőik gyengébbek, de ezáltal ezeknek a termékeknek az ára is kedvezőbb. o simítóhabarcsok A durva, több cm-es javításokat követően gyakran igény, hogy esztétikus felületet alakítsanak ki, melyen a javítások nyoma nem látszik. Ilyen esetekben alkalmazzák a simítóhabarcsokat, melyek maximális szemnagysága általában 1 mm alatt marad, a felületre felhordva és elsimítva egyenletes, sima felületet kapunk. Simítóhabarcsokat használnak akkor is, ha a javított felületen valamilyen struktúrát kívánnak létrehozni, például imitálni akarják javítás után a régi, deszkával zsaluzott felület megjelenését. o glettek A glettek igen finom töltőanyagú habarcsok, melyek maximális szemnagysága sokszor 0,1 mm alatti. A habarccsal, simítóhabarccsal javított felületek érdesek, s ha ezekre bevonatot tervezünk, akkor célszerű a felületet festés előtt átglettelni. A glettréteg kitölti a felület érdességét, az esetleges kisebb egyenetlenségeket eltünteti, a bevonatolandó felület teljesen simává válhat. Az esztétikai eredményen túl a festékfelhasználásban is jelentkezik előny: a sima felületen a festékekből kisebb anyagfelhasználással lehet jól fedő, egyenletes réteget kialakítani. Mivel a glett magas töltőanyagtartalma miatt olcsóbb, minta a festék, a gazdasági előny egyértelmű. Hivatkozások Balázs, Gy.: Beton és Vasbeton I. Schröder, M.: Schutz und Instandsetzung von Stahlbeton Kovács, L.: Műanyag zsebkönyv Weber, H.: Stahlbeton, Schutz und Instandsetzung Balázs Gy.: Beton- és vasbeton szerkezetek védelme, javítása és megerősítése I., II. MSZ EN 1504-3: Termékek és rendszerek a betonszerkezetek védelmére és javítására, 3.rész: Szerkezeti és nem szerkezeti javítás ÚT 2-2.202 [e-ÚT 07.04.13] Közúti hidak korrózióvédelme 2. Kész betonszerkezetek

8/165


2. Vékony és vastag bevonatok anyagai (Dr. Seidl Ágoston)

2.1 Bevezetés Az emberiséggel szinte egyidejű a különféle felületek dekorálása, gondoljunk csak a barlangrajzokra, a gazdagabb emberek házainak, kastélyainak külső-belső festésére, a templomok freskóira stb. A mai világban a dekoráció mellett elsősorban a szerkezetek védelmére használják a különféle bevonatokat, festéseket. Erre a növekvő légszennyezés, a forgalomhoz közel lévő szerkezetek esetében a felcsapódó nedvesség, olvasztósó káros hatása, ipari szerkezetek esetében a vegyi terhelés miatt van szükség. Sok esetben festéssel oldják meg a jelzési feladatokat: magas építmények légügyi jelzése (pl. kémények vörös-fehér színezése), balesetveszélyes helyek figyelemfelhívó jelzése (pl. alacsony szerkezetek fekete-sárga sávozása), forgalomirányítás színekkel (pl. kerékpárutak piros felülete) stb. Összefoglalva: a bevonatok készítésének célja:  esztétikai célú  védelmi célú  jelzés célú.

2.2 Az anyagokkal, rendszerekkel szemben támasztott általános követelmények A megfelelő bevonóanyag, bevonatrendszer megválasztásához ismerni kell az igényeket, követelményeket, amiket az elkészítendő bevonattal szemben támasztunk. Az anyagokkal, illetve bevonatrendszerekkel szemben támasztott követelményszempontok igen sokrétűek, s a tervezett alkalmazás határozza meg, melyek szerepelnek majd a követelményrendszerben. A bevonatok legfontosabb követelményszempontjai a következők (különleges alkalmazások esetén egyedi követelményeket is megfogalmaznak):  tapadás  vízfelvétel, kapilláris vízfelszívás, vízáteresztőképesség  lineáris zsugorodás  hőtágulásai együttható  széndioxid-diffúziós ellenállás  kloridok behatolásával szembeni ellenállóképesség  száradás, átvonhatóság  páraáteresztő képesség  nyomószilárdság  keménység, rugalmasság  koptatással szembeni ellenálló-képesség  fagyás-olvadással szembeni ellenálló-képesség  időjárás-állóság (csapadék, napfény)  hőhatással szembeni ellenálló-képesség  vegyi hatással szembeni ellenálló-képesség  repedésáthidaló képesség  tűzállóság  érdesség, csúszásgátló hatás  behatolásai mélység 9/165


A különleges követelmények is nagyon sokfélék lehetnek, ilyenek pl. a színtartóság, sugárállóság, dekontaminálhatóság, antigraffiti tulajdonság, antisztatikus-vezetőképes tulajdonság stb. Az egyes anyagok betervezése, alkalmazása előtt feltétlenül célszerű tanulmányozni az anyagra, illetve rendszerre vonatkozó  műszaki ismertetőt, az anyag műszaki jellemzőit  az anyag, illetve rendszer vizsgálati jegyzőkönyveit  az egyes anyagokra vonatkozó biztonságtechnikai adatlapokat  a gyártó javaslatait és/vagy utasításait.

2.3 A főbb bevonat-típusok A bevonatok, bevonóanyagok, bevonatrendszerek sok szempont alapján csoportosíthatóak. Ebben az anyagban a csoportosítás fő szempontjaként elfogadjuk a betonszerkezetek védelmére és javítására vonatkozó szabvány (MSZ EN 1504-2 Termékek és rendszerek a betonszerkezetek védelmére és javítására, Felületvédő anyagok) felosztását, mely szerint a főbb bevonóanyag-típusok az alábbiak:  Hidrofóbizáló anyagok  Impregnáló anyagok  Bevonatok anyagai

2.3.1 Hidrofóbizáló anyagok Olyan anyagok, melyekkel az általában szívóképes építőanyag (beton, természetes kő, vakolat, tégla stb.) felületét kezelve azt víztaszítóvá, vízlepergetővé lehet tenni. A hidrofóbizáló anyagok az építőanyagba beszívódva a pórusok felületét vonják be, de a pórusokat nem tömítik el, ezek az anyagok a felületen nem képeznek filmet. A hidrofóbizált építőanyag felülete nem, vagy csak csekély mértékben változik meg (pl. színe kissé elmélyülhet, érettebb megjelenésű lehet). A hidrofóbizáló anyagok felfröccsenő víz vagy csapóeső ellen hatásosak, tartósan víz alatt lévő, víznyomásnak kitett szerkezetek védelmére nem. A hidrofóbizáló anyagok – mivel nem képeznek réteget a felületen – páraáteresztőek és gázáteresztőek.

Hidrofóbizáló impergnálás magyarázó ábra. A hidrofóbizáló anyag nem képez filmréteget, a pórusokat nyitva hagyja, csak a pórusok felületén képez igen vékony, molekuláris vastagságú réteget

10/165


A hidrofóbiált felület vízlepergető, a hidrofóbizálás a kapilláris vízfelvételt akadályozza.

2.3.2 Impregnáló anyagok Az impregnáló anyagok a porózus építőanyagra felhordva annak pórusaiba beszívódnak, a pórusokat részben vagy egészében telítik, s az építőanyag felületén egyenetlen megjelenésű és rétegvastagságú, nem feltétlenül folytonos filmet képeznek.

Impregnálás magyarázó ábra. Az impregnálás a pórusok egy részét vagy egészét eltömíti, az impregnáló anyag a pórusokba beszívódik, de a felületen filmszerű réteget nem képez.

Példa egy pórustelítő műgyantás impregnálásra: az oldószermentes műgyanta impregnáló anyagot hengerrel hordják fel a felületre, majd gumilehúzóval nullára lehúzzák, hogy ne keletkezzen filmréteg.

11/165


2.3.2.1 Az ásványi alapú impregnáló anyagok 

Az anyagok jellemzése: vízben oldódó és/vagy szuszpendálható szervetlen, ásványi anyagok, melyeket a hordozó víz bejuttat a pórusokba, s ott az anyagok kikristályosodnak (ideális esetben irreverzibilis módon), ezáltal a pórusokat eltömítik, s a felületközeli rétegeket tömöttebbé, a nedvességgel szemben jobban záróvá teszik. Páraáteresztő és gázáteresztő képességük a pórusok telítése miatt csökken, ennek mértékét a tervezéskor figyelembe kell venni.



Az eljárás: porózus vagy nem megfelelő szilárdságú felület felszín felőli átitatása ásványi alapanyagú impregnálószerrel.



Alkalmazási terület: Porózus betonszerkezetek esetében, ahol a pórusok eltömítése szervetlen anyaggal kívánatos (pl. a vízzáróság növelésére). Ezeket az impregnáló szerkezet megnyugodott szerkezetek esetében célszerű használni (nincs már zsugorodás, nincs dinamikai igénybevétel stb.). Húzásnak kitett vagy dinamikusan igénybe vett szerkezetek esetében, ahol repedésmegnyílással kell számolni, a rideg kristályszerkezetek tömítő hatása nem érvényesül, alkalmazása nem javasolt.

2.3.2.2 A műgyanta alapú impregnáló anyagok 

Az anyagok jellemzése: a műgyanta alapú impregnáló anyagok lehetnek: o vizes diszperziós vagy emulziós műgyanták, pl.  egykomponenses vizes diszperziós akrilátgyanták  kétkomponenses vizes emulziós epoxigyanták o oldószermentes vagy oldószeres (gyakrabban oldószerszegény) kétkomponenses reaktív polimerek, leggyakrabban pl.  epoxigyanták  poliuretán gyanták  ritkábban speciális műgyanták, mint pl. metakrilát, vinilészter, poliurea stb. gyanták (ezeket fokozott vegyszerállóság vagy más különleges követelmények esetében használják) Páraáteresztő és gázáteresztő képességük a pórusok telítése miatt csökken, ennek mértékét a tervezéskor figyelembe kell venni.



Az eljárás: porózus vagy nem megfelelő szilárdságú felület felszín felőli átitatása diszperziós, oldószeres vagy oldószermentes polimerrel, vagy helyben térhálósodó monomerrel.



Alkalmazási terület: Régi betonszerkezetek esetében, ahol a károsodott felső rétegek visszabontása után a beton nem kellő szilárdságú, de további bontásnak nincsen értelme (statikai vagy gazdaságossági okokból), a porózus betonszerkezetbe pótlólagos kötőanyagot lehet ezzel a módszerrel juttatni. Így a beton szilárdságát bizonyos mélységig fel lehet javítani pl. hogy az impregnált réteg egy hozzábetonozandó új réteg számára átmenetet, tapadási biztonságot jelentsen. Általában a monomeres, a vizes emulziós/diszperziós és oldószeres rendszerek nagyobb behatolási mélységet érnek el, mint a tiszta, oldószermentes polimerek.

12/165


2.3.2.3 Az inhibitor hatású impregnáló anyagok   

Az anyagok jellemzése: az inhibitor kifejezés jelentése: olyan anyag, mely egy korróziónak kitett szerkezeti anyaggal érintkezésbe hozva, azon a korróziósebességet jelentősen, akár a nulla közeli állapotra csökkenti. Az eljárás: porózus, korróziós veszélynek kitett vasbeton szerkezet felületének felszín felőli átitatása inhibitor hatású oldattal, mely az acélbetétekig hatolva a betonacélokon zajló korróziós folyamatokat jelentősen lelassítja Alkalmazási terület: Betonszerkezetekben, melyek korábbi átázás, nagyobb korróziós igénybevétel vagy speciális szerkezeti kialakítás miatt korróziós szempontból veszélyeztetettebbek vagy korábban igazoltan nagyobb korróziós igénybevételnek voltak kitéve, a betonacélokat utólagos inhibitoros kezeléssel lehet védeni. Az inhibitor oldat a beton pórusain keresztül jut el az acélbetétekig, ezért lényeges, hogy megfelelő hatóidővel, behatolásai mélységgel és eluálódás (kimosódás) elleni védelemmel rendelkezzen. Ez a védelem lehet például az inhibitoros kezelést követő bevonóanyag felhordása.

2.3.2.4 Az impregnáló anyagok kombinálhatósága Az impregnáló anyagokat gyakran kombinálják, azaz az anyaggyártók egy termékben egyesítenek többféle impregnáló anyagot. Ilyenek például az inhibeáló, de ugyanakkor hidrofóbizáló hatású anyagok.

2.4 Bevonatok anyagai A bevonóanyagok az építőanyag felületén kellően megtapadva réteget képeznek. Ennek a rétegnek folytonosnak és zártnak kell lennie, lyukak, pórusok, hólyagok nem lehetnek rajta. Az alkalmazási területtől és a megfogalmazott követelményektől függően a kialakult réteg (film) vastagsága leggyakrabban 0,1 mm és 5 mm közötti. Vastagabb réteg is kialakítható, azonban ez már inkább a burkolatok tárgykörébe tartozik (de éles határvonal a bevonat és a burkolat között nincsen).

Bevonat magyarázó ábra. Az alapozóréteg kitölti a pórusokat, a bevonat pedig a felületen filmréteget képez. A bevonatok kötőanyaga a korábban elterjedten használt oldószeres rendszerek felől az oldószerszegény, oldószermentes, illetve egyre inkább a vizes diszperziós-emulziós rendszerek felé mozdul el. 13/165


   



az oldószeres rendszerekben az oldószertartalom (VOC = Volatile Organic Compound = illékony szerves tartalom) gyakran az 50 %-ot is meghaladja, ezzel terhelve a környezetet. az oldószerszegény rendszerekben (LE = Low Emission = alacsony kibocsátású, vagy UHS = Ultra High Solid = különösen magas szárazanyagtartalmú) jelentősen kevesebb az oldószer, gyakran csak 10-20 % oldószermentes rendszereknek nevezzük azokat a legtöbbször kétkomponenses, reaktív műgyanta kötőanyagú anyagokból felépülő rendszereket, melyekben gyakorlatilag nincs oldószer (vagy legfeljebb 1%-os nagyságrendben). a vizes diszperziós vagy emulziós rendszerekben a festékanyag szerves kötőanyaga megfelelő segédanyagok segítségével apró cseppekben vízben eloszlatva található meg, a felületre felhordva a víz elpárolog, a cseppek összefolynak és filmet képeznek. Ilyen módon egy- és kétkomponenses rendszerek is kialakíthatók. a vizes rendszerek egy különleges fajtája a cementtartalmú bevonatok, ebben az esetben a vizes műanyag diszperzióhoz cementtartalmú porkomponenst kell keverni felhordás előtt, így műgyanta erősítésű, cementkötésű réteg jön létre.

2.4.1 Vékony bevonatok anyagai Vékony bevonatnak általában a kb. 300 μm-ig terjedő rétegvastagságú bevonatokat nevezzük. Triviális nevükön ezek a festékek. De ide sorolhatók a korrózióvédelmi céllal felhordott fémbevonatok is.

2.4.1.1 A festékanyagok ismertetése 

A festékanyagok összetevői, jellemzői

A festékanyagok legfontosabb alkotóeleme a kötőanyag, más néven filmképző anyag. Ennek feladata a festékben lévő többi anyag beágyazása és a felületen tartása. Ugyancsak fontos alkotórésze a festéknek a pigment vagy színezőanyag. A pigmentek finom eloszlású, általában színes anyagok, ezek biztosítják a festékek színező- és fedőképességét. A pigmentek között vannak olyanok, melyeknek korrózióvédő hatása van. Ezt vagy a pigment lemezes alakjával érik el, így a korrozív anyagok nehezebben jutnak a felületre, vagy a pigment anyaga maga is elektrokémiai korrózióvédő hatású. 

A leggyakoribb kötőanyagok

Régebben elterjedtek voltak a levegőn száradó olaj alapú kötőanyagok (pl. lenolaj), ezeket azonban mára felváltották a szintetikus műanyag kötőanyagok. Ilyenek az o alkidgyanták, melyek viszonylag gyorsan száradó, nem különösebben vegyszerálló kötőanyagok. o nitrocellulóz, mely oldószerben (pl. alkoholban) oldott cellulóznitrát kötőanyag. Igen gyorsan szárad, jól színezhető, benzinnek, olajnak jól ellenáll, gyakran használják a gépjárműiparban o klórkaucsuk, mely igen jó időjárásállósággal és vegyszerállósággal tűnik ki. A nagy molekulákból álló klórkaucsukot sok oldószerrel kell keverni felhasználhatósága érdekében, ez korlátozza alkalmazását.

14/165


o vinilpolimerek, melyek kezdetben polivinilacetát alapú kötőanyagokat jelentettek, de ma már ezeket felváltotta a sokkal jobb vegyi tulajdonságokkal rendelkező akrilát kötőanyag. Az akrilátok rugalmasak, időjárásállóak és viszonylag könnyen előállíthatók vizes diszperziós formában, ami felhasználási és környezetvédelmi előnyt jelent. o epoxigyanták, melyek kétkomponenses rendszerek, jó vegyszerállósággal, jó kopásállósággal rendelkeznek. Ultraibolya fény (napfény) hatására kissé sárgulnak, ezért inkább alapozó és közbenső rétegek kötőanyagaként használják. o poliuretánok, melyeknek jó a vegyszerállósága és kültérben is használhatók. Jól színezhetők, kellően rugalmasak, ezért gyakran fedőrétegként használják. 

Bevonatrendszerek anyagai fémfelületre (acél, nemvasfém)

A fémfelületek bevonóanyagait mindig rendszerben használják. Leggyakrabban acélfelületek védelme a feladat. A fémek védelmére használatos bevonatrendszerek jellemző rétegfelépítése: o alapozó, mely a lehető legjobban megtisztított fémfelületre kerül. Az alapozófesték anyagában általában korróziógátló pigment található. o Ez a pigment lehet úgynevezett aktív pigment, amely a bevonat sérülése esetén elektronegativitása miatt előbb oldódik (korrodál), mint az alapfém (mely legtöbbször acél). Ilyen aktív pigmentek a cink (Zn) (magyarul horgany) és az alumínium (Al). o Standard elektródpotenciálok a vasra, a cinkre és az alumíniumra: o Fe = - 0,44 V

Zn = - 0,76 V

Al = - 1,66 V

o Ha ezek a fémek érintkeznek egymással és elektromosan vezető közeg is van jelen (korrozív közeg), akkor az elektronegatívabb (amelynek standard potenciálja negatívabb) fog oldódni. Ezen alapul a cinkporos vagy alumínium pigmentált alapozók védő hatása. o Az alapozóban lévő pigment lehet lemezes (pl. csillám), ekkor fizikai gátja van a korrozív hatásnak. Ezek az alapozók az úgynevezett „barrier-elven” működnek: megnehezítik a káros anyagok felületre jutását. o Más korrózió ellen hatásos pigmenteket is lehet alkalmazni az alapozókban, régebben ólmot (ólommínium), kromátokat (cinkkromát) használtak (de a nehézfém tartalom miatt ezeket kivonták a forgalomból), ma leginkább foszfátokat (pl. cink-foszfát) használnak eredményesen az alapozókban. o közbenső réteg, mely a bevonatrendszer vastagságának növelését szolgálja elsősorban. Szükség esetén több rétegben is felhordható, hogy a tervezett rétegvastagságot el lehessen érni. o fedőbevonat, melynek anyaga ellen kell álljon a környezeti hatásoknak (pl. vegyi igénybevétel, napfény, csapadék stb.).

15/165


Nemvasfémek esetén (alumínium, réz stb.) megfelelő alapozót kell használni, pl. alumínium felületekre úgynevezett könnyűfém alapozót. A fémfelületekre felépített bevonatrendszerek közepes igénybevétel és élettartam esetén 3-4 rétegben kb. 240 μm száraz rétegvastagságúak, nagyobb igénybevétel és hosszabb élettartam esetén 4-5 rétegben kb. 320 μm száraz rétegvastagságot terveznek. 

Bevonatrendszerek anyagai vakolt vagy beton felületre

A porózus építőanyagok bevonóanyagainak kiválasztásánál, az alkalmazandó rendszer összeállításakor figyelembe kell venni, hogy a beton, a vakolat, a tégla és hasonló anyagok pórusai erősen szívóképesek. Ezért bevonatok készítése előtt a pórusok telítése vagy szívóképességük csökkentése szükséges. 

Alapozás A porózus alapfelületek alapozását vagy külön alapozóval végzik, mely általában töltetlen, pigmentálatlan híg kötőanyag oldat. Ez a kis viszkozitású oldat mélyen behatol a pórusokba (mélyalapozónak is nevezik), a felületi réteget kissé meg is erősíti. Alapozni lehet még magával a bevonóanyaggal is, ekkor azt erősebben hígítják (általában 10-20 % oldószerrel). Az alapozók ma már szinte minden esetben vizes rendszerek, tehát oldószerük víz. Csak nagyon indokolt esetben használnak szerves oldószert.



Bevonat A porózus építőanyagok bevonóanyagai ma már túlnyomó részt vizes diszperziós akrilátfestékek. Ezeknek az anyagoknak jó az időjárásállósága, lélegzőképesek (kicsi a páradiffúzióval szembeni ellenállásuk), széndioxiddal szemben záróképesek (ez főleg a betonszerkezetek karbonátosodás elleni védelme miatt fontos). Ritkábban használják (főleg műemléki vagy kiemelt fontosságú épületeken) a szilikongyanta kötőanyagú bevonóanyagokat, melyek az akrilát rendszerek jó tulajdonságain túl vízlepergető, öntisztuló hatásúak (de jelentősen drágábbak).



Fafelületekre alkalmas bevonatrendszerek anyagai

A fa szerves anyag, rostokból épül fel, száraz állapotában fajtájától függően erősebben vagy gyengébben szívóképes. Éppen szerves anyag volta miatt táplálékul szolgál rovaroknak, gombáknak. A már nem élő faanyagot az időjárási hatások (csapadék, napfény) károsítják. A faanyagokra használt bevonóanyagoknak tehát az alábbi céloknak kell megfelelniük:  a faanyag védelme az időjárási hatásoktól  a faanyag védelme a rovaroktól és gombáktól  esztétikai hatás

16/165


A faanyagok bevonatait két csoportra oszthatjuk: 

réteget nem képező, vagy igen vékony rétegű bevonatok (lazúrok) A lazúrok kötőanyagot, oldószert (mely lehet szerves oldószer vagy víz), pigmenteket (színezőanyagokat), gomba- és rovarölő adalékokat és más segédanyagokat tartalmazó anyagok. A kellően megtisztított fára felhordva az oldószerben oldott gomba- és rovarölő adalékok beszívódnak a fába, a pigmentek pedig a fa rostjai közé ékelődnek be. Gyakran használnak külön pigmentálatlan, gomba- és rovarölő adalékokkal ellátott alapozót, mely hígabb, jobb behatoló képességű, s külön pigmentált fedőbevonó anyagot. Az oldószer elpárolgása után a kötőanyag a lazúrok alkotóit a felületen rögzíti. A napfénnyel szemben a sötét pigmentek a hatásosak. A színtelen lazúrozás ugyan megtartja (sőt gyakran kiemeli) a fa jellegzetes textúráját, a pigment nélküli kötőanyagok az UV sugárzással szemben csak korlátozottabban védenek.



réteget képező bevonóanyagok (festékek) A réteget képező bevonóanyagok egyik fajtája a lakk, mely színtelen, transzpares, fényes vagy selyemfényű-matt felületet alkot. A pigmentek hiánya miatt elsősorban beltéren célszerű a használatuk. A kötőanyag elöregedését követően nehézkes a felújításuk, a repedezett, töredezett lakkréteg csak jelentős munkával távolítható el. A színezett, fa felületre is felhordható festékek általában külön alapozóréteget és külön fedőréteget kívánnak meg. Az alapozó hígabb (kisebb viszkozitású), kisebb mértékben pigmentált anyag, mely a fa rostjai közé jobban beszívódik és a fedőbevonat jobb tapadását biztosítja. A fedőbevonat a megkívánt esztétikai hatásnak megfelelően fényes-selyemfényű-matt megjelenésű, pigmentekkel és töltőanyagokkal dúsított festékanyag. Korábban szinte kizárólag oldószeres festékek voltak alkalmasak fafelületek bevonatolására, a kötőanyagok fejlődése a vizes festékek megjelenését is lehetővé tette.



Antigraffiti bevonatok anyagai

A világon eluralkodó szabadosság hozta magával az építmények összefirkálásának divatját. Ezek a firkálmányok, graffitik, ragasztmányok csak nagyon elenyésző esetben művésziek, leggyakrabban egy furcsán értelmezett önkifejezés, önmegjelenítés nyomai. Épületeinket azonban nemcsak csúfítja, hanem sokszor károsítja is, eltávolításuk tetemes költséggel jár. A graffitik könnyebb eltávolíthatósága érdekében dolgozták ki az antigraffiti bevonóanyagokat. Az antigraffiti anyagok három csoportba sorolhatók: 

időleges védelmet adó anyagok Időleges védelmet az úgynevezett áldozati rétegek adnak, melyek viasz vagy paraffin alapú anyagok, melyeket oldószeres oldatban, vagy vizes diszperzióban hordanak fel a felületre. A kialakuló viaszos réteg elszennyeződése esetén a réteg forró vízzel vagy gőzzel a szennyeződéssel együtt eltávolítható. A védőréteget azonnal pótolni kell. 17/165




félállandó védelmet adó anyagok A félállandó védőanyagok két fő fajtája ismeretes. Az egyrétegű rendszer olyan anyagból áll, mely a felületre felhordva réteget képez, s ezt elszennyezése esetén megfelelő oldószerrel néhány alkalommal (5-10 alkalommal) le lehet tisztítani. Ezt követően azonban a réteget fel kell újítani, mert az oldószeres tisztítás minden alkalommal „fogyasztja” a védőréteget is. A kétrétegű rendszer egy tartósabb alaprétegből és egy rá felépített vékony áldozati rétegből áll. Elszennyezése esetén csak a vékony áldozati réteget kell eltávolítani és felújítani.



állandó védelmet adó anyagok Az állandó védelmet adó antigraffiti rendszerek anyaga tartósan vegyszerálló műgyanta réteg, melyről a ráhordott szennyezés több cikluson keresztül megfelelő tisztítószerekkel (általában szerves oldószerekkel) eltávolítható. Az állandóságnak is van azonban határa, kb. 20 ciklus után ezek a rendszerek is felújítandók.

Az antigraffiti rendszereket sokféle alapfelületre használják. Az anyagokkal szemben támasztott követelmények általában az alábbiak: • a szennyezés könnyű eltávolíthatósága • a tisztítás károsító hatása legyen csekély (oldószerterhelés) • a védőréteg színváltoztató hatása ne legyen jelentős • a védőréteg fényességváltoztató hatása ne legyen jelentős • a védőréteg elszennyeződési hajlama ne fokozódjon

2.4.1.2 A fémbevonatok anyagai A fémbevonatok a védőbevonatok különleges területe, ezek alkalmazását elektrokémiai viselkedésük indokolja: a védőbevonat sérülése esetén a fémtartalmú bevonat kezd oldódni, nem az acél alapfém korrodálni. Itt csak az acélfelületre felhordott fém anyagú védőbevonatokat tárgyaljuk, azon belül is az építőiparban leggyakrabban használt fajtákat (nem tárgya jelen jegyzetnek pl. a galvanizálás). 

nagy fémtartalmú festékek A nagy fémtartalmú festékekről az előző fejezetben, a festékanyagoknál tettünk említést. A nagy fémtartalom legalább 80 % feletti cink pigmenttartalmat jelent.



horganyzás Horganyzáskor a kellően megtisztított acél szerkezeti elemeket olvadt horgany (cink) fürdőbe mártják. Az így kialakuló horganybevonat folytonos, vastagsága (az acélszerkezet vastagságától függően) 50 – 100 μm közötti. Horganyzással leggyakrabban szerelt acélszerkezeteket védenek, pl. korlátelemeket, védőhálókat, szalagkorlátot, rögzítőelemeket stb. Szükség esetén (ha nagy a korróziós igénybevétel), akkor a horganyzott felületű acélszerkezeteket is el lehet látni további bevonóanyag rétegekkel, az ilyen bevonatrendszereket duplex bevonatoknak nevezik. Természetesen ügyelni kell arra, hogy a bevonatok alkalmasak legyenek nemvasfém felület bevonására. 18/165




szórt fém bevonatok Viszonylag ritkán, szinte kizárólag műhelykörülmények között készítenek szórt fém bevonatot. Ebben az eljárásban a fémet (cink vagy alumínium huzalt) acetilén-oxigén lángban megolvasztják és a kellően megtisztított felületre szórják. Az olvadt fémcseppek a hideg fémfelületen megdermednek és folytonos réteget képeznek. A szórt fém bevonatokat – azok viszonylag nagy porozitása miatt – gyakran átvonják további bevonóanyag rétegekkel.

2.4.2 Vastag bevonatok anyagai Éles határ nincs a vékony és a vastag bevonat között, vastagbevonatnak a legalább 500 μm, de inkább 1 mm feletti rétegvastagságú rendszereket nevezzük. A vastagbevonatok is sok szempont szerint csoportosíthatók (kötőanyag, keménység, repedésáthidaló képesség stb.), jelen anyagban az alkalmazási terület szerinti felosztás tűnt a legcélravezetőbbnek. Így tárgyaljuk a falbevonatok, a padlóbevonatok és a különleges vastagbevonatok csoportját.

2.4.2.1 Falbevonatok vagy más szerkezeti elemek vastagbevonatának anyagai Építményeink falszerkezeteire vagy más szerkezeti elemeire akkor vastagbevonatok, amikor a várható igénybevétel a szokásostól jelentősen eltér.

készülnek



rendszeresen nedvességnek és/vagy vegyi hatásnak kitett szerkezetek bevonata Ha egy szerkezetei elemet rendszeresen nedvesség, csapadék, üzemi víz ér, s ez a hatás kombinálódik vegyi terheléssel is, akkor célszerű megfelelő ellenállóképességű vastagbevonatot alkalmazni. Ilyenek lehetnek a reaktív műgyanta kötőanyagú bevonatok (pl. epoxi, poliuretán kötőanyaggal). A szokásos rétegrend: alapozó, szükség esetén repedésáthidaló közbenső, fedőréteg. Ilyen bevonatok készülnek hídszerkezeteken, élelmiszeripari létesítmények falain. Külön követelményként jelenik meg kültérben az UV állóság, élelmiszeripari üzemekben a könnyű tisztíthatóság, penészállóság, élelmiszeripari alkalmasság. Az ilyen bevonatok szokásos vastagsága 500 … 2500 μm, víz, pára és gázzáróak, gyakran kemények vagy szívósan rugalmasak. Mélyépítési szerkezetek esetében gyakran használják a műanyaggal (általában akrilátdiszperzióval) erősített cementkötésű vastagbevonatokat. Ezek kb. 2 mm vastagságú, képlékenyen rugalmas (plasztoelasztikus) rétegek, jelentős repedésáthidaló képességgel. Előszeretettel alkalmazzák betonszerkezetek védelmére, mert vízzáróak, páraáteresztők és széndioxiddal szemben is záróképesek.



egészségügyi létesítmények falbevonata Az egészségügyi létesítmények bevonóanyagai azért érdemelnek külön említést, mert különleges követelményrendszernek kell megfelelniük. A bevonat legyen lélegzőképes, mosható, fungicid és baktericid (gomba és baktérimellenes), mechanikai igénybevételnek ellenálló, esztétikus. A

19/165


különleges követelményeket erre a célra kifejlesztett kórházi bevonatokkal oldják meg: megfelelő alapozásra a követelményeknek megfelelő bevonóanyag réteg kerül, ebbe üvegszövet erősítő hálót ágyaznak, majd további festékrétegekkel a felületet folytonossá teszik. Az így kialakuló felület enyhén strukturált, az üvegszövet erősítés miatt mechanikailag ellenálló, mosható (közepes erősségű mechanikai tisztítást is elvisel. 

dekontaminálható falbevonatok A nukleáris létesítmények (atomerőmű, izotóplaborok stb.) falbevonatainak olyan teljesen zárt felületű műgyanta bevonatoknak kell lenniük, melyekről az oda esetlegesen felrakódott radioaktív szennyeződés maradéktalanul eltávolítható legyen. Értelemszerűen magának a bevonóanyagnak is megfelelően ellenállóképesnek kell lennie a radioaktív sugárzással szemben. Ezek az anyagok általában igen sűrű térhálójú epoxigyanták. Szokásos rétegrendjük: alapozás, majd 1-2 réteg dekontaminálható bevonat, 500 … 1500 μm rétegvastsgágban.

2.4.2.2 Padlóbevonatok anyagai A padlóbevonatokkal szemben az elsődleges igények a megfelelő szilárdság és kopásállóság. De számos más igénypont is felmerülhet a széles alkalmazási területen: belső térben a dekorativitás, bizonyos rugalmasság a járási komfort érdekében, extrém hidegállóság pl. hűtőházakban stb. A padlóbevonatok anyagait jellemző alkalmazási területek szerinti csoportosításban tárgyaljuk. o simított és önterülő padlók Vannak esetek, amikor a padló simasága, egyenletessége, vízszintessége alapvető követelmény, pl. automata kiszolgálású magasraktárak esetében, de ugyancsak szép sima felületet követelnek meg egy irodában, egy irodaház vagy gyár előcsarnokában. A kellően sima felületet vastagbevonatokkal is el lehet érni, ezek az anyagok ilyenkor könnyen elsimíthatók (kézzel vagy tárcsás simítóval), vagy önterülő tulajdonságúak: a megfelelő vastagságban (általában legalább 2 mm-ben) felhordott töltött műgyanta elterül, a húzási nyomok megszűnnek s tükörsima felületet eredményez. Jellemző kötőanyagrendszerek az epoxi, a poliuretán, a metakrilát. o kopásálló ipari padlók Gyárakban, műhelyekben gyakori a fokozott kopásállósági igény. Ahol koptató hatású hulladék kerülhet a földre, ahol targonca vagy kézikocsi forgalom van, ott a padló igénybevétele fokozott. Az ilyen célra készülő vastagbevonatokat még a kvarchomoknál is keményebb töltőanyagszemcsékkel (pl. korund, krómérc-salak) teszik még ellenállóképesebbé. Ilyen esetekben különösen fontos a terhelés és az anyag megválasztásának az összehangolása: milyen terheket, milyen eszközökkel mozgatnak (pl. nem javasolt a fémkerekű „békák”, kézikocsik használata, mert azok szinte pontszerű terhelése különösen nagy igénybevételt jelent). o élelmiszeripari padlók Élelmiszeripari üzemekben (pl. konzervgyár, italfeldolgozók, húsüzemek, tejüzemek stb.) létesítendő padlók esetében a várható vegyi hatásokat komolyan 20/165


figyelembe kell venni. A szerves savak (gyülmölcssavak, tejsav) igen agresszív hatást jelentenek. Ehhez járul a rendszeres vizes igénybevétel részint üzem közben, részint a rendszeres takarítás miatt. A takarítószerek (felületaktív anyagok, mosószerek, detergensek) és fertőtlenítőszerek is komoly vegyi igénybeételt jelentenek. Szinte minden esetben igény a csúszásmentes felület kialakítása. Az élelmiszeripari vastagbevonatok kötőanyagát tehát a fenti szempontok szerint kell megválasztani. Rétegfelépítésükre egy jellemző példa:  alapozás oldószermentes műgyantával megtisztított, előkészített betonfelületen  teherhordó, kopásálló réteg felépítése 2-5 mm-ben  a még nedves rétegbe kvarchomok vagy korund hintés  a felületbe belekötött, a csúszásmentességet biztosító szemcsék átvonása még egy vékony műgyantaréteggel (fejbevonat). o dekoratív padlók közösségi terekbe A műgyanták színezhetősége esztétikus, érdekes, sokszor extrém felületi megjelenést tesz lehetővé, ha a közösségi terek üzemeltetője ezt megkívánja. A különféle színű padlók megfelelő alakzatban egymás mellé sorolhatók, vagy egy alapszínre csepegtetett másik színnel érdekes megjelenésű felületek állíthatók elő. Ugyancsak szép felületek állíthatók elő, ha a még meg nem kötött gyantarétegbe vékony, színes, akár többféle színű, 1-2 mm-es műgyanta lemezkéket (úgynevezett csipszet) hintenek. Kialakíthatók emblémák, céglogók és más minták is.

Példa egy csipsszel behintett padlófelülre o vezetőképes, antisztatikus padlók Műtőkben, intenzív osztályokon, elektronikai üzemekben, éghető vagy robbanásveszélyes gázokkal dolgozó terekben, lőszergyárakban stb. gyakran igény, hogy az ott dolgozók ne töltődhessenek fel elektrosztatikusan. Ezt részint a megfelelő ruházattal érik el, részint a tárgyak és a padló földelésével. Ehhez azonban a padlószerkezetnek vezetőképesnek, illetve antisztatikusnak kell lennie. Általában az a követelmény, hogy a padlók levezetési ellenállása kisebb legyen, mint 1 x 109 Ohm, a járás-keléskor az adott személy feltöltődése pedig kisebb legyen, mint 100 V.

21/165


Egy jellemző rétegfelépítés vezetőképes, antisztatikus padlóra:

1. fedőbevonat vagy padlóápoló réteg 2. vezetőképes vastagbevonat (általában epoxigyanta kötőanyagú, grafittal vagy alumínium szemcsékkel töltött padlóanyag) 3. levezető réteg (általában szénszállal, grafittal töltött epoxigyanta réteg) és rézszag háló a vezetőképes rétegre, a rézszalagok bekötése a földelési rendszerbe 4. felületkiegyenlítés 5. alapozás kellően előkészített betonfelületen általában epoxigyanta alapozóval 6. beton alapréteg

2.4.2.3 Kompozit jellegű vastagbevonatok anyagai Adott esetekben nagyon fontos, hogy az elkészült bevonat tartósan folytonos maradjon, akkor is, ha az alatta lévő szerkezet megmozdul, megreped. Ilyen jellemző helyek a kármentő medencék (pl. transzformátorok, üzemanyagtartályok, veszélyes anyagok körül talajvízvédelmi céllal). Ilyen igény merül fel a kent szigetelések egy részénél is, például tartályok, csővezetékek utólagos bélelésekor. De ilyen rendszereket használnak szerkezetek utólagos megerősítésére is, ekkor azonban előtérbe kerül a szálanyag (szénszál, kevlar stb.) erősítő szerepe. Ilyenkor a vastag műgyanta rétegbe erősítő fátylat vagy szövetet építenek be, melyet a műgyanta teljes mértékben beágyaz. Az így előálló szálerősítéses műanyag (a kompozit) igen erős, biztonságos bevonatot eredményez. o műgyanta kötésű fátyol- vagy hálóerősítéses önhordó bevonatok A várható vegyi igénybevételnek megfelelő műgyanta kiválasztásával és szénszálból, üvegszálból vagy műanyagszálból szőtt fátylak, szövetek felhasználásával készülnek kompozit rendszerek. Jellemző kötőanyagok: epoxi, vinilészter, poliurea, 3P gyanta stb. o műgyantával erősített cementkötésű rendszerek A szigetelőhabarcsoknak is nevezett, általában vizes diszperziós akrilárgyantával erősített, cementkötésű vastagbevonatokat elsősorban mélyépítési vagy üzemi víz

22/165


elleni szigetelésként használják. Előnye, hogy ugyanazzal az anyaggal végezhető az alapozástól a fedőrétegig a munka, s vizes rendszerként ember- és környezetbarát. Jellemző rétegvastagságuk 3-4 mm. Egy szokásos rétegfelépítés:  a tiszta, portalanított alapfelületre (vakolat, beton stb.) erőteljesen besimított, nullára lehúzott hígabb alapozó réteg készítése  az első rétegfelhordása  a még nedves rétegbe a fátyol vagy szövet beágyazása  a második réteg felhordása az erősítő szövet teljes fedéséig

Kompozit vastagbevonat készítése. Bal oldalon az üveghálónak az első rétegbe való beragasztása látható, jobb oldalon a még nedves rétegre készül a fedőréteg. Hivatkozások Dévay J.: Fémek korróziója és korrózióvédelme MSZ EN 12944: Festékek és lakkok. Acélszerkezetek korrózióvédelme festékbevonatrendszerekkel MSZ EN 1504: Termékek és rendszerek a betonszerkezetek védelmére és javítására MSZ EN 61340: Elektronikus eszközök elektrosztatikus jelenségek elleni védelme. MSZ EN ISO 1461: Tűzihorganyzással kialakított bevonatok kész vas-és acéltermékeken Seidl Á. Korrózióvédelmi betanító tanfolyam. Jegyzet.

23/165


3. A faanyagvédelem anyagai. Kezelő eljárások (Csányi Erika, Dr. Józsa Zsuzsanna)

3.1. A fáról, mint építőanyagról általában A fa az egyik legrégebbi építőanyag, amely napjainkban szerkezeti, kiegészítő és díszítő anyagként kerül felhasználásra az építőiparban. A fa felépítéséből adódóan (3.1.és 3.2. ábra) inhomogén és anizotróp anyag.

3.1. ábra A fa jellemző metszetei [Palotás]

3.2. ábra A fatörzs keresztmetszete [Frössel]

A bütü metszetben általában jól felismerhetők az évgyűrűk, amelyek kormeghatározásra is alkalmasak. A kéreg vagy külső héj védi a fát a kiszáradás és a külső mechanikus behatások ellen. A háncs vagy belső héj a tápanyagszállításról (szőlőcukor, keményítő) gondoskodik felülről lefelé. Osztódó szövetnek (kambium) nevezik azt a növekvő sejtréteget, amely belső oldalán fasejteket, külső oldalán kéregsejteket növeszt. Fiatal fák esetében csak szijácsfákról beszélhetünk, mert a gesztesedés folyamata csak később indul meg. A szijács feladata a nedvkeringés biztosítása és a tápanyagok tárolása, a geszt a szilárdságot biztosítja. A fa növekedése tengelyirányban és arra merőlegesen megy végbe. A mérsékelt égövben egyéves periódus alatt két pászma alakul ki: a tavaszi és az őszi pászma. Előbbi világosabb, nagyobb üregek alakulnak ki benne, utóbbi sötétebb, a sejtek fala vastagabb, kisebbek az üregek. Tropikus éghajlaton a száraz és esős évszakok változásával függ össze a növekedés. A fa különböző szerves vegyületekből épül fel és lényegében három fő alkotórészből áll: - cellulóz, 60-70 m%, - hemicellulóz (hidrolizálható fa-szénhidrát), 15-35 m%, - lignin, 20-30 m%. Előbbiek mellett még tartalmaz ásványi sókat, vizet, gyantákat (különösen a tűlevelűek), cserzőanyagot (különösen a tölgyfa) és más anyagokat, mint fehérjét, zsírt, stb. A cellulóz a sejtfal vázában képződik, hosszú láncú molekulái a húzószilárdságot biztosítják. A hemicellulóz a cellulózvázat rögzíti. A lignin egyfajta ragasztó, amely az előbbieket körülvéve keményíti a sejtfalat (a növényi szövetet fává alakítja) és így lényegesen befolyásolja a nyomószilárdságot. A fa sok olyan sejtből és sejtfalból áll, amelyek az egyes sejtek között ún. intermicelláris hézagokkal rendelkeznek. A faképződés során a víz ezekben a hézagokban raktározódik el. Ha az összes intermicelláris hézag megtelik vízzel, a sejtfalak finom felépítésük miatt már nem tudnak tovább tágulni; az ehhez tartozó (kötött) vízmennyiséget nevezik rosttelítettségi határnak. A további vízfelvétel a sejtfalakon kívül megy végbe és ez a szabad víz már nem 24/165


idéz elő változást a fa méretében. A faanyag szárításakor a kötött víz eltávozása okozza a zsugorodást, vízfelvétel hatására pedig duzzadás következik be. A fák belső, geszt része elhalt, ásványi anyagok, természetes védőanyagok találhatók benne. Sötét színű, kemény, impregnálhatatlan anyag. A puha szíjács rész cukor, keményítő, fehérje tartalma nagy, ki van téve a kártevők hatásának, ugyanakkor impregnálható, ezáltal nagyobb ellenállása lehet, mint a gesztnek.

3.2. Fafajták csoportosítása tartósság szerint A fa életműködését, valamint a fatest felépítését tekintve tűlevelű és lombos fákat különböztetünk meg. A hazai fafajokra természetes tartósságuk szerint Lámfalussy négy osztályt állapított meg (3.1. táblázat). 3.1. táblázat: Fontosabb hazai fafajok faanyagának tartóssága a felhasználási hely szerint Tartósság években Tartósság megnevezése szabadon, talajjal épületben fafaj száraz vízben érintkezve nem érintkezve helyen Igen tartósak: akác, tölgy, eper, 10-20 60-80 500-1000 500 gesztenye, vörösfenyő Tartósak: erdei és feketefenyő szil, 7-18 50-80 500-1000 500 boróka Kevésbé tartósak: luc-, 4-5 10-40 120-700 70 jegenyefenyő, kőris Nem tartósak: bükk, gyertyán, juhar, cser, éger, nyír, nyár, hárs, 2-5 5-35 60-70 50 cseresznye Eszerint igen tartós fák: akác, tölgy, eper, szelídgesztenye, vörösfenyő, tartósak: feketefenyő, erdeifenyő, szilfa, boróka, kevéssé tartósak: lucfenyő, jegenyefenyő, kőris, nem tartósak: bükk, gyertyán, juhar, cser, éger, nyír, cseresznye, nyár és hárs. Víz alatti tartósságra vonatkozóan nagyon tartós (500 éven felül): tölgy, akác, éger, vörösfenyő, erdeifenyő, szil, gesztenye elég tartós (50-100 év): lucfenyő, jegenyefenyő. kevéssé tartós (10-20 év): juhar, nyír, kőris, hárs, nyár, vadgesztenye, fűzfa.

3.3. A faanyag abiotikus károsítói, a védekezés anyagai Napsugár A külső térben tárolt fa eredeti színe nem őrizhető meg, mert az ultraibolya sugárzás hatására végbemenő fotokémiai lebontó folyamatok hatására a szín évről évre sötétebbé válik. Védekezés: vizes vagy oldószeres falazúrok favédő hatóanyag tartalommal vagy anélkül. Színtelen lakk nem alkalmas a napsugárzás elleni védelemre. Víz Hatására kioldási korrózió következik be, melynek során a faanyag vízoldható komponensei (elsősorban ásványi sók, cukor) oldódnak. Savas esők fokozzák a hatást. Védekezés: speciális, általában vízbázisú fedő bevonattal.

25/165


Tűz A fa tűz hatására ég, de a külső, elszenesedett réteg lassítja az oxigén további behatolását. Védekezés: A gyakorlatban használt védekezési módok késleltetik a meggyulladást, lassítják a tűz terjedését. A legegyszerűbb védekezési mód, hogy a fát legyalulják, élektől megszabadítják. Az égéskésleltető szerek lehetnek vízoldhatók és műanyagalapú, nem vízoldható szerek. A vízoldhatók bevonatként használandók. A vízoldható égéskésleltető szerek hatóanyagai leggyakrabban ammónium-foszfát, ammónium-szulfát, cink-klorid- és bórvegyületek. A kezelési mód lehet felületre felhordás és telítés. Víznek kitett helyen nem használhatók. A bevonatként használható égéskésleltető szerek lehetnek egyszerű hőszigetelő rétegek, vagy műanyagalapú habképző anyagok. Az utóbbiak a korszerűek. Ezek általában a hő hatására habot képző előkondenzált műanyagból és ammóniumfoszfátból állnak. Rendszerint színes mázként hordhatók fel. Csak nedvességtől védett helyen használható.

3.4. A faanyag biotikus károsítói - baktériumok - gombák - rovarok (A biológiai károsítók közül legfontosabb szerepük a gombáknak és a rovaroknak van.)

3.4.1. Gombák 3.4.1.1. Farontó gombák A farontó gombák klorofill nélküli élőlények, melyek a táplálkozásukhoz szükséges szerves vegyületeket nem képesek asszimilációs folyamatban a levegő szénsavjából és szervetlen sókból a napfény és a hő hatására előállítani. Ezért kénytelenek azokat más növényi organizmusból készen kivonni. A farontó gombákat három nagy csoportba lehet sorolni: - törzsön károsító, - fatelepi károsító, - épületben károsító gombafajok. Legveszélyesebbek a harmadik csoportba tartozó gombák: - pincegomba, - házi kéreggomba, - könnyező házigomba, Pincegomba Megtalálható mindenütt, ahol a megfelelő hőmérséklet mellett a nagy, 50-60 %-os vízigénye biztosítva van. Házakban főleg az alápincézetlen, szigetelés nélküli vagy rosszul szigetelt fapadlókat, fagerendák befalazott vagy falra fekvő végeit, fallal, talajjal érintkező farészeit támadja meg és pusztítja. Ez a gomba az ún. nedves korhadás okozója, melynek során a cellulóz lebontása után a lignin vöröses-barna színben marad vissza (vörös vagy barna korhadás). Az elkorhadt fa az ujjak között szétmorzsolható, porrá hullik szét.

26/165


Házi kéreggomba Rendszerint a picegombától fertőzött fában telepszik meg ott, ahol a rá nézve kedvező viszonyok, a nagyobb nedvesség ezt lehetővé teszi. Száraz fába nem megy át. 35-40 %-os víztartalmú faanyagban fejlődik legjobban, így az építményekben a talaj közelében, nedves pincében, fallal, betonnal érintkező gerendákban, fapadlós helyiségek vízvételi helyein, szigeteletlen fapadlókban, beázó ereszzugokban, vápa szarufákon található, de csak addig, amíg a kedvező nedvességtartalom fennáll. Képes a fa teljes elpusztítására. Könnyező házigomba A könnyező házigomba az épületben pusztító gombák legveszedelmesebb faja, majdnem kizárólag csak épületekben, a megmunkált fában él. Az épületekben keletkezik és ott is van az igazi otthona. Teljesen akklimatizálódott az emberhez, életfeltételei egyezőek az emberével. Az épület minden faanyagában előfordul, a faszerkezeti elemekben, födémekben, tetőszerkezetekben, tartószerkezetekben, padlókban, nyílászárók tokjaiban, béléseiben, borításaiban, mind a fenyőfélék, mind a lombos fák anyagában, pincében, padláson, lakásban, istállókban, ólakban, mezőgazdasági építményekben, bányákban, de még a falakban is. Ha egyszer valahol megtelepedett, terjedésének nincs természetes gátja, pusztítja, rontja a fát, amíg a fa teljesen tönkre nem megy, szétmorzsolható barna porrá nem alakul át. Az összes farontó gomba közül egyedül csak a könnyező házigomba tudja a légszáraz fát is megtámadni és el is tudja pusztítani. Működésével a facellulózt kémiailag elbontja széndioxidra és vízre, így a fejlődéséhez szükséges vizet a maga részére a fából előállítja. A szükségesnél nagyobb mennyiségű víz, amelyet ez a folyamat eredményez, a termőtesten vízcseppek alakjában kiválik, ettől kapta a gomba a „lacrimans: könnyező” elnevezést. A 3.3. és 3.4. ábrán a gomba jellegzetes megjelenési képeit láthatjuk.

3.3 ábra A falazat fugáiból konzolszerűen kinövő termőtestek [Frössel]

3.4. ábra A felületi gombafonalakból kilépő vízcseppek [Frössel]

3.4.1.2. Faelszínező gombák Önmagukban ritkán jelentenek veszélyt a fa szilárdságára, mert általában nem nőnek 1 mmnél mélyebbre a fába. Viszont kedvező körülményeket teremtenek a farontó gombáknak. Egészségkárosítók lehetnek. Ide tartoznak a penészgombák, a fenyőfélék kékesedését okozó, valamint a lombos fafajok fülledését okozó gombafajok.

27/165


3.4.2. Rovarok okozta hibák Leggyakrabban rovarok álcái, egyes rovarfajok esetén maguk a rovarok okozzák a kárt. A járatok és kirepülő nyílások átmérője 0,5 mm-től néhány cm-ig, a járatok hossza 2 m-ig is terjedhet. A rovarrágások hossza, nagysága, alakja és elhelyezkedése jellemző a kárt okozó rovarfajokra. Leginkább a már beteg, kiszáradó és a frissen döntött fákat támadják meg, de kártételük gyakori a beépített fában is. A fán rendszerint csak néhány kirepülő nyílás látható ugyanakkor esetleg a fa kéregalatti részét már a járatok teljesen szétroncsolták. Az aktív rovarfertőzést a nyílások alatti furatliszt elárulja. A legfontosabb farontó rovarok: - kopogóbogarak (álszúk, 3.5. ábra), - szíjács bogarak (faliszt bogarak), - házicincér (3.6. ábra), - fadarazsak. Kopogóbogarak (álszúk) A beépített faanyagokat károsító rovarok (és ezen belül a bogarak) egyik jelentős csoportja a kopogóbogarak. A petéből kikelő kis álcák befúrják magukat a faanyagba és fajtól, faanyagtól, időjárástól függően 1-3 évig rágnak. A kopogóbogarak nemcsak a bútorokat, hanem az épületek tartószerkezeteit is pusztítják, fokozatosan csökkentve teherviselő képességüket. Erős kopogóbogár kártétel esetén is valamennyi megmarad a faanyag szerkezetéből, mert az álcák elsősorban a puhább részekben készítik a meneteiket. Amennyiben az így összefurkált faanyag nem teherviselő szerkezeti elem, hanem például burkolat, vagy műtárgy, még van esély a helyreállításra. Szijács bogarak (faliszt bogarak) A beépített faanyagokat pusztító rovarok másik jelentős csoportja a falisztbogarak, más néven a szijács bogarak. Elsősorban a faanyag szijácsrészét károsítják, a faanyagot gyakorlatilag lisztté rágják. Leggyakrabban beépített parkettában találkozhatunk velük. Fő táplálékuk a tölgy, cser, akác, kőris, dió. Előszeretettel pusztítják a tölgyfából készült tetőszerkezeteket, illetve a más faanyagból készült szerkezetekbe beépített tölgy, vagy akác elemeket. A fertőzés kezdetén itt is a kis kerek kirepülő nyílásokat látjuk, de később a faanyag szerkezete megszűnik, és szinte porrá válik. Cincérek Épületeink faanyagát nagyrészt a cincérek pusztítják el. Aránylag rövid idő alatt képesek olyan mértékű kárt okozni, amelynek következtében a faszerkezet teljes rekonstrukcióra szorulhat. A cincéreknek rengeteg faja pusztítja a faanyagot, kezdve a lábon álló élő fától egészen a sok évtizede beépített gerendáig. A petékből kikelő kis álcák befúrják magukat a fa szijácsrészébe, és ott is maradnak általában 3-4 évig. Közben egyre kövérebbek lesznek, egyre nagyobb átmérőjű álcameneteket rágnak a faanyagba. Optimális számukra a 28-30 fokos „padláshőmérséklet”. Nagy szerepet játszik továbbá a faanyag fehérjetartalma. Nagyon magas fehérje tartalom és optimális hőmérséklet esetén kivételesen két év alatt is kifejlődhet, de ez nagyon ritkán fordul elő. Kedvezőtlen körülmények között a fejlődésmenete 10-12 évig is eltarthat, de 17, sőt 32 éves kifejlődési időről is tud a szakirodalom. Ez alatt a hosszú idő alatt folyamatosan készíti aránylag nagy átmérőjű álcameneteit, folyamatosan csökkentve ezzel a szerkezeti elem hasznos

28/165


keresztmetszetét. A cincérek okozta károsodást könnyű felismerni, mert a cincérek kirepülő nyílása sohasem kör, hanem mindig ellipszis alakú. A házicincér beépített fenyőanyagaink legveszedelmesebb kártevője. Fadarazsak A hártyásszárnyúak közé tartoznak (a hangyákkal együtt), és úgynevezett másodlagos károsítók. Petéiket hosszú tojócsövük segítségével mélyen a fába süllyesztik. Beteg, vagy a fatelepen tárolt frissen döntött faanyagot kedvelik első sorban. Kifejlődési idejük 2-4 év, így gyakran előfordul, hogy a nemzők már feldolgozott, beépített faanyagból repülnek elő. A kirepülő rovarok szinte minden útjukba kerülő akadályon átrágják magukat, legyen függöny, tapéta, vagy nem túl vastag fémlemez. Jól összehangolt biológiai órájuk van, mert általában egyszerre, nagy tömegben rajzanak ki.

3.5. ábra Közönséges kopogóbogár lárvája, illetve kifejlett példányának oldal és felülnézete [Frössel]

3.6 ábra Házicincér [Frössel] a) hím, b) nőstény c) lárva felülrűl, d) lárva oldalról e) ovális röpnyílások lent, jobbra: rágási járat a szijácsban

3.4.3. Baktériumok Hatásukra mikroperforációk keletkezhetnek a sejtszerkezetben. A fertőzött helyen a fa különösen jól beszívja a vizet, jól impregnálható, ebből lehet következtetni a kártételre.

3.5. Faanyagvédelem A faanyagot a következő sorrendben célszerű védeni és kezelni. - Első az építészeti vagy konstruktív faanyagvédelem, mellyel távol tartjuk a nedvességet és megszüntetjük a károsítók életfeltételeit. - Előző szükség és cél szerint kiegészíthető valamely kevéssé mérgező szerre alapozott kémiai favédelemmel. Ezzel a fát rovar-, illetve gombakárosítók számára élvezhetetlenné tesszük. - Felületkezeléskor a faanyagra különféle szereket (lakkot, lazúrt, olajat, viaszt stb.) viszünk fel, hogy védjük a külső behatásoktól és egyúttal kedvező esztétikai hatást érjünk el. Kezeléssel a következő célok valósíthatók meg: - nedvesség és időjárási hatások elleni védelem, - szennyeződés elleni védelem, - kopás elleni védelem, - UV sugarak elleni védelem, 29/165


- színezés, pácolással, színes lakkokkal, - a fa optikai hatásának befolyásolása (szerkezet, rajzolat hangsúlyozása stb.). Arra kell törekedni, hogy minél kevesebb mérget használjunk; a felületkezelő szerek lehetőség szerint már ne tartalmazzanak rovarok és gombák elleni hatóanyagokat.

3.5.1. Megelőző védelem A beépítés során felhasznált faanyag károsodása jelentős mértékben csökkenthető vagy megelőzhető - a faanyag helyes tárolásával és - a faanyagvédelmi szempontok figyelembe vételével a tervezésnél és a kivitelezésnél. Bizonyos élettartam növelést jelent a tápanyag természetes kilúgozása. Természetes kilúgozásról akkor beszélünk, amikor a farönköt folyóvízben hosszabb ideig áztatják. A fatörzseket ez esetben úgy célszerű beállítani, hogy a vastagabb végükkel a vízfolyással szemben helyezkedjenek el. Így a természetes tápanyagszállító úton a víz végighaladva a tápanyagot maga előtt tolja. Mivel a gombák szaporodásához megfelelő nedvességtartalom kell, ezért ha a fát szárazon (nedvességtartalom 18%-nál kisebb) építik be, vagy tartósan vízben áll, a mi éghajlatunkon majdnem korlátlanul tartós. A fa tartóssága a fa tulajdonságaitól és a külső körülményektől is függ. A télen döntött fa ellenállóbb a nyáron döntöttnél. (A nagy tápanyagtartalmú fákat a gombák, rovarok jobban megtámadják.) Az építőfa tárolása (és beépítése) során földdel ne érintkezzen. A fűrészárut betonalátétekre máglyázva, hézagosan, csapadék ellen védő tetővel lefedve, a máglyák között légmozgást biztosító közöket hagyva kell tárolni. Korábban mindig télen vágtak fát, és vízi úton szállították, ami a kártevők számára kedvezőtlen átalakulást okozott. Ma jelentős hányadban hirtelen nőtt fákat („szíjácsfákat”) használnak. A beépített faanyagot lehetőleg ne érje semmiféle rendszeres vízhatás. Különösen figyelmet kell fordítani a nagy vízfelvételű bütü metszet védelmére.

3.5.2. Biotikus károsítók elleni vegyszeres faanyagvédelem 3.5.2.1. Hivatalosan elismert faanyagvédő szerek A faanyagvédelem és a faanyagvédő szerek engedélyezésének jogi szabályozása a jogszabályok változása következtében pillanatnyilag Magyarországon hiányos. A faanyagvédelmi szabályzatot az erdőtörvény változásával hatályon kívül helyezték, ezért jelenleg a faanyagvédelemre vonatkozó előírások elsősorban az OTÉK-ben és a vonatkozó magyar szabványokban találhatók meg (MSZ 6771 sz. sorozat még hatályban lévő szabványai). A faanyagvédő szereket korábban megfelelő intézmények ellenőrizték, ezeket a MÉM, később FM tartotta nyilván. Ma gyakorlatilag mindenféle faanyagvédő szer vagy annak nevezett anyag árusítható. Vásárlás esetén ezért fontos, hogy az anyagnak FM, ÉMI vagy KERMI engedélyszáma legyen. Minden forgalmazott faanyagvédő szernek van technikai adatlapja, amely tájékoztatást nyújt felhasználási, veszélyességi, környezetvédelmi, egészségvédelmi szempontokról és követelményekről. Ezeket rövidített formában a faanyagvédő szer csomagolásán a forgalmazónak fel kell tüntetnie. Alkalmazás esetén az előírásokat be kell tartani.

30/165


3.5.2.2. Vízben oldódó faanyagvédő szerek Ezeket a szereket rendszerint szilárd sók formájában forgalmazzák, de némelyiküket pasztaként is, ezáltal elmarad a kikeverés és az azzal járó porterhelés. A tiszta hatóanyagok mellett legtöbbször még különféle adalékokat is tartalmaznak (például figyelmeztető vagy ellenőrző színező anyagokat, nedvesítő szereket, korróziógátló szereket stb.) A nátrium-fluorid hatóanyagú szerek gombaölő (fungicid) hatásúak. A magasépítésben asztalos áruk védelmére használjuk, amelyek ilyen kezeléssel vásárolhatók. Tartalmaznak dikromátot, dinitrofenolt, amelytől a faanyag sárga színű lesz. A szert a víz oldja, ezért kezelt faanyagot víztől védett helyen kell tárolni. A bifluorid és szilikofluorid hatóanyagú szerek rovarok ellen (inszekticid), mint megelőző szerek, elsősorban a bifluorid tartalmú szerek, mint megszüntető szerek használhatók. Kellő mértékben fungicid hatásúak. Vízzel kioldhatók. A mésszel nem lépnek reakcióba, ezért gombafertőzött falazatok fertőtlenítésére is alkalmasak. Általában épületszerkezeti anyagok védelmére használják. Hazánkban nincsenek forgalomban. Ezek a szerek még hosszú idő után is jelentős mennyiségű hidrogén-fluoridot bocsátanak ki, ami azon kívül, hogy marja a bőrt, nagymértékben veszélyezteti a légutakat. A hidrogénfluorid emisszió miatt az üveg és a fémek is károsodnak. Napjainkban a szervetlen bórvegyületek csoportja az egyetlen, amelyet, mint mérget, egyáltalán ajánlani lehet. Miközben gombák és rovarok, valamint kékgombák ellen kitűnően hatnak, az emberre nem mérgezők. A faanyagvédő szerek egyetlen olyan csoportját képezik, amelyek nem esnek alkalmazási korlátok alá. Felhasználásuk ezért állandó emberi tartózkodásra vagy élelmiszerek és takarmányok tárolására szolgáló helyiségekben is meg van engedve. Természetesen a bór-sók sem teljesen veszélytelenek. Vízben való oldásukkor célszerű elővigyázatosságból gázálarcot viselni, bedolgozásukkor a bőrt és a szemet védeni kell. Sok más faanyagvédő szerrel ellentétben a bór-sókkal vakolattal vagy falazattal közvetlenül érintkező fát is kezelhetünk. A bór-sók fémekre és üvegre sincsenek maró hatással. Hátrányuk, hogy kimosódásnak nem állnak eléggé ellen. Valamennyi bór-só közös tulajdonsága a csekély behatolási mélység, lucfenyő esetén 1-3 mm. A napjaikban forgalmazott bór-sók több szervetlen bórvegyület keveréke: bórsav, bórax (nátrium-tetraborát), oktoborát (timbór) és nátrium-poliborát. A bór-, réz- és krómvegyületeket tartalmazó szerek összetevői: bórax, rézszulfát és bikromát. Ezeket különböző kombinációkban használják. Fungicid hatásúak, rovarok ellen általában megelőző, esetleg megszüntető hatásúak. A krómvegyületek feladata csupán az oldhatóság csökkentése (a hatóanyagok rögzítése a fában), önmagukban nincs faanyagvédelmi funkciójuk. A rögzítés hosszú folyamat, több hónap is lehet, és sosem tökéletes. A rögzítés folyamán a hat vegyértékű króm [króm(VI)] három vegyértékű krómmá alakul át. A króm(VI) rendkívül mérgező anyag, nemcsak maró hatású, hanem különféle akut és krónikus ártalmakat okoz és rákkeltő is lehet. A réz gyomor és bélméreg, de még a vizeket is veszélyezteti. Ezek a sók a nehézfémtartalom miatt a faanyagvédelemből lassan kiszorulnak.

3.5.2.3. Olajos és oldószeres faanyagvédő szerek A faanyagvédő sókon kívül vannak olajos, illetve oldószeres szerek is. Ezek különféle oldószerekben oldott gombaölő és rovarölő mérgeket tartalmaznak. A gyártók számos szerbe kiegészítésképpen kötőanyagokat, egy részükbe pigmenteket is tesznek, hogy a faanyagvédelemmel egybekötve felületkezelő szert is fel lehessen a fára hordani. A készítmények főbb csoportjait a 3.2. táblázat tartalmazza. 31/165


3.2. táblázat: Olajos és oldószertartalmú szerek megelőző kezelésre [Weissenfeld]

A kőszénkátrányolaj-tartalmú szereket szabadban, vízben, talajban álló faszerkezetek (távvezetékoszlop, vasúti talpfa, stb.) védelmére használják; ezekkel telítik a faanyagot. Klórozott fenol- és naftalintartalmú szerek. A pentaklór-fenol és monoklór-naftalin hatóanyagú szereket gyakran klórtartalmú rovarölő szerekkel kiegészítve hozzák forgalomba. Jól használhatók a kékülést, fülledést, lágykorhadást, barna és fehérkorhadást okozó gombák ellen. A pentaklór-fenol-nátrium hatóanyagú szerek igen hatásosak nagy nedvességtartalmú fűrészáruk penészedést és elszíneződést okozó gombái ellen. Hazánkban telítésre használják a pentaklór-fenolt olajban. A használt szerek túlnyomó része erősen mérgező, sok a testben felhalmozódik. Számos ilyen szer a környezetben csak nehezen bomlik el. A pentaklórfenol gyártásakor és a kezelt faanyag elégésekor egyaránt keletkeznek dioxinok. Az olajos szerek általában a mérgek belélegzése révén a legveszélyesebbek. A hatóanyagként jelenlévő valamennyi méreg illékony, vagyis a faanyag mindaddig mérget bocsát ki, amíg a hatóanyagok el nem fogynak belőle. Rendkívül sok új anyaggal folynak kísérletek, forgalomba kerülnek „veszélytelen” termékek is, az óvatosság azonban nem árt ezekkel szemben sem.

3.5.3. Faanyagvédő eljárások Az eljárás technológiája, a védőszernek a faanyagba hatolása szerint a 3.3. táblázat szerinti eljárásokat különböztetik meg. A táblázatban a különféle eljárások esetén várható behatolási mélység is fel van tüntetve. A behatolási mélységet befolyásolja még a fafaj, a fa méretei, nedvességtartalma, felületi megmunkáltsága, az oldat töménysége és a fatelítés szakszerűsége. 3.3. táblázat: A faanyagvédelmi eljárásoktól elvárható behatolási mélység [Weissenfeld] Eljárás Elvárható behatolási mélység Mázolás, permetezés, bemártás Felületi védelem (határréteg védelem) Bemerítés, fürösztés Határréteg-védelem (10 mm) Áztatás Határréteg-, mélyvédelem (10 mm) Diffúziós eljárás Szijács teljes védelme Hideg-meleg, gépi légritkításos eljárás Szijács teljes védelme Telítés Teljes védettség A mázolás során korongecsettel vagy hengerrel 20%-nál kisebb nedvességtartalmú fára védőszert hordanak fel, rendszerint két-három rétegben. A kitűzött cél felületi vagy határréteg védelem. Hátránya munkaigényessége. Permetezéssel vagy szórással 1-2 bar nyomással

32/165


permetezik a védőszert a fa felületére. Előnye, hogy az összeépített faszerkezetek nehezen hozzáférhető helyeit is be lehet szórni. Hátránya a mázolással szemben a nagyobb védőszerveszteség. A bemártás során a fát 2-10 másodpercig előírt védőszerrel telt kádban tartják. A bemártással általában rosszabb eredményt lehet elérni, mint a mázolással. Bemerítés esetén a fa 30-90 percig van a védőszerrel telt kádban. A fürösztés esetén a fát 2-8 óra hosszan tartják az előírt védőszerrel telt kádban. A faanyagot áztatás esetén, 5-6 napon át szobahőmérsékletű védőszerben, vagy 3-4 napon át 70-80 °C hőmérsékletű védőszerben tartják. A bemerítés, fürösztés és áztatás csak a kezelés idejében térnek el egymástól és hatásuk - azonos faválaszték esetén - a kezelés időtartama függvénye. A diffúziós eljárás során a frissen döntött, kérgétől megtisztított fa vagy beépített, átnedvesedett fa palástfelületére védőszert hordanak fel paszta formájában, amely a töménységkülönbség hatására a fa belsejébe diffundál. A faanyagot közben védeni kell a kiszáradástól legalább 3 hónapon át. Az oltó eljárás beépített anyagok utólagos védelmére szolgál. A fába a statikailag megengedhető helyeken lyukat fúrnak és a lyukakba 0,5 bar kezdő és 20 bar végnyomással védőszert sajtolnak, amely a faanyagban kapilláris erő vagy diffúzió réven terjed el. A leghatékonyabb védelmet a telítéssel érik el. Ezeknek az eljárásoknak a lényege, hogy a telítendő faanyagot 15-20 m hosszú, 1,8-2,5 m átmérőjű, légmentesen lezárható, telítő hengerekbe helyezik (talpfa, oszlop, gerenda) és 8-12 att nyomással préselik bele a védőszert. A nyomás, az időtartam, a védőszer, az eljárás, valamint a védekezés értéke függ a fafajtól, a telítendő fa méreteitől és előkészítésétől. A telítő eljáráson belül legelterjedtebbek és hazánkban is alkalmazottak a következők. Az egyszerű Rüpping-eljárás, amely az erdei fenyő szijácsának, továbbá a bükk és nyár fájának tartósítására alkalmas. Az első ütemben a fába levegőt sajtolnak, a második ütemben olajt préselnek, a harmadik ütemben légritkítás következik, és az első ütemben besajtolt levegő kipréseli a telítő olaj nem tapadó részét. A kettős Rüpping-eljárás során, melyet bükk, nyár, hárs, szil, gyertyánfafajták tartósítására használnak, lényegében az egyszerű Rüpping-eljárást még egyszer megismétlik. A Béthell-eljárás általában a faanyagok 60-70°C-os vizes védősóoldattal, valamint a tölgy, a lucfenyő és jegenyefenyő 100-105°C-os olajos védőszerrel való telítésére alkalmas. Először légritkítást alkalmaznak, majd besajtolják 10-12 bar nyomással a védőszert, végül egy utóvákuummal a telítő szer sejtfalakhoz nem kötött részét visszanyerik.

3.5.4. Faszerkezetek besorolása környezetük alapján A 15-50 évre tervezett faszerkezeteket környezetük alapján az MSZ EN 335-1, 2 [2007] szerinti felhasználási osztályba soroljuk. A talaj fölötti fűrészelt faszerkezetek esetében ezek a következők: „0. osztály”: Csapadéktól és rovarkártól építészetileg is védett szerkezetek, pl.: beltéri látszó faszerkezetek, falvázak hőszigeteléssel és építőlemezekkel teljesen körbeburkolt faelemei – vegyi védelem nem szükséges. 1. osztály:

Csapadéktól védett-fedett szerkezet, rovarkár és gombafertőzés veszélye is fennáll, pl.: padlásterek, átszellőztetett légréses tetők faszerkezetei.

2. osztály: Fedetlen vagy nyitott térben álló, de csapadékvíznek nem állandó jelleggel kitett szerkezetek, pl.: előtetők és – az esetleges átázás veszély miatt a lapostetők. 3. osztály: Víz hatásának kitett szerkezet. Például a fa-beton öszvérfödémek fa-gerendáinak felső felülete - az építés időtartama alatt - ebbe az osztályba sorolandó.

33/165


A megelőző faanyagvédelem alapja az építész vagy statikus által megadott felhasználási osztály, ehhez kell a faanyagvédőszert megválasztani. A faszerkezetek döntő többsége az 1. felhasználási osztályba tartozik, e környezeti hatás mellett a faszerkezeteket általában fában fixálódó védőszerrel szükséges védeni. A kazánnyomásos impregnálás csak különleges környezeti hatások esetén, pl. csapadékvíznek kitett szerkezetek vagy fa-beton öszvérfödémek esetében indokolt. Utóbbinál lehetséges a különlegesen igénybevett felső felületre az általános védelmen túl egy „kiegészítő” védőszert ecseteléssel utólag felhordani. A faanyagba a védőszert - az üzemi előregyártás miatt nagykádas gépi áztatással, azaz néhány órás kezeléssel juttatják be, így a faelemek külső felületén 1-2 mm hatékony beszívódási mélység érhető el. Védőszerrel csak már leszabott faelemeket szabad kezelni, minden egyes későbbi vágás újabb védelem nélküli bütü-felületet eredményezne. A fa a bütü-felületén kb. tízszer gyorsabban szívja fel a nedvességet, mint oldalfelületein, ezért a károsítók is leggyakrabban a bütü felől fertőzik meg a faanyagot. Hivatkozások Balázs Gy.: Építőanyagok és kémia (2002) Tankönyvkiadó, Budapest F. Frössel: Falak utólagos víztelenítése és szigetelése (2006) TERC kiadó P. Weissenfeld: Faanyagok védelme és felületkezelése (1999) Cser kiadó Palotás L.: Mérnöki szerkezetek anyagtana 2. (1979) Akadémiai kiadó, Budapest Tóth Z.: Építőanyagok II(1991) Tankönyvkiadó, Budapest http://www.scribd.com/doc/37165963/A-faanyagvedelem-modszerei-es-anyagai-PluzsikSzitanyine-Vargyay http://www.igmh.hu/system/files/MiTek_szeglemezes_faszerkezetek.pdf

34/165


4. Falazatok utólagos vízszigetelése, víztelenítése (Csányi Erika, Dr. Józsa Zsuzsanna)

4.1. Falazatok nedvesedése Esős évek, árvizes időszakok esetén a talajvíz mértékadó szintje jelentős mértékben megemelkedhet, melynek következtében az eddigi vízszigetelés már nem elegendő. Sok esetben a régi szigetelő rendszer öregedése miatt szükséges a beavatkozás. Ha a szerkezetek káros nevesedését el szeretnénk kerülni, akkor szigetelni kell őket. A falak különböző módon és forrásokból vehetnek fel nedvességet, amint az például a 4.1 ábrán látható.

4.1 ábra Falnedvesség felvételi lehetőségek [Valtinyi]

4.2 ábra Pórusok és kapillárisok fajtái [Valtinyi]

35/165


A falazatok anyagába jutó nedvesség elleni védelem eredményességéhez ismerni kell a feszívódás módját, és természetesen az építmény anyagait is. A nedvesség az építőanyagokba azok pórusain keresztül szívódik fel. A pórusok különféle fajtáit a 4.2. ábrán láthatjuk. A felszívódás mélységét a kapillárisban a nedvesítési szög és a csőátmérő határozza meg. Sajnos az építőanyagok java része vízzel jól nedvesíthető, ezért célszerű olyan felületet létrehozni, ami víztaszító, azaz hidrofób. Ha a szerkezet már átnedvesedett, a nedvesség eloszlása a falban a 4.3 ábra szerinti. A nedvesség eloszlását a felületen bekövetkező párolgás szabályozza.

4.3 ábra Nedvességeloszlás a falazatban (balra: mindkét oldalon, jobbra: egyik oldalon szabadon álló fal) [Valtinyi] Az egyes építőanyagok telítési nedvességtartalma tág határok közé esik, ennek megfelelően telítettségük (a mért nedvességtartalom és a telítési érték hányadosa) azonos nedvességtartalom esetén nagyon különböző lehet. (4.1 táblázat)

4.1 táblázat: Falazó anyagok telítési vízfelvétele és átnedvesedése (telítettsége) 8 m% nedvességtartalomnál [MI-04-320]

4.2. Falazatokat károsító sók Az építmények anyagaiba felszívódó víz oldott sókat is tartalmaz. Ezek vagy a környezetből származnak (talajból, talajvízből, levegőből, csatorna meghibásodásból) vagy az

36/165


építőanyagokból (tégla, beton, habarcs) oldódnak ki. A víz párolgása során az oldott sók a falszakasz külső részein fognak felhalmozódni. (4.4 ábra)

4.4 ábra A nedvesség- és sótartalom eloszlása kétoldalon szellőző földszinti falban. [Valtinyi] 4.2 táblázat: Épületeket károsító sók és nedvszívó képességük [Frössel]

A 4.2 táblázat adataiból jól látható, hogy a különböző sófajták nedvszívó képessége jelentősen eltér. Az épületkárosító sófajtákat kémiai és ásványtani, valamint köznapi elnevezésükkel együtt a 4.3 táblázat tartalmazza.

37/165


4.3 táblázat: A legfontosabb épületkárosító sók és kémiai összetételük [Frössel]

38/165


Az építőanyagokba bejutó sók károsító sók hatása elsősorban a következő két folyamatra vezethető vissza: - a kristályosodási nyomás a só telített oldatából való kristályosodása során az építőanyag hézagterében és - a hidratációs nyomás egy már meglévő sókristály hidratálása (a kristály vízfelvétele) során az építőanyag hézagterében. Nem hanyagolható el természetesen a nedvességfelvétel következtében fokozódó fagyásveszély sem.

4.3. Szigetelési és víztelenítési módszerek, anyagok 4.3.1. Általános elvek A falazatok teljes kiszárítása fizikailag és műszakilag sem lehetséges. Megfelelő eljárásokkal és termékekkel azonban csökkenthető a falazat nedvességtartalma. A kiszárítás határa az adott építőanyag egyensúlyi nedvességtartalma. A megfelelő eljárás vagy anyag a nedvesedés okát szünteti meg, a falazat csak ezután kezd kiszáradni, nem válik azonnal szárazzá. A különböző szigetelési módokat gyakran kombinálni kell. Legtöbbször a vízszintes szigetelés mellett sótalanításra is szükség van. Azt, hogy egy adott szerkezetet kell-e szigetelni, vagy másként kell beavatkozni a működésébe (például a klimatikus tényezők megváltoztatásával), alapos megfontolás és vizsgálat előzi meg. Ha a szigetelés munkálatok mellett döntünk, akkor legelőször le kell verni a meglévő vakolatot, hogy a javítandó szerkezethez hozzáférhessünk, illetve, hogy a falazat szabadon párologhasson. A javítási munkálatokhoz lehetőleg a legjobb, a célnak megfelelő anyagok használjuk, és az adott terméknek a kezelési utasításait, keverési arányait be kell tartani. A szigetelési cél határozza meg a szigetelési síkot is.

4.3.2. Utólagos vízszintes szigetelés 4.3.2.1. Mechanikai eljárások A mechanikai eljárásokkal, melyek alkalmazását mindig statikus szakvélemény előzi meg, a víz által át nem járható anyagot helyeznek el a falban. Alatta a fal nedves marad, a felső részt ki lehet szárítani. Lemezbeverés Az eljárás során az átmenő hézagokba krómacél hullámlemezeket ütnek be légkalapáccsal. A szigetelés folytonosságát a lemezek két utolsó hullámának átfedése biztosítja. Nagy klorid tartalmú falazatoknál speciális acélokat alkalmaznak (króm-nikkel vagy króm-nikkel-molibdén acél). Sarkoknál a lemezeket egy téglasorral eltolva préselik be és a szigetelést injektálással egészítik ki. 4.5 ábra Falszigetelés lemezbeveréssel [Frössel] 39/165


Falátvágás, fűrészelés A vágáshoz vágókorongot, marógépet vagy különböző fűrészgépeket használnak; kemény anyagoknál gyémántfűrészeket, szükség szerint vízhűtéssel. (4.6 ábra) A vágásba vezetik be a szigetelőréteget, ami lehet jó minőségű, kopásnak és nyomásnak, továbbá kémiai szempontból is ellenálló műanyag fólia, bitumenes alumínium- vagy ólomlemez, esetleg rozsdamentes acéllemez. Legelterjedtebbek az 1,5-2 mm vastagságú, üvegszál erősítésű műanyag lemezek és a HD-polietilén lemezek. A lemezek megfelelő átfedését biztosítani kell. A lemezek behelyezése után nagy nyomószilárdságú műanyag éklemezeket vernek a falba egymástól 15-20 cm-re. A sérülékeny bitumenes alumínium- és ólomlemezek fölé védő műanyag lemezeket is be szoktak fűzni. (4.7 ábra) A rés üres részeit cement vagy műgyanta alapú habarccsal ki kell injektálni ferde hézagból. Cementes habarcs esetén a szigetelő anyagnak is lúgállónak kell lenni (az alumíniumlemezt a lúgos habarcs megtámadja). Az ólomlemet az egyes talajfajtákban előforduló huminsav támadja meg.

4.6 Falazat átvágás pl. kézi fűrészeléssel [Frössel]

4.7 Bevert műanyag ékek a teljes falkeresztmetszetben [Frössel]

Tégla, kősor csere, + szigetelés A falazatot általában teljes vastagságban, szakaszosan (max. 1 m) bontják ki, többnyire kézi erővel. (4.8 ábra) Az újrafalazásra kiegyenlítő habarcsréteg kerül, ebbe préselik a szigetelő fóliát vagy lemezt. A szigetelés átfedése legalább 20 cm legyen. A megfelelő erőzárást injektálással kell biztosítani. 4.8 ábra Falbontásos utólagos szigetelés [Frössel]

4.3.2.2. Kémiai eljárások. Furatinjektálás Általános elvek Annak ellenére, hogy a mechanikai eljárások biztosítják a falazatok megbízható, utólagos vízszintes szigetelését, az utóbbi évtizedekben egyre elterjedtebbek az injektáló rendszerek is. Szakszerű és minőségi alkalmazás esetén ezekkel az eljárásokkal is hasonlóan jó

40/165


eredményeket lehet elérni, ismerve természetesen a korlátaikat is. Előnye a mechanikus módszerekkel szemben az, hogy kívül és belül, valamint különböző magasságokban egyaránt kivitelezhető. Az injektáló eljárások alkalmazása során egy furaton keresztül – nyomás alatt vagy nyomás nélkül – injektálószert juttatunk a falazatba. Az injektálószer eloszlása a furat környezetében és hatása legtöbbször nem követhető nyomon. Ismerni kell a reakciófeltételeket és a hatásmechanizmust. Bizonyos injektálószerek például nem tudnak reakcióba lépni, ha a falazat túl erősen átnedvesedett, vagy kapillárishatás miatt erősen telített vízzel. Más szereknek viszont vízre van szükségük a reakció beindulásához. Léteznek szerves oldószert leadó anyagok, és olyanok is, amelyek kizárólag fizikai úton, vízleadással hatnak. Más injektálószerek a levegő szén-dioxid tartalmát használják fel a kémiai reakcióhoz, a szén-dioxid viszont, különösen vastag, vagy erősen átnedvesedett falazatokba gyengén vagy egyáltalán nem diffundál be. Esetenként szükség lehet a fal szárítására vagy előmelegítésére az egyenletes eloszlás elősegítéséhez. Ha a reakció feltétele a lúgos környezet, és az nem biztosított, akkor injektálás előtt vagy utána kell létrehozni. Ha injektálni kell egy falazatot, akkor ismerni kell annak pórusrendszerét (lásd 4.2 ábra). Az injektáló módszerek között megkülönböztetnek: - nyomás alatti injektálást, - nyomás nélküli injektálást, - impulzusmódszert. Bármilyen technológiát is alkalmazunk, annak biztosítania kell az injektálószer eloszlását a falazat teljes keresztmetszetében, és a folyamatos záróréteg kialakítását. Ehhez 10-20 cm-es távolságban, egy, két vagy három sorban 16-25 mm átmérőjű furatokat készítünk a falazatban, ahol a furat hajlásszöge 10-45° közötti. A furatok mélysége megfelel a falazat vastagságának (-5-10 cm). Nyomás nélküli injektálás Az injektálószer behatolása gravitációs úton történik (4.9 ábra). Mivel az injektálószer önmagától oszlik el, megfelelő kúszási vagy behatolási jellemzőkkel kell rendelkeznie, ezért legmegfelelőbbek a vízoldható, kis viszkozitású injektálószerek, mint például szilikonátok, szilánok, szilikon-mikroemulziók vagy megfelelően felmelegített paraffinok.

4.9 ábra [Valtinyi]

4.10 ábra [Valtinyi]

41/165


4.4. táblázat: Injektálási módszerek áttekintése

Nyomás alatti injektálás A nyomás alatti injektálást erősen átnedvesedett falazatok vagy kapilláris úton telítődött falazatok esetén alkalmazhatjuk. Lehet kis- és nagynyomású (előbbi 2-3, legfeljebb 10 bar), utóbbi 10 bar felett). Lejtés nem számít, viszonylag szűk lyukon nyomják be az anyagot (4.10 ábra). Telítődés után izzad a fal, illetve a jelzőcsonkon folyik ki a felesleges folyadék. Minél több fugán menjen keresztül a folyadék. Üregekben elfolyik az anyag. Fontos az alkalmazott anyag viszkozitásának és kötésidejének helyes beállítása. Az elrendezés lehet egysoros (4.11 ábra) vagy több. Nagyobb üregeknél előinjektálás szükséges. Impulzusmódszer Az injektáló folyadékot impulzus eszköz segítségével, intervallumos módszerrel injektálják a falazatba. Injektálás utáni általános követelmény: az átnedvesedés (telítettség) max. 20% legyen, a sótartalom az eredeti 90 %-ára, vagy 0,5 m% alá csökkenjen. 42/165


Az injektálás hatásmechanizmusa, a szerek összetétele, illetve azok építőanyagba való bevitelének módja szerinti áttekintést ad a 4.4 táblázat. A másik megoldás, hogy az injektáló anyagot (vizes emulziót) –20C-ra hűtve szállítják a helyszínre, és a kifúrt lyukba helyezve hagyjuk hogy elolvadjon, így nem kell bonyolult gépeket felállítanunk, és az időzítést az olvadás biztosítja, tiszta megoldás.

4.11 ábra Túlnyomásos injektálás pakkerekkel [Frössel]

4.12 ábra Üreges fal esetén előinjektálás, majd azt követően a víztaszító hatóanyaggal való nyomás alatti injektálás [Frössel]

4.3.3. Elektrofizikai eljárások Elektrokinetikus eljárás: (elektrolízis) Egyenáram hatására az anionok és a kationok az elektrolitban az elektródákhoz vándorolnak. (Ehhez szükséges 0,3-0,5 m% sótartalom, hogy elektrolitról tudjunk beszélni.) Sótartalmat az anódon kigyűjthetjük. (4.13 ábra)

4.3.4. Párolgásnövelő szerek A falnedvességet úgy is csökkenthetjük, ha pórusos, légáteresztő vakolattal látjuk el. Természetesen ezzel egyidőben meg kell szüntetni a nedvesség utánpótlást is. Nem kimondottan falszárító hatású technológiák, de növelik a leadott víz mennyiségét, ezáltal más módszerekkel kombinálva növelhetik azok hatékonyságát. Jó példa a pórusos vakolat, ami 40 V% nyitott, de hidrofóbizált légpórussal rendelkezik, és 22,5 cm vastag rétegben hordják fel a falazatra. Ekkor ebben a vakolatrétegben következik be a párolgás és a sókicsapódás, és a vakolat pufferolja a káros sókat. Egy ilyen vakolat élettartama ~10 év. (4.14 ábra)

Hivatkozások F. Frössel: Falak utólagos víztelenítése és szigetelése (2006) TERC kiadó MI-04-320:1991 Átnedvesedett falak vizsgálata Valtinyi D.: Épített környezet védelme, előadások (BME)

43/165


4.13 ábra

44/165


4.14 ábra Pórusos vakolat

45/165


5. Repedésinjektálás anyagai, repedéslezárás (Dr. Seidl Ágoston)

5.1 Bevezetés Építményeinkben, szerkezeteinkben elkerülhetetlenül jelen vannak hézagok, melyeket több szempont szerint lehet csoportosítani: Fajtájuk szerint:  felületi, felületközeli repedések  átmenő, a szerkezetet harántoló repedések vagy hézagok Keletkezésük szerint:  tervezett (munkahézag, dilatációs hézag): a helye és lefutása ismert, általában határozott irányú és geometriájú  spontán keletkezett (terhelés, hőmozgás, épületmozgás hatására): a helye és lefutása előre nem ismert, általában szabálytalan alakú és nem határozott irányú, esetleg többszörösen elágazó Mozgásuk szerint:  egyszeri megnyílású, a továbbiakban nem mozgó repedés (pl. a szerkezeti anyag kötése alatt zsugorodásából adódó repedés)  rendszeresen mozgó repedés vagy hézag Nedvességtartalmuk szerint:  száraz  nedves: a repedésszélek sötétebbek, de a repedésben nincs víz  vízzel telített: a repedésben víz látható  vizet vezető: a repedésből nyomás alatt víz jut ki (ez lehet szivárgástól a méteres távolságig történő kifecskendezésig) Méretük szerint (nincs egységes repedéstágasság meghatározás):  hajszálrepedések: kb. 0,2 – 0,3 mm szélességig  repedések: néhány mm-ig  hézagok: kb. 5 mm felett A repedések, hézagok fajtájának megállapítása nagyon fontos, mert alapvetően ettől függ a repedészárás anyagának megfelelő kiválasztása és az ahhoz tartozó repedészárási technológia hozzárendelése. A szerkezetekben előforduló repedésekhez, hézagokhoz hasonlóan károsak lehetnek a szerkezetekben előforduló üregek, inhomogenitások, melyek általában építési hibák révén keletkeznek (falazott szerkezetekben hibás építés vagy a nem kellő habarcskitöltés révén, betonozott szerkezetekben hibás zsalugeometria vagy betonozási hiba révén keletkezett üregek, fészkességek). Az üregek, inhomogenitások kitöltése a repedések és hézagok kitöltéséhez hasonló anyagokkal és technológiákkal történik a szerkezet funkcióját és a körülményeket figyelembe véve.

46/165


5.2 Repedészárás injektálással Az injektálás meghatározása: nyomással injektáló anyagot juttatunk a résekbe, repedésékbe, hézagokba, üregekbe, inhomogenitásokba (a továbbiakban az egyszerűség kedvéért repedésekbe), a bejuttatott injektáló anyaggal az eredeti szerkezet tulajdonságait igyekszünk helyreállítani (pl.: erőátadó képesség, tömörség, vízzáróság). Az injektálás történhet igen kicsi nyomáson (ez a kitöltés, amikor az anyag saját hidrosztatikai nyomása révén jut be a repedésbe), alacsony vagy közepes nyomáson (ami néhány bar nyomást jelent), illetve nagy nyomáson (ami több 10 bar, különleges esetben – pl. nagy vastagságú betonszerkezet mélyére történő injektálás esetén – akár 100 bar felett). Az alkalmazott nyomás meghatározásánál ügyelni kell arra, hogy a szerkezetet a nyomással ne repesszék meg. Az MSZ EN 1504 szabványsorozat (Termékek és rendszerek a betonszerkezetek védelmére és javítására) foglalkozik az injektáló anyagokkal, s noha ez a szabályozás betonszerkezetekre vonatkozik, fogalommeghatározásai és anyagcsoportosításai más szerkezetek esetében is jól használhatók. Az MSZ EN 1504 szabvány 9. részében felsorolt javítási elvekből az injektáló anyagokra a következők vonatkoznak:  1. javítási elv [IP = Protection against ingress and waterproofing]: Anyagok behatolása elleni védelem és vízzáróság fokozása o az idetartozó javítási mód az 1.4-es: Repedések kitöltése (mely lehet injektálás és kiöntés)  4. javítási elv [SS = Structural strengthening] Szerkezetmegerősítés o az idetartozó javítási mód a 4.5-ös: Repedések, üregek injektálása o illetve a 4.6-os: Repedések, üregek itatása Az injektáló anyagokkal foglalkozó MSZ EN 1504 szabvány 5. része az alkalmazandó anyagokat injektálási cél és kötőanyag szerint csoportosítja.  Injektálási cél:  F kategória [Force transmitting]: erőátadó kitöltés  D kategória [Ductile]: nyúlóképes kitöltés  S kategória [Swelling]: duzzadóképes kitöltés  Kötőanyag:  P típus [Reactive Polymer]: reaktív polimer kitöltőanyag  H típus [Hydraulic]: hidraulikusan kötő kitöltőanyag 5.2.1 Az injektáló anyagok ismertetése típus és alkalmazási terület szerint 5.2.1.1 Reaktív polimer (műgyanta) kötőanyagú injektáló anyagok Erőátadó repedészárás anyagai (szerkezetek összeragasztása) A leggyakrabban használt injektáló anyagok fajtái kötőanyaguk szerint:  epoxigyanta [jele: EP]: általában merev, nagy szilárdságú anyag  poliuretán [jele: PUR]: általában rugalmasabb, nagyobb mozgási lehetőséget biztosító injektáló anyag  metakrilát [jele: PMMA]: viszonylag ritkán használt, alacsony hőmérsékleten is reagáló, gyorsan szilárduló anyag

47/165


Ezek az anyagok főleg a száraz repedések javítására alkalmasak, de létezik már viszonylag nedvességtűrő műgyanta is, mely a kissé nedves repedésszélekhez is biztonsággal hozzáköt. Az epoxi, a poliuretán és metakrilát gyanták a repedéseket erőzáró módon töltik ki. Az erőátadó képesség a gyanta műszaki jellemzőitől (elsősorban a tapadóképességtől és a rugalmasságtól) függ. Repedések tömítésének anyagai A tömítési célú gyanták a mai ipari gyakorlat alapján alapvetően két kötőanyag csoportba sorolhatók:  habosodó poliuretán [jele: SPUR]: a repedésben lévő nedvesség hatására felhabosodó, kemény vagy rugalmas, erős térfogatnövekedéssel járó habot eredményező anyag  akrilát hidrogélek [jele: AY]: ezek vizes akrilátgyanta oldatok, a térhálósodási reakció után stabil, de viszonylag lágy, nagy rugalmasságú, vízre duzzadó, kocsonyás konzisztenciájú gélt adnak, mely a repedések falához jól tapad Ezeket az anyagokat tömítési céllal használjuk, ha a repedés statikai gondot nem jelent és vízzárást, illetve a korrozív közeggel szembeni zárást meg kell oldani. A PUR és SPUR rendszereket főleg nagyobb repedésekben alkalmazzuk, mert a gyantának viszonylag nagy a viszkozitása (mézszerű anyag). Ilyen esetekben kétlépéses injektálást kell alkalmazni: először habosodó SPUR gyantával lezárjuk a repedést, majd a hab pórusait a tartós vízzárás érdekében PUR gyantával töltik ki. A tömítési célokra az utóbbi időkben (kb. 15 éve) fejlesztették ki a hidrogéleket. Ezeknek kicsi a viszkozitása, és jól bejuttathatók a kis szélességű repedésekbe, pórusokba is. A hidrogél kémiai reakcióval térhálósodó műgyanta, melyben a kész térháló hidrofil csoportokat is tartalmazhat, amik nedvesség hatására vizet kötnek meg, és így a térháló nedvesség hatására tovább duzzad. Be lehet állítani a kötésidőt elég tág határok között. A térhálósodott hidrogél kiszáradhat, mert nedvesség hatására újra megduzzadt gél állapotba kerül. Téglafalazat tömbinjektálására is alkalmas, minden pórust kitölt. Bedolgozáshoz különleges, többkomponensű, korrózióálló gépet igényelnek, precízen betartott technológiát, tisztaságot, de vizes rendszerek, ezért könnyű velük dolgozni, a gépek és szerszámok vízzel takaríthatók. Tulajdonságaikat a következő táblázatokban láthatjuk. Műgyanták erőzáró kapcsolathoz Jellemző Repedésfajta Repedésgeometria Repedésszélesség Repedésmozgás Repedés nedvességi állapota Repedés oka Legalacsonyabb hőmérséklet Viszkozitás

EP-gyanta PUR-gyanta Bármilyen Átmenő Bármilyen Bármilyen 0,1 mm felett 0,3 mm felett Korlátozottan Korlátozottan 0,01 … 0,03 mm 0,05 … 0,1 mm Száraz (néhány anyagnál lehet nedves is) Ismert, nem tér vissza Ismert, nem tér vissza 8 °C 6 °C 50…450 mPas 100…400 mPas

48/165


Műgyanták tömítési céllal Jellemző Repedésfajta Repedésgeometria Repedésszélesség Repedés méretváltozása Repedés nedvességi állapota Repedés oka Legalacsonyabb hőmérséklet Viszkozitás

PUR/SPUR Hidrogél Bármilyen Bármilyen Bármilyen Igen finom is lehet 0,1 mm felett 0 Lehet Lehet nagy is Nedves, nyomás alatt is lehet ismert indifferens 6 °C 0 °C 50…450 mPas 1…50 mPas

5.2.1.2 Hidraulikusan kötő injektáló anyagok A hidraulikusan kötő injektáló anyagok cement alapúak. Az alkalmazott cement finomságától (maximális szemcseméretétől) függően cementpép vagy cementszuszpenzió injektálásáról beszélünk. Főleg nedves vagy vízzel telített, nem mozgó repedések javítására használható. Száraz repedések cementes injektálása nehézkes, mert a pórusos építőanyag a keverékből a vizet elvonja, s a kiváló cementszemcsék megakadályozzák az injektáló anyag finomabb repedésekbe való bejutását. A cementes rendszerek bedolgozása membrános szivattyúval vagy csavarszivattyúval történik. Összetétel: cement + víz + adalékszerek. Könnyen előkészíthető, már gyári keverékeket célszerű használni. A cementes anyagokat viszonylag nehéz homogénre keverni, könnyen csomósodik, különleges 10000/sec fordulatszámú keverő kell hozzá. Összefoglalva az alábbi táblázat mutatja ezen anyagok főbb tulajdonságait. Fontos mérőszáma az anyagoknak a viszkozitás. Helyszíni mérése szabványos mérőtölcsérrel történik, és itt az adott térfogatú anyag kifolyási idejét mérjük. A cement szuszpenziót injektálás közben állandóan keverni kell a kiülepedés elkerülése érdekében. Cementkötésű injektáló anyagok Jellemző Repedésfajta Repedésgeometria Repedésszélesség Repedés méretváltozása Repedés nedvességi állapota Szemcseméret

Cementpép Finomcement szuszpenzió Átmenő Átmenő, felületközeli Durva Finomeloszlású is 1,5…3 mm felett ca 200 m felett Az injektálás és a kötésidő alatt nem lehet Nedves vagy vízzel telített lehet 100 … 200 m ca. 10 m

5.2.1.3 Kiöntő anyagok Nagyobb repedések, üregek kitöltéséhez jó folyóképességű (alacsony viszkozitású) kiöntő anyagokat célszerű használni. A nagyobb anyagvastagság a kötőanyagban dús rendszerekben technológiai problémákat vethet fel, ilyenek:

49/165


  

reaktív műgyanták és cementes anyagok kötés közbeni zsugorodása, megrepedezése, a felületről való leválása reaktív műgyanták esetében az exoterm (hőt fejlesztő) kémiai reakció következtében túlmelegedés, ami akár a műgyanta felhabosodásához is vezethet a kötőanyagok magas ára miatt az eljárás gazdaságosságának megkérdőjelezése

A fenti problémák miatt a kiöntő anyagokat gyakran felszaporítják adalékanyagokkal (kvarcliszttel, tűzi szárított kvarchomokkal, frakcionált zúzalékkal vagy kaviccsal). A kötőanyag töltési fokát és az alkalmazott töltőanyag jellemzőit mindig az adott feladat és a körülmények határozzák meg. A kiöntőanyagok általában gyorsan kötő, kis viszkozitású anyagok. A tiszta kötőanyagú rendszereket öntőgyantáknak, a töltött rendszereket öntőhabarcsoknak nevezik. Jellemző kitöltőanyag kötőanyagok:  EP gyanták (kis repedéstágassághoz)  EP öntőhabarcsok (pl. csavarok, tüskék rögzítéséhez)  EP betonok (nagyobb vastagságú kitöltésekhez)  Cementpép  Cement szuszpenzió  PCC öntőhabarcsok (a cement zsugorodási hajlama miatt általában zsugorodáskompenzáló adalékkal, pl. hídsaruk alá, tőcsavarok kiöntéséhez)  Metakrilát gyanták (csak kis repedéstágasság esetén, mert a gyors reakció nagy hőfejlődéssel jár)  Metakrilát habarcsok (a metakrilát anyagok nagy előnye, hogy alacsony hőmérsékleten, akár –10 °C-ig megkötnek, és a kötésidejük igen rövid, így nagy forgalmú, exponált helyeken használhatók javításra). 5.2.2 Az injektálás segédanyagai és segédszerkezetei 5.2.2.1 Injektáló gépek A különböző injektálási technológiákhoz különféle célgépek állnak rendelkezésre. A főbb típuscsaládok:  egykomponenses injektáló gép A gép egy anyagtátoló tartályos. Ebbe kell betölteni az injektáló anyagot, mely lehet kétkomponenses reaktív anyag is, de kellően hosszú kötési idővel (általában néhány óra, vagy 1-2 műszak), hogy az anyag a gépbe ne kössön bele.  kétkomponenses injektáló gép A gépen általában két anyagtartály van a reaktív anyag két komponensének. A két komponenst külön csővezetéken juttatják el az injektáló fejig, ahol egy keverőszárban az anyagot homogenizálják. Leállás esetén csak a keverőszárat kell kiüríteni és kimosni, melyhez általában egy külön tartályban és külön csővezetéken mosófolyadékot tárolnak.  cementszuszpenzió injektáló gép A cementszuszpenziók injektálásához általában membrános vagy csavarszivattyús injektáló gépeket használnak. Az anyagtartályra keverőt építenek, hogy a szuszpenziót állandóan keverjék a kiülepedés veszélye miatt.

50/165


5.2.2.2 Injektáló csonkok (pakkerek) Az injektáló anyagok bejuttatásához segédszerkezetekre van szükség, ezek hozzá tartoznak az injektáló anyagokhoz. A megfelelő injektáló csonkot az injektáló anyaghoz, illetve az alkalmazandó technológiához kell megválasztani. Az injektáló csonkok alapvetően két nagy csoportba sorolhatók:  furatokba elhelyezett injektáló csonkok: a megfelelően elhelyezett furatokba beütéssel vagy csavarozással rögzíthetők az injektáló csonkok. A csavarozással (tömítéssel rendelkező) csonkok megfelelő technológia esetén visszanyerhetők és újra felhasználhatók.



ragasztott injektáló csonkok: a repedés felületére felragasztott injektáló csonkok

5.2.2.3 Injektáló tömlők Az injektáló tömlőket munkahézagokba lehet elhelyezni, végüket hozzáférhetővé kell tenni (pl. megfelelően elhelyezett dobozban), s a munkahézag esetleges átázásakor a tömlőn keresztül fúrás nélkül a megfelelő helyre lehet juttatni az injektáló anyagot. Az injektáló tömlők működését a szelepszerűen elhelyezett takarósávok biztosítják. Ha a tömlőkből az injektálást követően az injektáló anyagot eltávolítjuk (pl. vákuumozással), akkor többszöri injektálásra is fel lehet ezeket használni.

Egy munkahézagba elhelyezett injektáló tömlő működése: a bal oldali ábrán a betonozáskori állapot, a tömlő alján látható a munkahézag. A tömlő belső üregei nem telítődnek 51/165


cementlével, mert a trapéz alakú összenyomható csíkok szelepszerűen lezárják a csövet. A jobb oldali ábrán az injektálási fázis látható: a sötét színű injektáló anyag a nyomás hatására összenyomja a trapéz alakú összenyomható csíkokat, az injektáló anyag körbefolyja a tömlőt és kitölti a munkahézagot.

Példa egy injektáló tömlőre

Az injektáló tömlők elhelyezését és kivezetését mutató ábra. A szokásos tömlőhossz kb. 10 m. 5.2.2.4 Repedéslezáró habarcsok Az injektálási műveletekkor gyakran szükség van a repedések felületének lezárására, mert a fúrt vagy ragasztott injektáló csonkok környezetében a besajtolt injektáló anyag megkeresi a legkönnyebben járható utat, s a repedések felületén a felszínre kifolyva kárt (többletmunkát, többletköltséget) okoz:  anyagveszteséget  felületi szennyezést (a kifolyó műgyantát nehéz a felületről eltávolítani)  a repedés kitöltetlenségét (mivel nem épül fel kellően az injektálási nyomás, az injektáló anyag nem jut el mindenhova)

52/165


Ezért injektálás előtt a repedések felületét leggyakrabban le kell zárni megfelelő ragasztóval, illetve habarccsal. Célszerű ilyenkor a repedést kissé feltágítani (pl. vidiaszerszámos kaparással, V alakban) és a repedés környékét megtisztítani, hogy a habarcs tapadása megfelelő legyen. Repedéslezáró habarcsként műgyantaerősítésű finom cementhabarcsot (PCC ragasztó-hahabrcsot), vagy gyorsan kötő műgyanta ragasztót, illetve ragasztóhabarcsot célszerű használni (pl. epoxi vagy metakrilát kötőanyaggal). Az injektálás után a repedéslezáró habarcsot véséssel, csiszolással a felületről el kell távolítani.

5.3 A repedés- és hézagzárás egyéb módszerei A repedések, hézagok lezárására az injektálás mellett számos más módszer is rendelkezésre áll. A megfelelő lezáró anyag és technológia kiválasztását a támasztott követelmények és a körülmények határozzák meg. 5.3.1 Hézag átragasztás szalagokkal A lezárás elve, hogy nyúlóképes anyagból készült szalagot ragasztanak a változó tágasságú hézag két szélére, a megfelelően méretezett ragasztási szélesség biztos, elválásmentes befogást, a szalag rugalmassága pedig a hézag mozgásának áthidalását biztosítja. A szalag anyaga lehet természetes vagy műgumi, nyúlóképes hordozóra felvitt modifikált bitumen stb. A ragasztóanyagot úgy kell megválasztani, hogy az jól tapadjon a hézag széleihez is és a szalag anyagához is. A szalag toldását általában saját anyagában történő hegesztéssel oldják meg. Jellemző ragasztó-szalag párosítások: butikkaucsuk alapú öntapadós ragasztó – modifikált bitumenes szalag, szilikonkaucsuk paszta – szilikongumi szalag ragasztó, epoxigyanta ragasztó – szulfoklórozott polietilén szalag. A szalagos átragasztást általában az átragasztás irányából támadó nedvesség, folyékony közeg ellen használják, negatív irányból érkező igénybevételeknek csak kellő megtámasztással felelnek meg. Hézag átragasztás szalaggal:

Hézagzárás rugalmas tömítőanyaggal:

a –– szalagszélesség b –– ragasztási szélesség c –– nyúló szélesség

bevonat

hézagszél leragasztás

hézagkitöltő anyag hézagszél javítás

Primer PE habzsinór

kialakított hézag

megnyíló repedés

53/165


5.3.2 Hézagzárás rugalmas tömítőanyagokkal (szilikon, poliuretán, poliszulfid) A rugalmas tömítőanyagokkal történő hézaglezárást általában látszó mozgó hézagok esetében alkalmazzák, ahol a nedvességzárás-folyadékzárás mellett az esztétikai igény is felmerül. Egy rugalmas tömítőanyaggal készülő hézaglezárás egy hézagtömítő rendszer alkalmazását feltételezi, a tömítőanyagon kívül további anyagok használata szükséges, így:  szükség esetén a hézagélek javítása PC vagy PCC habarccsal  a hézagélek bevonatolása, illetve alapozása (primer)  a hézagba háttérkitöltő zsinór elhelyezése (zártcellás polietilén habzsinór)  a hézagélek leragasztása öntapadó ragasztószalaggal  a hézagkitöltő anyag (besajtolva és elsimítva) A kialakítandó hézagot méretezni kell, melynek során figyelembe kell venni a repedés megnyílásából és a kialakított hézag szélességéből adódó százalékos megnyúlási igényt. Ennek megfelelő kell legyen az alkalmazandó hézagkitöltő anyag. Példa egy hézag méretezésére: A várható mozgások figyelembe vétele:  A zsugorodás mértéke 0,3 – 0,6 mm/m (egyszeri)  A hőmozgás mértékének jellemzője: a lineáris hőtágulási együttható betonnál: 0,01 mm/m.°C (rendszeres) A hézaggal ellátandó szerkezet: 4 m hosszúságú betonszerkezet szabad térben Hőmérsékletváltozás: -20 °C… + 50 °C között Hőmérsékletváltozás 70 °C (átlag 15 °C + 35 °C) Hosszváltozás a hőmérsékletváltozás miatt: l = 4 m * 70 °C * 0,01 mm/m°C = 2,8 mm Hosszváltozás a zsugorodás miatt: 4 m * 0,3 mm/m = 1,2 mm: Összesen = 4 mm, azaz =  2 mm Hézagtömítő anyag igénybevehetősége (műszaki adatlapból) (nem azonos a szakadási nyúlással!): pl. + 20 % Ha tehát + 20 % = + 2 mm akkor 100 %, azaz a tervezett hézagszélesség = 10 mm Hézaggeometria: 10 mm szélesség esetén: 10 mm hézagtömítő anyag mélység Várható anyagfelhasználás: 100 cm3/méter hézag + kb. 10 % veszteség = 110 cm3 hézagkitöltő anyag/méter hézag A leggyakrabban használt hézagkitöltő anyagok (elasztikus = rugalmas, plasztoelasztikus = képlékenyen rugalmas):  szilikonkaucsuk (elasztikus)  poliuretán elasztomer (elasztikus)  akril kittek (plasztoelasztikus)  poliszulfid (elasztikus) A hézagkitöltő anyagokkal kialakítandó hézag geometriájának tervezésekor figyelembe kell venni a háttérkitöltő zsinór számára szükséges helyet is. A kitöltő anyagra vonatkoztatott hézagszélesség:hézagmélység kb. 1-2 cm szélességig 1:1, 2 cm felett 3:2. Túl széles (általában 3 cm feletti) hézagot már nem célszerű ezzel a módszerrel kialakítani, mert a hézag nagyon sérülékeny lesz. 54/165


5.3.3 Hézagzárás hézagba beszorított duzzadó szalagokkal vagy kittekkel A mozgó és nedvességet, vizet vezető hézagok lezárására az építéskémiai ipar nedvesség hatására duzzadó szalagokat és tömítőanyagokat fejlesztett ki. Ezek az anyagok elsztomerek (gumik, elasztikus-rugalmas anyagok), melyek hidrofil oldalláncokat tartalmaznak, melyek a velük érintkező vizet felveszik és térfogatuk megnövekedik. Ezekkel a duzzadó szalagokkal munkahézagokat, csőáttöréseket és egyéb nedvességet vezető helyeket lehet lezárni. Alapfeltétel, hogy a duzzadó szalag az alapfelületre teljes mértékben felfeküdjön (hogy ne tudja a víz megkerülni), s hogy zárt helyre legyen beszorítva (hogy a duzzadás során oda tudjon feszülni a szerkezeti anyagokhoz, s ezáltal biztosítsa a vízzárást). A tökéletes felfekvést mechanikai rögzítéssel (bilincsekkel, szegezéssel) vagy ugyancsak duzzadó ragasztó kittel biztosítják. A duzzadó szalag beszorítását bebetonozással, támasztó szerkezetekkel kell elérni.

A duzzadó szalag elhelyezését mutató ábra betonozási munkahézagoknál és utólagosan kibetonozandó csőáttörésnél 5.3.4 Hézagzárás beütött, beszorított profilokkal Ha a hézagokat csak időlegesen és kisebb nyomáson éri nedvesség (pl. homlokzatokon a csapóeső), akkor a megfelelő geometriával kialakított hézagba előregyártott (extrudált) rugalmas műanyag vagy gumi profilt lehet beszorítani. Ezek a rugalmas profilok rászorulnak a hézagszélekre és folytonos feszítőerő révén biztosítják a hézag tartós lezárását. Igen sokféle anyagú és formájú termék érhető el az építőanyag piacon. Példaként itt két beüthető hézaglezáró profil képét mutatjuk padló és fal (homlokzat) hézagok lezárására:

Különféle mozgásokat felvenni képes hézagba üthető sokcellás gumiprofil 55/165


Homlokzati hézagba beüthető rugalmas szárnyas profilok 5.3.5 Hézaglezáró szerkezetekkel (dilatációs szerkezetek) Ha a lezárandó hézagoknak komolyabb mechanikai igénybevételnek kell ellenállniuk (pl. parkolóház födém hézag lezárás, ahol rendszeres gépjárműforgalom van), akkor hézaglezáró szerkezeteket alkalmaznak. A hézaglezáró szerkezetek (dilatációs szerkezetek) az egyes szerkezetei elemek közötti mozgást képesek felvenni úgy, hogy a hézag két szélébe szilárdan bekötött taróelemek között mozgást felvenni képes, ugyanakkor vízzáró elem helyezkedik el szilárd mechanikai rögzítéssel. Ez a köztes elem, lehet valamilyen rugalmas anyag (gumiprofil, fémbetéttel erősített gumiszerkezet), vagy lehet teherhordó fésűs, rácsos, csúszólemezes stb. fémszerkezet, mely alatt vízzáró rugalmas réteg biztosítja a tömörséget. A hézaglezáró szerkezetek esetében a vízzáróságot egyrészt a hézag két oldalába beépített befogó szerkezetek tömör beépítése, másrészt a rugalmas elem vízzáró befogása biztosítja. A rugalmas elemnek természetesen mind a mozgásra, mind az egyéb igénybevételekre méretezettnek kell lennie. A rugalmas elem anyaga legtöbbször szintetikus kaucsuk (műgumi), ritkán egyéb speciális rugalmas műanyag. A várható mozgás nagyságától, a mechanikai terheléstől, a hézag geometriájától függően igen széles a skála: a több tonnás dilatációs szerkezetektől a könnyű hézagzáró szerkezetekig minden megtalálható. Példaként az alábbi ábrán látható egy ilyen közepes igénybevételre tervezett hézaglezáró szerkezet:

A hézag két oldalán csavarral rögzített, vízzáró műgyantahabarcsba ágyazott fém tartószerkezet. A fémprofilok között a szabad mozgást biztosító bordás műgumi profil vízzáró mechanikai rögzítéssel. 56/165


Hivatkozások Balázs Gy.: Beton- és vasbeton szerkezetek védelme, javítása és megerősítése I., II. Gummi-Plast Schield GmbH.: Joint Cover and T-Profiles MSZ EN 1504-5: Termékek és rendszerek a betonszerkezetek védelmére és javítására, 5. rész: Betoninjektálás Pethő, Cs., Seidl, Á.: Praktische Lösungen bei der nachträglichen Abdichtung von Budapester New York Palace, WTA News 2005/1. Seidl, Á.: Injektálási technológiák hídszerkezeteken, Közúti és Mélyépítési Szemle 54.2004. 10.sz. TPH Technische Produkte Handelsgesellschaft GmbH.: Informationen Bauwerksabdichtung No.6. WTA Merkblatt: Mauwerksinjektion gegen kapillare Feuchtigkeit WTA Merkblatt: Nachträgliches Abdichten erdberührter Bauteile

57/165


6. Szálerősítésű polimerek (FRP) betonszerkezetekhez (Dr. Borosnyói Adorján)

6.1 Bevezetés A szálerősítésű polimerek (FRP) építőmérnöki alkalmazása rendkívüli mértékben felgyorsult az elmúlt 15-20 évben. Ennek egyik oka, hogy a szálerősítésű polimerek (FRP) anyagárai és előállítási költségei egyre alacsonyabbak évről-évre, illetve, hogy a szálerősítésű polimerek (FRP) számos nagyon kedvező tulajdonsággal rendelkeznek a hagyományos építőanyagokkal összehasonlítva. A leggyakrabban említett kedvező tulajdonságok, elsősorban az acéllal összehasonlítva a következők:  teljes mértékű ellenállás az elektrokémiai korrózióval szemben  magas szilárdság-önsúly arány  kiemelkedő tartósság a környezeti hatások legszélesebb skáláján  könnyű és gyors építhetőség, flexibilitás  nem mágnesezhetőség, amely lehetővé teszi a felhasználást széles spektrumon, ahol ez szükséges  kiemelkedő fáradási szilárdság, különösen a szénszálas anyagok esetén  kis hőtágulás és kis hővezető képesség  a mechanikai jellemzők változtatásának széles körű lehetősége különféle szálak és ágyazóanyagok kombinációjával Ezek az előnyök a szálerősítésű polimer (FRP) anyagok egyre szélesebb körű elterjedését eredményezik az építőiparban is, és a következő alapvető szerkezeti alkalmazások kifejlődéséhez vezettek:  szálerősítésű polimer (FRP) rudak bebetonozott betétként történő felhasználása nemfeszített vagy feszített betonszerkezetek építéséhez  szálerősítésű polimer (FRP) szalagok, lemezek, szövetek és betétek külsőleg, utólagosan elhelyezett felhasználása szerkezetek megerősítéséhez kő, beton, vasbeton, feszített vasbeton, acél, fa és falazott szerkezetekhez  szálerősítésű polimer (FRP) elemek és panelek felhasználása teljes egészében kompozit, vagy beton-kompozit és acél-kompozit öszvér szerkezetekhez Azt is fontos felismerni, hogy az előnyös tulajdonságaik mellett a szálerősítésű polimer (FRP) anyagoknak számos hátrányos tulajdonsága is van, amely az építőmérnöki alkalmazások erőteljesebb terjedésének az akadályát jelentik. Ezek között elsőként a magasabb anyagárat szokták említeni, amely valóban többszöröse a szerkezeti acél árának. Azonban ha egy szerkezet teljes élettartam költségeit vizsgáljuk meg, akkor a szálerősítésű polimer (FRP) anyagok kiemelkedő tartósságának köszönhetően gyakran ezekkel az anyagokkal érhető el a leggazdaságosabb megoldás. Ezen kívül további megtakarítások érhetők el a gyorsabb építés lehetőségén keresztül, amely a kifejezetten idő-kritikus munkák esetén jelentkezik, elsősorban javításoknál és megerősítéseknél, ahol az üzemszünet vagy az ennek következtében létrejövő termeléskiesés költségei nagyon jelentősek lehetnek. További hátrányként lehet megemlíteni, hogy a szálerősítésű polimer (FRP) anyagok hosszú távú tartósságáról viszonylag kevés vizsgálati adat áll rendelkezésre, hogy a szálerősítésű polimer (FRP) anyagok tűzállósága rendszerint gyenge, illetve, hogy az általános építőmérnöki gyakorlat számára a szálerősítésű polimer (FRP) anyagok viszonylag különlegesnek és kevéssé elfogadottnak számítanak. A tapasztalatok bővülésével azonban egyes, jelenleg még hátrányosnak ítélhető tulajdonságok átértékelhetők lesznek a jövőben.

58/165


Az építőmérnöki gyakorlatban a betonszerkezetekhez felhasznált szálerősítésű polimer (FRP) betétek párhuzamosan futó (unidirectional), nagy szilárdságú szálakkal készülnek. A betétek húzószilárdsága általában jelentősen meghaladja az acélbetétek húzószilárdságát, emellett azonban a szakadási nyúlásuk az acélé alatt marad. Ezek a különbségek a keresztmetszetek méretezésére jelentős hatást gyakorolnak. Az 1990-es évektől kezdve egyre nagyobb számban használunk föl az építőmérnöki gyakorlatban szálerősítésű polimer (FRP) anyagokat szerkezetek javítása és megerősítése során. A szálerősítésű polimer (FRP) anyagokat kő, falazott szerkezetek, beton, vasbeton, feszített vasbeton, acél, alumínium és fa anyagú szerkezetek javítása és megerősítése során alkalmazták sikerrel. A szálerősítésű polimer (FRP) anyagok felhasználhatók vasbeton szerkezetek hajlítási-, nyírási- és nyomási teherbírásának a növelésére. A megerősítés során a szálerősítésű polimer (FRP) szalagokat vagy szövetet a betonfelületre ragasztjuk (EBR = Externally Bonded Reinforcement), esetleg utólagosan kialakított horonyba ragasztva (NSMR = Near Surface Mounted Reinforcement) helyezzük el. Hajlítási megerősítés A szálerősítésű polimer (FRP) anyagok gerendák alsó és oldalsó felületeire, illetve lemezek alsó felületére rögzíthetők ragasztóanyaggal. A szálerősítésű polimer (FRP) anyag a szerkezet húzási vasalásának kapacitását kiegészítve növeli a hajlítási teherbírást. A szálerősítésű polimer (FRP) anyagokat úgy helyezzük el, hogy a szálak a gerenda tengelyével párhuzamosan, illetve a lemez megerősíteni kívánt teherhordási irányával párhuzamosan helyezkedjenek el. Egy gerenda megerősítés sémáját mutatja a 6.1.1 ábra. Lemez megerősítését láthatjuk a 6.1.2 ábrán. A

A Elevation

Section A-A

6.1.1 ábra. Vasbeton gerenda hajlítási megerősítésének sémája szálerősítésű polimer (FRP) szalag alkalmazása esetén

6.1.2 ábra. Vasbeton lemez hajlítási megerősítésének példája szálerősítésű polimer (FRP) szalag alkalmazása esetén

59/165


Nyírási megerősítés A szálerősítésű polimer (FRP) anyagokat gerendák oldalsó felületein (esetenként az alsó és oldalsó felületeket is érintve, U-alakban) helyezzük el, illetve pillérek esetén a kengyelek vonalát követve, vagy a teljes felületet befedően alkalmazzuk. A szálerősítésű polimer (FRP) anyag a szerkezet nyírási vasalásának, kengyeleinek kapacitását kiegészítve növeli a nyírási teherbírást. Egy gerenda megerősítés sémáját mutatja a 6.1.3 ábra. Megvalósult alkalmazási példát láthatunk a 6.1.4 ábrán.

A

A Elevation

Section A-A

6.1.3 ábra. Vasbeton gerenda nyírási megerősítésének sémája szálerősítésű polimer (FRP) szövet alkalmazása esetén

6.1.4 ábra. Vasbeton hídgerenda nyírási megerősítésének példája szálerősítésű polimer (FRP) szövet alkalmazása esetén

A

A Section A-A Elevation

6.1.5 ábra. Vasbeton oszlop megerősítésének sémája szálerősítésű polimer (FRP) szövet alkalmazása esetén

60/165


6.1.6 ábra. Vasbeton oszlop megerősítése szálerősítésű polimer (FRP) szövettel Oszlopok megerősítése Vasbeton oszlopok megerősítése során abroncsszerűen helyezzük el a szálerősítésű polimer (FRP) szalagokat vagy szövetet a betonfelületen. Terhelés közben a nyomott szerkezetek keresztirányban méretnövekedést szenvednek el, amelyet az elhelyezett szálerősítésű polimer (FRP) anyagok gátolnak. A gátolt alakváltozás miatt a betonban háromtengelyű (triaxiális) feszültségállapot alakul ki. A teherbírás növekedése ezzel valósul meg, hiszen a beton háromtengelyű feszültségállapotban számottevően nagyobb nyomószilárdsággal és nagyságrendekkel nagyobb törési összenyomódással bír, mint egytengelyű feszültségállapot esetén. Oszlopok megerősítése során a szálak iránya az esetek többségében merőleges a szerkezeti elem tengelyének irányára. Egy oszlop megerősítés sémáját mutatja a 6.1.5 ábra. Megvalósult alkalmazási példát láthatunk a 6.1.6 ábrán.

6.1.7 ábra. Szerkezetek utólagos megerősítésére használt szálerősítésű polimer (FRP) szalagok és szövetek A vasbeton szerkezetek utólagos külső megerősítéshez használt szálerősítésű polimer (FRP) anyagok alapvetően két csoportba sorolhatók: 1) a kikeményített ágyazóanyaggal rendelkező, pultrúziós eljárással gyártott rudak, profilok, lemezek és szalagok, illetve 2) a flexibilis, előimpregnált vagy impregnálatlan szövetek. A pultrúziós gyártási eljárás lényegét a későbbiekben tárgyaljuk. A beépítési módokban közös, hogy mind a pultrudált termékek, mind pedig a szövetek epoxigyanta ragasztóanyaggal kerülnek rögzítésre a megerősítendő szerkezet felületén. Szövetek esetén mind a szálak közötti teret kitöltő, mind pedig a megerősítendő szerkezethez való tapadást biztosítandó ágyazóanyag mennyiséget a helyszínen, a beépítés során kell felhordani. A 6.1.7 ábrán jellegzetes szalag és szövet mintákat mutatunk be.

61/165


A szerkezetek megerősítésére használt szálerősítésű polimer (FRP) anyagok beépítésének a módszereit alapvetően két csoportba, a nedves eljárások (wet lay-up) és a száraz eljárások (dry lay-up) közé szokás sorolni. A nedves eljárás során, jellegzetesen szálerősítésű polimer (FRP) szövet felhasználása történik, amikor is a szálanyagot a beépítés helyszínén telítik epoxigyantával, és a gyantával telített „nedves” állapotában történik a beépítés. A felhordott epoxigyanta szolgál egyben a szálerősítésű polimer (FRP) ágyazóanyagául, illetve a megerősítési rendszer ragasztóanyagául. A száraz eljárás során a kikeményített, szálerősítésű polimer (FRP) szalagokat, vagy a „száraz”, előimpregnált szövetet epoxigyanta ragasztóanyaggal ragasztják a megerősítendő szerkezet felületére. Ez utóbbi eljárás hasonlít leginkább az évtizedekkel korábban kifejlesztett, felragasztott acél szalagos megerősítésre, és részben hordozza is annak azt a hibáját, hogy sokkal kevésbé flexibilisen működő megerősítési módszer, mint a szálerősítésű polimer (FRP) szövetek felhordása nedves eljárással. Ki kell hangsúlyozni, hogy a szálerősítésű polimer (FRP) anyagokkal történő megerősítések jellegzetesen tapadás-érzékeny alkalmazások, ami azt jelenti, hogy a megerősítendő szerkezet felületének fogadóképesnek kell lennie a szálerősítésű polimer (FRP) anyagok epoxigyantával történő rögzítéséhez. A későbbiekben erre a kérdésre még visszatérünk, illetve e helyütt utalunk a Szerkezetek diagnosztikája c. tantárgyra, amelyben a megerősítendő felületek tulajdonságainak vizsgálatával is foglalkozunk. A korróziós károsodás következtében a vasbeton és feszített vasbeton szerkezetek valamint hidak állapota romlik, fenntartási költségeik nőnek (pl. a több mint 5000 magyarországi közúti vasbeton hídon mintegy 1 millió négyzetméternyi felület van kitéve a sózás okozta korróziós veszélynek). Napjainkban sem várható a tartóssági problémák számának csökkenése, hiszen igen sok olyan szerkezetünk van, amely a tartóssági problémák jelentkezése előtti időszakban épült és ezért tartóssági szempontból most éri el élettartama határát. A korróziós károsodás megelőzésének és a korróziós károsodások kijavításának igen ígéretes megoldását nyújthatja a nem korrodáló (vagyis elektrolitikus korróziónak teljesen ellenálló) szálerősítésű polimer (FRP) anyagok alkalmazása.

6.2

A szálerősítésű polimer (FRP) anyagokról általában

6.2.1

Nem acél anyagú betétek alkalmazásának története

Betonacélok helyett üvegszálas polimer betétek betonszerkezetekben való alkalmazásának gondolata már az ötvenes évek végén felmerült egyes kutatókban, sőt gerendákkal is végeztek kísérleteket (Rubinsky – Rubinsky, 1959). Úttörő próbálkozásaik azonban kudarcba fulladtak, mivel akkoriban még nem tudtak előállítani kedvező felületi kialakítású, a betonnal kellőképpen együttdolgozó betéteket. Nagy szünet után a hetvenes években került újra előtérbe a szálerősítésű polimerek alkalmazása. A kutatások főleg üvegszálas polimerekre irányultak. A legelső nem acél anyagú feszítőbetétet a német Bayer AG hozta forgalomba Polystal® HLV (Hochleistung-Verbundstab) márkanéven. A cég komplett feszítési rendszert fejlesztett ki üvegszálas betétek alkalmazásával és lehorgonyzó elemekkel. A nyolcvanas években világszerte próbálkoztak az üvegszálas polimer betétek hídépítési alkalmazásával, így Svédországban, a volt Szovjetunióban, Japánban, az Egyesült Államokban és más országokban is épültek ilyen hídszerkezetek. A széleskörű elterjedésnek az a tény vetett végül

62/165


gátat, hogy a hagyományos üvegszál nem alkáliálló, így a beton erősen lúgos kémhatása roncsolja. A nyolcvanas években széleskörű kutatások folytak egyéb szálak előállítására is. A munka eredményeként – melynek élén Japán járt – aramid (aromás poliamid) és szénszálak alkalmazására is lehetőség nyílt. Ezeket kezdetben csak az űrkutatásban és a hadiiparban alkalmazták (pl. golyóálló mellények), a fokozatos árcsökkenés azonban lehetővé tette a polgári repülőgépipari, az autógyártási, a szórakoztató elektronikai (pl. hangfalak), a sportszergyártási (pl. sílécek, teniszütők), majd mérnöki alkalmazásokat. Betonszerkezetekben való alkalmazásra Japánban állítottak elő elsőként aramidszálas (pl. FiBRA®, Technora®) és szénszálas (pl. CFCC®, Leadline®) betéteket, és a mai napig itt készülnek a legnagyobb mennyiségben. Európában többek között Hollandiában és Olaszországban találhatunk aramidszálas (Arapree®) és szénszálas (Carbon-Stress®, Carbopree®) betéteket előállító cégeket. E két utóbbi száltípus elsődleges előnye, hogy nagy szilárdságuk mellett kedvező a fáradási szilárdságuk is és elektrolitikus korrózióval szemben teljesen ellenállóak. A szénszálak teljes mértékben, míg az aramidszálak a mérnöki szerkezetek használati élettartama alatt alkáliállónak tekinthetők.

6.2.2

FRP betétek építőmérnöki alkalmazási példái

Több mint száz azon hídszerkezetek száma a világon, amelyekben szálerősítésű polimer (FRP) betéteket építettek be acélbetétek részleges vagy teljes körű helyettesítésére. Ezek egy része gyalogos- ill. kerékpárhíd, másik része közúti ill. autópálya híd, de találhatunk köztük magas vezetésű elektromágneses lebegtetésű vasút hídgerendáit is. Ezen hídszerkezetek kevés kivételtől eltekintve Japánban és Észak-Amerikában találhatók, az európai alkalmazások száma tíz körüli (Tokyo Rope, 1993; Taerwe, 1995; El-Badry, 1996; JCI, 1997; Crivelli, 1998; JPCEA, 1998). Az eddigi tapasztalatok kedvezőek. Megemlítünk néhány jól ismert szerkezeti alkalmazást szálerősítésű polimer (FRP) betétek alkalmazásával híd és egyéb építmények köréből: 1) feszített beton hídszerkezetek: utófeszített, szabad szereléses felszerkezet (Tokyo Rope, 1993), utófeszített szalaghíd (Hata, 1998), előregyártott, előfeszített gerendahíd (Rizkalla, Tadros, 1994; Rizkalla et al., 1998), monolit felszerkezet (FRP International, 1998), külső és belső kábelvezetéses utófeszített szerkezet (Karbhari, 1998), iránytöréssel vezetett feszítőbetétek (Grace, Abdel, 1998) stb. 2) nem feszített hídszerkezetek: többtámaszú, folytatólagos felszerkezet (Thippeswamy et al., 1998), acélbetét nélküli betonlemezes felszerkezet együttdolgoztató elemei (Bakht, Mufti, 1998), 3) ferde kábeles hidak tartókábelei (Meier, Meier, 1996; Taerwe, Matthys, 1999), 4) feszített síkfödémek (Tokyo Rope, 1993), 5) előregyártott, előfeszített távvezeték-oszlopok (FRP International, 2000), 6) utófeszített faszerkezetek (Tokyo Rope, 1993), 7) tengeri létesítmények (pl. olajfúrótornyok) (FRP International, 1998), 8) kőzet- és talajhorgonyok (Tokyo Rope, 1993; ISIS, 2000), 9) lövellt beton (Fukuyama, 1999), 10) hálós erősítés tégla és kőszerkezetekhez (AKZO, 1992), 11) együttdolgoztató csapok (ISIS, 2000), 12) “intelligens szerkezetek” (FRP betétek, beépített száloptikai érzékelőkkel) (Liu, 2000).

63/165


6.2.3

FRP betétek előállítása

FRP betétek előállítására legáltalánosabb az ún. pultrúziós eljárás (6.2.1 ábra). A művelet első lépéseként a tekercselt, vagy egyéb módon szállított szálak orientációját, párhuzamosságát biztosítják, majd a köteget autoklávon húzzák át, melyben a szálak megkapják az ágyazóanyag bevonatot, s amelyben előírt hőmérsékleten és nyomás alatt a szilárdítás is megtörténik. Az így létrejött, javarészt sima felületű rudak együttdolgozása azonban nem lenne megfelelő, sőt a szálak tökéletes védelme sem biztosított, ezért a méretre vágást megelőzően a betétek különféle felületkezelésben részesülnek. A tökéletesebb együttdolgozás eléréséhez legegyszerűbb a sima felületű betéteket homokszórással ellátni: speciális, nagy szilárdságú ragasztóval finom homok, szilikát vagy alumíniumoxid szemcséket erősíteni a felületre. A kísérletek szerint a legjobb eredmény parapolifenilénszulfid (PPS) ragasztóval érhető el, amely egy hőre lágyuló anyag (Tepfers, 1998). Másik módja az együttdolgozás javításának felületi egyenetlenségek vagy profilok létrehozása a betétek felületén. Ezek lehetnek spirális alakban feltekercselt és préseléssel felragasztott FRP kötegek, amelyeknek menetemelkedése lehet egy, vagy két irányú, vagy speciális nagy szilárdságú kerámiából készített ismétlődő profilok, amelyek a betonacélokhoz hasonló külsőt kölcsönöznek az FRP betétnek. Az így kialakított bordák és bemetsződések jobban nekifeszülnek a környező betonnak, és az együttdolgozási mechanizmust javítják, a kapcsolati szilárdságot növelik. Az utólag elhelyezett rétegeknél mindig az a legfontosabb szempont, hogy a megfelelő erőátadódás biztosítva legyen a külső és belső rétegek között, és hogy lehetőleg ne alakuljon ki a bordák elnyíródásával vagy leszakadásával járó tönkremenetel. Homokszórással is kerülnek forgalomba bordás betétek. További lehetőség acél feszítőpászmákkal megegyező kialakítású FRP pászmák létrehozása, illetve FRP kötegekből fonott betétek előállítása. Az acél és nem acél anyagú betétek kialakításának összehasonlítását a 6.2.1 táblázatban láthatjuk. Autokláv Húzó hengerek

Késztermék

Tekercselt szálanyag Ágyazóanyag fürdő

6.2.1 ábra.

FRP betétek pultrúziós gyártása (Rostásy, 1996)

64/165


6.2.1 táblázat. Acél és nem acél anyagú betétek kialakításának összehasonlítása acél anyagú betétek nem feszített betét - sima - bordás háló feszített betét - sima huzal - rovátkolt huzal - pászma - bordás feszítőrúd - kábel

nem acél anyagú (FRP) betétek feszített és nem feszített betét (homokszórással vagy anélkül) - sima - bordás (ragasztott bordázattal) - spirális FRP köteg - a műgyanta felület hullámos kialakítással - pászma - fonott kábel háló szalag szövet

A 6.2.2 és 6.2.3 ábrán, illetve a későbbiek során megjelenő márkanevek és gyártók a következők: Aragrid® Arapree® Aslan® Bri-Ten® Carbon-Stress® Carbopree® C-BAR® CFCC® ComBAR® Eurocrete® FiBRA® Glasspree® Isorod® Leadline® NACC® Nefmac® Parafil® Polystal® Technora®

AFRP AFRP GFRP CFRP CFRP CFRP GFRP CFRP GFRP GFRP AFRP GFRP GFRP CFRP CFRP CFRP AFRP GFRP AFRP

háló (AKZO, Hollandia) feszítőbetét (Sireg, Olaszország) betét (Hughes Brothers, USA) feszítőbetét (Bridon, UK) feszítőbetét (NEDRI, Hollandia) feszítőbetét (Sireg, Olaszország) betét (Marshall, USA) feszítőpászma (Tokyo Rope, Japán) betét (Schöck, Németország) betét (Eurocrete projekt, EU) feszítőbetét (Mitsui, Japán) feszítőbetét (Sireg, Olaszország) betét (Pultrall, Kanada) feszítőbetét (Mitsubishi, Japán) feszítőpászma (Nippon-Suzuki, Japán) háló (Nefcom-Shimizu-Asahi, Japán) kötél (Linear Composites, UK) feszítőbetét (Bayer, Németország) feszítőbetét (Teijin, Japán)

Az FRP betétek rendkívül változatos felületi kialakítási lehetőségeit szemlélteti a 6.2.2 és 6.2.3 ábra. Megfigyelhetjük, hogy a hagyományos acélbetétekéhez képest egészen különleges és új felületi kialakítású betétek is megjelentek. A továbbiakban az FRP betétekre a nemzetközi szóhasználatban elterjedt megnevezéseket is alkalmazzuk, azaz: - üvegszál-erősítésű polimer: - aramidszál-erősítésű polimer: - szénszál-erősítésű polimer:

GFRP – Glass Fibre Reinforced Polymer AFRP – Aramid Fibre Reinforced Polymer CFRP – Carbon Fibre Reinforced Polymer

65/165


Aslan®

Isorod®

6.2.2 ábra

Két GFRP betét felületi kialakítása

a) b) c) d) e)

f) g) h) i) j)

k)

6.2.3 ábra a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k)

FRP betétek felületi kialakítási lehetőségei

héteres CFRP pászma (CFCC®) héteres CFRP pászma (NACC®) rovátkolt felületű CFRP betét (Leadline®) homokszórt, bordás CFRP betét (Carbopree®) homokszórt felületű CFRP betét (Carbon-Stress®) héteres AFRP pászma (Arapree®) homokszórt felületű AFRP betét (Arapree®) periodikus bordázatú AFRP betét (Technora®) fonott AFRP betét (FiBRA®) négyszög keresztmetszetű AFRP betét (Arapree®) periodikus bordázatú GFRP betét (C-Bar®)

66/165


6.2.4. FRP betétek alapanyagai Az FRP betétek nagy, általában 60-65 V% száltartalommal rendelkező szálerősítésű polimerek. Szilárdsághordozó részeik a szálak, melyeket polimer gyanta ágyazóanyagba ágyazunk. A szálak közül legelterjedtebbek az üveg, aramid és szénszálak. Az ágyazóanyag legtöbbször epoxigyanta.

6.2.4.1 Ágyazóanyagok

feszültség (MPa)

Ágyazóanyagként leggyakrabban hőre keményedő műanyagokat alkalmazunk az alacsonyabb ár és a megfelelőbb feldolgozhatóság miatt (Cosenza et al., 1996). Legnagyobb mennyiségben epoxigyantákat használunk, melyeknek előnye, hogy nagy szilárdságú, viszonylag jó hőállóságú szálerősített termékek állíthatók elő. Ezeken kívül még telítetlen poliésztergyantákat, vinilészter, modifikált uretán és polietilén alapú ragasztóanyagokat is alkalmazhatunk, melyek szintén alacsonyabb hőmérsékleten, kis nyomáson is kikeményíthetők, a szálakhoz jól tapadnak, azonban hőállóságuk csak 200oC-ig növelhető (Palotás - Balázs, 1980). Az ágyazóanyag szerepe nem csupán a szálak összetartása és a terhek elosztása a szálak között (különös tekintettel az esetlegesen elszakadt szálak terheinek továbbítására), hanem azok fizikai védelme is a keresztirányú hatásoktól (mivel a szálak keresztirányban sokkal kisebb szilárdságúak mint hosszirányban, a molekulák tengelyirányú orientációja miatt) (Tepfers, 1997). A betonszerkezetek használati hőmérsékletének tartományában (-30…+60 °C) az FRP betétek ágyazóanyagai üvegszerű állapotban vannak, dermedési/folyási hőmérsékletük 120…140 °C feletti. Üvegszerű állapotban rövid idejű terhelésre közel lineárisan rugalmasan, míg tartós terhelésre viszkoelasztikusan viselkednek. Két ágyazóanyag mechanikai jellemzőit a 6.2.2 táblázatban hasonlíthatjuk össze. Jellegzetes  ábrákat mutat a 6.2.4 ábra.

nagy modulus közepes modulus

kis modulus

fajlagos összenyomódás (%)

6.2.4 ábra Ágyazóanyagok  ábrái (fib, 2007)

67/165


6.2.2. táblázat. Ágyazóanyagok tulajdonságai (Palotás - Balázs, 1980). 2

Szakítószilárdság (N/mm ) Rug.modulus (kN/mm2) Sűrűség (kN/m3) Lin.hőtág. e.h. (10-6 1/oC) Tartós hőállóság (oC)

Poliésztergyanta 450…800 20…30 12…14 110…140 100

Epoxigyanta 600…800 30…40 12…13 60…95 110…130

6.2.5 ábra Üvegszálak gyártási folyamata (Piggott, 1980)

68/165


6.2.4.2. Üvegszál Az üvegszálak kifejlesztésétől, az elmúlt évszázad 30-as éveinek végétől kezdve az üvegszálerősítésű polimer szerkezetek, tartószerkezetek fejlődése ugrásszerű volt, egészen a hetvenes évekig. A 70-es évek olajválsága a polimerek árát megnövelte, ezzel gátját képezve a tömeges alkalmazásnak, azonban a fejlesztések ma is tovább folynak. Nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy az üvegszálakhoz leggyakrabban alkalmazott ún. E-üveg (boroszilikátüveg) nem alkáliálló, így a beton erősen lúgos kémhatásának (pH 12-13,5) külön védelem nélkül ellenállni nem képes. Lúgos környezetben az alkáliálló, ún. AR (Alkaline Resistant), nagy ZrO2 tartalmú üvegszálak károsodása sem teljesen kizárt (Tannous – Saadatmanesh, 1999). Emiatt az elmúlt évszázad 90-es éveiben némileg visszaesett az üvegszálak betétként való alkalmazása, és felerősödött az alkáliálló szálak kutatása. Az üvegszálakat 10 m körüli átmérővel gyártják a következő módon (Piggott, 1980). A különböző adalékokat tartalmazó üvegolvadékot platina lemezre folyatják, melyen több száz darab, 1-2 mm átmérőjű furat van, majd az egész köteget megfogva azt olyan sebességgel húzzák, hogy a kívánt, 10 m körüli szálátmérő kialakuljon. Ügyelni kell, hogy a szálak egymással ne érintkezzenek, mert az károsodásukhoz vezet. Ezt bevonószerekkel érik el. Végül a kész szálakat feltekercselik szállításhoz. A folyamatot a 6.2.5 ábrán szemléltetjük sematikusan. A 6.2.6 ábrán félkész gyártási alapanyagok, roving (előfonat) és yarn (fonat) láthatók. Üvegszálak mechanikai jellemzőit a 6.2.3. táblázatban foglaltuk össze.

6.2.6.a ábra Üvegszál roving (előfonat) (Piggott, 1980)

6.2.6.b ábra Üvegszál yarn (fonat) (Piggott, 1980)

6.2.4.3. Aramidszál Az üvegszálas polimer betétekkel szerzett első tapasztalatokkal egy időben, az elmúlt évszázad 80-as éveinek elején kezdődött egyéb szintetikus szálak kifejlesztése a vegyiparban. Ezek egyike az aramid, amely krisztallitos szerves vegyületből, aromás poliamidból áll. Az aramid egyike a legnagyobb húzószilárdsággal és rugalmassági modulussal rendelkező mesterséges szerves szálaknak, így mérnöki alkalmazásra kiválóan alkalmas. Gyártási

69/165


eljárására (PPD, illetve TDC monomerek polikondenzációja) jelen tankönyv keretein belül nem térünk ki (AKZO, 1990; Gerritse, 1993). A monomerek és az aramidlánc kémiai képleteit a 6.2.7 ábrán adjuk meg.

PPD: aramidlánc: NH2

H 2N

O —N

TDC:

N— C H

H O Cl — C

O C— n

O C — Cl

6.2.7 ábra Aramidlánc és monomerjei (Gerritse, 1993) Erős savak és lúgok idővel az aramid másodlagos kötéseit roncsolják, ami az anyag degradálódását (= polimerizációs fok csökkenése a mechanikai tulajdonságok romlása mellett) eredményezheti. Ezért úgy fogalmazhatunk, hogy az aramidszál-erősítésű polimer (AFRP) betétek a betonszerkezetek használati időtartama alatt alkáliállónak tekinthetők. Aramid szálak 10-12 m körüli szálátmérővel és különböző rugalmassági modulussal készülnek. Rugalmassági modulusuk szerint megkülönböztethetünk normál rugalmasságú NM (E = 70-80 kN/mm2), közepes rugalmasságú IM (E = 90-100 kN/mm2) és nagy rugalmasságú HM (E = 120-180 kN/mm2) aramidokat. A különböző gyártók aramid termékeiket eltérő márkanévvel hozzák forgalomba (pl. Kevlar® - DuPont; Twaron® - AKZO; Technora® - Teijin, stb.). Aramidszálak mechanikai jellemzőit a 6.2.3. táblázatban láthatjuk.

6.2.4.4 Szénszál A CFRP betétekben használatos szálakat nagy molekulájú polimerből: poli-akril-nitrilből (PAN), vagy kőszénkátrányból (coal tar pitch) állítják elő (Rostásy, 1996; Tepfers, 1998). A PAN alapú szálak drágábbak és a grafitosítási eljárásuk is idő-, és energiaigényesebb, de jobb minőségű terméket eredményez. A kőszénkátrány alapú szálak szilárdsági tulajdonságai általában mintegy 20%-kal maradnak alatta a PAN alapú szálakénak. A szál maga szintén kompozit, ugyanis nem a teljes széntartalom van jelen grafitkristályok formájában. Minél nagyobb a grafitkristályok aránya, annál nagyobb a szál rugalmassági modulusa. A grafitkristályokat gyártás közben nyújtják, így a molekulalánc párhuzamos lesz a szál tengelyének irányával, majd ezt a helyzetet rögzítik vegyi folyamatokkal. Bár a szén és grafit elnevezést egyaránt használhatjuk a szálak megnevezésére, van azonban köztük különbség, mégpedig az anyag homogenitásában. Ugyanis, amíg a szénszálak 93…95% széntartalmúak, addig a grafitszálak széntartalma többnyire meghaladja a 99%-ot. Nagy szilárdságú szénszálas polimer szerkezeti elemek általában grafitszálak felhasználásával készülnek. A legnagyobb különbség a két termék hőkezelésében jelentkezik, ugyanis ha a

70/165


szálakat magasabb hőmérsékleten nyújtják, a rugalmassági modulus növelhető. A szénszálak grafitosítási eljárása 1300°C-on történik, a grafitszálaké pedig 2000…3000°C-on. A grafitszálak nagy szilárdságúak és rugalmassági modulusúak. Grafitszál sematikus belső szerkezetét érzékelteti a 6.2.8 ábra (Piggott, 1980). Ennek megfelelően kétféle típus különíthető el a szálak között: a kisebb rugalmassági modulussal de nagy szilárdsággal rendelkező HT-típus (HT= high tension) és a nagyobb rugalmassági modulusú, de kisebb szilárdságú HM-típus (HM= high modulus). A szilárdság és a rugalmassági modulus egymással fordított arányban állnak. Szénszálak mechanikai jellemzőit a 6.2.3. táblázatban láthatjuk.

6.2.8 ábra Grafitszál sematikus belső szerkezete (Piggott, 1980) 6.2.3. táblázat. Szálak mechanikai tulajdonságai üvegszál

aramidszál

szénszál

Húzószilárdság (N/mm2)

2300 – 4500

3000 – 3600

2300 – 7000

Rug. modulus (kN/mm2)

72 – 87

63 – 180

150 – 800

Szakadónyúlás (%)

2,6 – 5,7

2,0 – 4,1

0,3 – 1,8

Poisson tényező (-)

0,22

0,33 – 0,38

0,35

Hosszir.

5 – 15

-6,0 … -2,0

-0,9 … +0,7

Keresztir.

5 – 15

55 – 60

8 – 18

24 – 25

13,9 – 17,8

17 – 19

Lineáris hőt. e.h. (1/°C)

Térf. súly (kN/m3)

71/165


6.3

FRP betétek mechanikai tulajdonságai

Az FRP betétek – többek között inhomogenitásuk következtében – az acélbetétektől eltérően viselkednek. Az inhomogenitás nem csupán abból adódik, hogy az alapanyag szálerősítésű, hanem abból is, hogy a gyártás során a betétek külső rétegét általában ágyazóanyagban sokkal gazdagabbá teszik a különböző felületkezelési eljárások (homokszórás, bordák elhelyezése, stb.) miatt, vagy egyszerűen csak a szálak védelme érdekében. Így kialakul a betétekben egy belső, nagyobb száltartalommal rendelkező, tengelyirányban teherhordó mag. A betétek hosszirányú tulajdonságait alapvetően a szálak határozzák meg, míg a keresztirányú viselkedést az ágyazóanyag is jelentősen befolyásolja. Az FRP betétek hossz- és keresztirányú jellemzői ezért lényegesen eltérnek egymástól.

6.3.1 Húzószilárdság és rugalmassági modulus Az FRP betétek húzószilárdsága és rugalmassági modulusa a szálak típusától, a szálak hossztengellyel bezárt szögétől, a száltartalomtól (általában 60 V% körüli), a keresztmetszet alakjától és az ágyazóanyag típusától függnek. A húzószilárdságot ezen kívül még a betétek átmérője is befolyásolja (acélbetéteknél ilyen hatás nincs), mert a keresztmetszet közepén lévő szálak kevésbé vesznek részt a teherviselésben, mint a keresztmetszet széleihez közelebb esők. A betétek felületén, a betonról átadódó nyíróerő hatására az egyes elemi szálakban eltérő alakváltozás (feszültség) ébred az ágyazóanyag alakváltozóképessége miatt (6.3.1 ábra, Achillides, 1998). Így nagyobb átmérőjű betétek fajlagos húzószilárdsága kisebb (vagyis a szilárdság növekedése csökkenő tendenciájú az átmérő növelésével) (Calado et al., 1996). átlag

max

min

FRP

6.3.1 ábra FRP betét hosszirányú feszültségeinek eloszlása a keresztmetszeten belül (hosszirányban torzított lépték) (Achillides, 1998) Az FRP betéteknek igen lényeges tulajdonsága, hogy statikus terhelés hatására lineárisan rugalmasan viselkednek egészen a tönkremenetelig, majd ridegen szakadnak. Folyási jelenséget nem mutatnak. FRP betétek húzószilárdsága 700-3500 N/mm2, rugalmassági modulusa 38000-300000 N/mm2, szakadónyúlása 0,8-4,0% tartományban lehet. A 6.3.2 ábrán különböző FRP betétek és egy acél feszítőpászma jellegzetes  –  diagramjait láthatjuk (Leadline® és Carbon-Stress® szénszálas betétek, FiBRA® aramidszálas betét, C-BAR® üvegszálas betét). Már itt fontosnak tartjuk megemlíteni, hogy szálerősítésű polimerek esetén minden anyagjellemző (szilárdság, rugalmassági modulus, Poisson-tényező, stb.) irányfüggő, azaz a vizsgált irány és a szálak tengelye által bezárt szög függvénye. Az anyagjellemzők általában szélső értékeket vesznek fel a szálak tengelyével párhuzamosan ( = 0°), illetve a szálak tengelyére merőlegesen ( = 90°) vizsgálva. Üvegszál-erősítésű polimer (GFRP) példáján mutatjuk be a szálak tengelyével bezárt szögnek a hatását a húzószilárdságra (6.3.3 ábra), a

72/165


Poisson-tényezőre (6.3.4 ábra) és a rugalmassági modulusra (6.3.5 ábra) (Piggott, 1980). Megfigyelhetjük, hogy a húzószilárdság és a rugalmassági modulus maximális értékét a szálakkal párhuzamosan kapjuk meg, míg legkisebb értéküket a szálakra merőlegesen veszik fel. Ezzel szemben a Poisson-tényező maximális értékét kb.  = 45° esetén érhetjük el, míg a két szélső esetben( = 0° és  = 90°) az alkalmazott szál Poisson-tényezője dominál.

3000

σ, N/mm2

Carbon-Stress® Leadline®

2000 acél feszítőbetét FiBRA®

1000 C-BAR® ε, %

0 0

1

2

3

6.3.2 ábra FRP betétek  –  ábrái

x, N/mm2 1000 x

x



300

100

30 30

60

, °

90

6.3.3 ábra. A szálak tengelyével bezárt szög hatása a húzószilárdságra (x) (Piggott, 1980)

73/165


0,6

xy

0,4

0,2

30

60

,°

90

6.3.4 ábra. A szálak tengelyével bezárt szög hatása a Poisson-tényezőre (Piggott, 1980)

Ex,kN/mm2 Gxy,kN/mm2 30

20

10 Ex Gxy 30

60

,°

90

6.3.5 ábra. A szálak tengelyével bezárt szög hatása a rugalmassági modulusra (Piggott, 1980)

6.3.6 ábra.

A szálak kihajlása nyomófeszültség hatására, sematikus ábra

74/165


6.3.2 Nyomószilárdság FRP betétek nyomószilárdságának meghatározására kevesebb vizsgálat irányult. Az eredmények alapján FRP betétek nyomószilárdsága a húzószilárdság 80%-aként vehető fel (Tepfers, 1998). A szilárdságcsökkenés magyarázata a szálak lokális kihajlása nyomófeszültség hatására, az ágyazóanyag csekély keresztirányú alakváltozást gátló képessége miatt (6.3.6 ábra).

6.3.3 Reológiai jellemzők A hagyományos acél feszítőbetétek esetén is fontos információ a tervezőmérnök számára a feszítőbetétek viselkedése tartós terhelés alatt, mivel a feszítési feszültségveszteségek időben lezajló része döntően ezekből származik (pl. relaxációs és kúszási veszteségek). Az FRP betétek reológiai jellemzői általában eltérnek a hagyományos acél feszítőbetétekétől.

6.3.3.1 Kúszás A CFRP betétek kúszásának tárgyalásánál meg kell különböztetnünk a kúszásból származó fajlagos alakváltozás többletet, illetve a betétek tartós terhelés alatt mérhető húzószilárdságát. CFCC® szénszálas polimer feszítőpászmák kúszásvizsgálatában a névleges rövid idejű húzószilárdság 65%-ával, 22°C-on 1000 óráig terhelt betéteken 0,0068% fajlagos alakváltozás volt tapasztalható (Tokyo Rope, 1993). A vizsgálat eredményét a 6.3.7 ábrán láthatjuk. Aramid-, üveg- és szénszálas betétek kúszását tanulmányozta egy japán kutatócsoport (Uomoto et al., 1995; Yamaguchi et al., 1997). Vizsgálataikhoz 6 mm átmérőjű, 55 V% száltartalmú betéteket használtak. Eredményeik a 6.3.8 ábrán láthatók. Az általuk 100 éves tartós terhelés után becsült húzószilárdság CFRP betétek esetén a rövid idejű húzószilárdság 91,1%-a. Másik japán kutatócsoport eredményeit láthatjuk a 6.3.9 ábrán (Machida, 1997). 0,02

f (%)

0,01

0,0068 %

Idő (óra) 1

10

100

6.3.7 ábra. CFCC® betétek kúszása (Tokyo Rope, 1993)

75/165

1000

Húzószilárdság (N/mm2)


Idő (óra)

Fajlagos húzószilárdság (%)

6.3.8 ábra. FRP betétek tartós szilárdsága (Yamaguchi et al., 1997)

Idő (óra)

6.3.9 ábra. FRP betétek tartós szilárdsága (Machida, 1997)

6.3.3.2 Relaxáció CFCC® feszítőpászmák (17 12,5 mm) különböző hőmérsékleten és teherszinten végzett relaxációs vizsgálatának eredményei a következők (Tokyo Rope, 1993): A rövid idejű húzószilárdság 50%, 65% és 80%-ával terhelt elemeket szobahőmérsékleten (22°C), illetve 10 órán át 80°C-on tartás után szintén szobahőmérsékletre hűtve vizsgálták. Szobahőmérsékleten a 100 órás relaxáció 0,48%, 0,84% és 1,04% volt a növekvő teherszintnek megfelelően, míg a hőkezelésnek alávetett elemeken az 50 órás relaxáció 2,76%, 3,5% és 3,59% volt. Összehasonlításként azonos keresztmetszeti kialakítású acél feszítőpászmák relaxációja szobahőmérsékleten 7,47%-ra, hőkezelés után 15,08%-ra adódott (80%-os teherszinten). Ugyanilyen, 17 12,5 mm CFCC® feszítőpászmák 1000, illetve 3000 órás relaxációs vizsgálatát végezte egy másik japán kutatócsoport 20°C, 40°C és 60°C-on (Ando et al., 1997). A teherszint a rövid idejű húzószilárdság 70%-a volt. A kísérleti eredmények a 6.3.10 ábrán

76/165


Relaxáció (%)

láthatók. A regressziós egyenesek alapján az 50 évre becsült relaxáció 2,0% 20°C-on, 3,1% 40°C-on és 2,8% 60°C-on.

Idő (óra)

6.3.10 ábra. FRP betétek relaxációja (Ando et al., 1997)

6.3.4 Fáradás

Feszültségamplitúdó  (N/mm2)

A tapasztalat eddig azt mutatja, hogy a CFRP betétek fáradási szilárdsága nagyobb, mint az acél feszítőbetéteké. CFCC® szénszálas polimer feszítőpászmákon végzett fárasztó vizsgálat eredményeit láthatjuk a 6.3.11 ábrán, acél feszítőpászmák eredményeivel összehasonlítva (Tokyo Rope, 1993). A vizsgálatban 2 millió teherismétlést hajtottak végre növekvő átlagos feszültség és feszültségamplitúdó mellett. Az ábra vízszintes tengelyén az átlagos feszültség, függőleges tengelyén a feszültség-amplitúdó van feltüntetve. Világos jel mutatja a 2 millió ismétlés után el nem szakadt kísérleti elemet, míg a szakadt elemeket sötét jel jelöli. Látható, hogy a CFCC® pászmák fáradási tönkremenetele több mint 300 N/mm2 feszültség-amplitúdó mellett következik be, háromszorosan meghaladva a kontroll acélpászmák eredményét. 2 millió ismétlés nincs tönkremenetel tönkremenetel

Átlagos feszültség m (N/mm2)

6.3.11 ábra. CFCC® betétek fáradása (Tokyo Rope, 1993)

77/165


A korábban már említett japán kutatócsoport aramid-, üveg- és szénszálas betétek fáradását is tanulmányozta (Uomoto et al., 1995). Vizsgálataikhoz 6 mm átmérőjű, 55 V% száltartalmú betéteket használtak. A kutatók úgy találták, hogy a szénszálas betétek fáradási tönkremenetelét az alkalmazott feszültség-amplitúdó nem befolyásolja. A tönkremenetel 4 millió teherismétlés után következett be. További eredményeket láthatunk a 6.3.12 ábrán FRP betétek Wöhler-görbéire vonatkozóan (Machida, 1997). Maximális feszültség (N/mm2)

min/max R=0,1

Idő (óra)

6.3.12 ábra. FRP betétek Wöhler görbéi (Machida, 1997)

6.3.5 Tűzállóság

Húzószilárdság (kN/mm2)

Szénszálak húzószilárdsága kb. 800oC -ig változatlan (6.3.13 ábra) (Rostásy, 1996), azonban az ágyazóanyagok hőállósága mindössze max. 200oC, ezért tűzállósági igény esetén az FRP betétek fokozottabb tűzvédelemre szorulnak, mint az acélbetétek, ami pl. a betonfedés növelésével érhető el.

szénszál HM

S-üvegszál

aramidszál

E-üvegszál Hőmérséklet (°C)

6.3.13 ábra. Szálak hőállósága (Rostásy, 1996)

78/165


6.3.6 Vízzel szembeni viselkedés Az aramid szálakban a víz reverzibilis módon megváltoztatja a hidrogénkötéseket, melynek következtében a teherbírás időszakosan csökkenhet akár 10%-kal is. Kiszáradás után azonban visszaáll az eredeti állapot. Hasonló hatással lehet a víz az ágyazóanyag polimerláncaira is, de a poliészter és epoxigyanták vízzel szemben ellenállóak (Palotás – Balázs, 1980). Szénszálak nem képesek vízfelvételre.

6.3.7 Agresszív közeg hatása

Húzószilárdság (kgf/mm2)

Erősen lúgos (pH 13) és erősen savas (pH 1) környezet CFCC® pászmákon károsodást semmilyen formában nem idézett elő (Tokyo Rope, 1993). Az alkalmazott oldatok NaOH, Ca(OH)2, KOH, illetve HCl és H2SO4 vizes oldatai voltak. Három évig tengervíz hatásának kitett CFCC® pászmákon infravörös spektroszkópiával végzett vizsgálatok sem mutattak ki semmilyen káros elváltozást függetlenül attól, hogy a pászmák tartósan vízbe merítve, vagy a hullámzónában voltak-e. Japán kutatók vizsgálatainak eredményét láthatjuk a 6.3.14 ábrán, melyben FRP betétek húzószilárdságának változását figyelték erősen lúgos környezetben (Uomoto et al., 1995, 1999). Figyeljük meg, hogy a szénszálas betétek szilárdsága egyáltalán nem csökken. A betétek keresztmetszeteinek mikroszkópi képét a 6.3.15 ábrán mutatjuk be. A lúgos környezet hatására károsodott részek sötéttel jelölve. AFRP

CFRP

NaOH oldatban 1 mol/l; 2 mol/l

GFRP

Idő (nap)

6.3.14 ábra. FRP betétek alkáliállósága (Uomoto, 1999)

1 mol/l NaOH

7 nap

GFRP

30 nap

AFRP

2 mol/l NaOH

60 nap

120 nap

6.3.15 ábra. FRP betétek alkáliaállósága (Uomoto et al., 1995)

79/165

CFRP

2 mol/l NaOH

60 nap


6.4 FRP betétes betonelemek duktilitása 6.4.1 Problémafelvetés Az FRP betétek egyik hátránya, hogy lineárisan rugalmas – rideg anyagok szakadásuk előtt képlékeny alakváltozást nem mutatnak. Az FRP betétes betonelemek duktilitása ezért kisebb, mint az acélbetétekkel készült elemeké. Biztonsági okokból acélbetétekre általában előírják, hogy a maximális teherre (tehát tönkremenetelkor) a betétek nyúlása haladja meg a 3%-ot, ami FRP betéteknél - bár rugalmassági modulusuk általában az acélbetétekénél kisebb - szintén nem biztosítható minden esetben. Ezért a kutatók sokrétű kísérleteket végeznek, maguknak az FRP betétek duktilitásának, illetve FRP betétes szerkezetek duktilitásának növelésére. A hagyományos vasbeton szerkezet tervezésekor általában törekszünk arra, hogy teherbírási határállapotban az acélbetétek folyási állapotba kerüljenek (c<c0). A terhek további emelésekor nagy lehajlások jönnek létre (amit a repedéstágasság növekedése kísér), és a nyomott betonzóna igénybevételei nőnek. Végül a beton morzsolódása során bekövetkezik a tönkremenetel. Ilyen jellegű tönkremenetelkor a szerkezet duktilis viselkedése biztosított. A túlvasalt vasbeton keresztmetszetek (cc0) nagy merevségűek és szilárdságúak, de tönkremenetelük rideg. A rideg tönkremenetel lehetőleg kerülendő. FRP betétes szerkezetek nyomatéki teherbírásának számítására és a számítások kísérleti elemeken történő ellenőrzésére a szakirodalomban számos adat áll rendelkezésre. Amint azt az előző fejezetekben bemutattuk, FRP betétes keresztmetszetek nyomatéki teherbírása a hagyományos elmélettel elvégezhető. Szükség van azonban a hagyományos duktilitási paraméterek újraértelmezésére is, mivel képlékeny jellegű viselkedésre csak a nyomott betonöv morzsolódása miatt számíthatunk.

6.4.2 Duktilitás és lehajlás Általában a duktilitási indexek (duktilitási faktorok) a görbület(), szögelfordulás() vagy lehajlás() függvényében vannak megadva (Naaman-Jeong, 1995):      u   u   u y y y ahol az u indexek a tönkremenetelre, míg az y indexek a folyás kezdetére utalnak. Mivel az FRP betétek nem folynak meg, ezek a duktilitási indexek nem használhatók. Ezért a duktilitás mértékét a tartóban felhalmozódó rugalmas- és képlékeny alakváltozási energia arányával kell kifejezni, ami az alábbi módon történhet (Naaman-Jeong,1995): Lineárisan rugalmas - tökéletesen képlékeny anyag esetén a lehajlással kifejezett duktilitási index az alábbi alakra hozható (6.4.1 ábra):   1A    u   tot  1  y 2  A el  ahol y lehajlás a folyáshatár elérésekor u lehajlás tönkremenetelkor Atot a teljes alakváltozási energia, azaz a teljes erő-elmozdulás ábra alatti terület Ael a rugalmas alakváltozási energia, azaz a tehermentesítési erő-elmozdulás görbe alatti terület

80/165

BMEEOEMAT4 Rekonstrukció anyagai F Ael Atot

y

u



6.4.1 ábra. Duktilitási index értelmezése rugalmas-képlékeny anyag esetén (Naamang – Jeong, 1995) A 6.4.2 ábrán Naaman és Jeong (1995) kísérleti eredményei láthatók CFCC® és hagyományos acélbetét teher-lehajlás összefüggésére. Az ábrán megfigyelhetjük, hogy a CFRP betétben nagy rugalmas alakváltozási energia halmozódik fel, ami tehermentesítéskor felszabadul, így a maradó alakváltozás közel zérus (tehát hiába nagy a lehajlás, a szorosan vett duktilitási követelmény nem lenne kielégítve).

6.4.2 ábra. Alakváltozási energia felhalmozódása (Naamang – Jeong, 1995)

6.4.3 FRP betétek kvázi-duktilis viselkedésének kialakítása FRP betétes szerkezetek (a vasbeton szerkezetek duktilitásához hasonló) kvázi-duktilis viselkedésének elérésére számos javaslat született. Kvázi-duktilis viselkedés alatt itt azt értjük, hogy egy bizonyos teher fölött a betét, vagy a szerkezeti elem speciális kialakításának köszönhetően teherbírás-csökkenéssel nem járó alakváltozás növekmény kialakulására van mód. Az egyik ilyen kutatási irányvonal speciális, a duktilis viselkedést közelítő tulajdonságú FRP betétek kifejlesztése. A számos kutatási eredmény közül jelen fejezetben hármat mutatunk be.

6.4.3.1 Kialakítási lehetőségek FRP betétek kvázi-duktilis viselkedését alapvetően két különböző alapelv alapján lehet elérni: 1. Hibrid betétekkel, azaz kevert szálak alkalmazásával, melynek során két vagy több különböző szál megfelelő arányú keverékével érhetünk el bilineáris, vagy más

81/165


nemlineáris - ábrát. A jelenség lényege, hogy a nagyobb rugalmassági modulusú és kisebb szakadónyúlású szálak alakváltozó képességének kimerülése után csak a kisebb rugalmassági modulusú, de nagyobb szakadónyúlású szálak dolgoznak (Tamužs et al., 1994). 2. Fonott betétekkel, melynek során a szál-rovingok hossztengelyük körüli megcsavarásával, illetve textiltechnológiai szövési eljárással tesszük lehetővé a betétek jelentős alakváltozását. Fontos eleme, hogy terheléskor először a szálak kiegyenesedése, rendeződése történik meg (Tamužs – Tepfers, 1995).

6.4.3.2 Hibrid FRP betétek Svéd kutatók hibrid szálas betétek kialakításával próbálták az FRP betétek duktilitását fokozni (Tamužs et al., 1994). A hibrid szálas betéteknél különböző arányban alkalmaztak szén-, aramid- és üvegszálakat, majd összehasonlították eredményeiket nem hibrid betétek eredményeivel (a betétek száltartalma 40-60% volt). Úgy találták, hogy a szálak megfelelő arányú keverékével előállíthatók kedvező szilárdságú és szakadónyúlású betétek. Sajnos a kutatóknak nem sikerült a szálak elégségesen homogén keverékét létrehozniuk, a keresztmetszetekben a különböző típusú szálak kötegekben voltak jelen. Így amikor a nagyobb rugalmassági modulusú (pl. szénszál) kötegek alakváltozóképessége kimerült, a szomszédos kisebb rugalmassági modulusú (pl. aramidszál) kötegekben olyan nagy többletfeszültség keletkezett, hogy azok is tönkrementek. Ez a hatás egy, az elemi szálak szintjén történő keveréssel kiküszöbölhető lenne. Érdekes megállapításuk volt az ún."negative hybrid strength effect" jelentőségének bemutatása (ezt kb. a hibrid szálak negatív erősítő hatásának fordíthatunk). A jelenség abból áll, hogy ha egy hibrid betétben a nagyobb szilárdságú alkotóból kevesebb, mint 50% található, akkor a betét szilárdsága még a kisebb szilárdságú alkotóelem szilárdságát sem éri el (pl. 25% szénszál (fpu=1970 MPa) + 75% aramidszál (fpu=1450 MPa) = hibrid betét (fpu=1280 Mpa)). A 6.4.3 ábrán láthatjuk a hibrid betétek - diagramjait. Megfigyelhető, hogy a nemlinearitás mellet a húzószilárdság és a szakadónyúlás is befolyásolható.

6.4.3 ábra. Hibrid FRP betétek - diagramjai (Tamuzs et al., 1994)

6.4.3.3 Fonott FRP betétek Más típusú, duktilis viselkedést célzó betétet találunk Tamužs és Tepfers (1995) cikkében. A speciális, mindössze 25% száltartalmú betét felépítését a 6.4.4 ábrán láthatjuk vázlatosan.

82/165


Hatékonysága a középső, porózus poliuretánhab magból fakad, amelynek bevonata egy bizonyos tehernél eltörik, és a külső fonatok a hab összenyomásával nagymértékű nyúlásra és elfordulásra képesek. A betétek - ábráit a 6.4.5 ábrán mellékeljük.

6.4.4 ábra. Fonott FRP betét összenyomható maggal (Tamuzs – Tepfers, 1995)

6.4.5 ábra. Fonott FRP betétek - diagramjai (Tamuzs – Tepfers, 1995)

6.4.3.4 Fonott hibrid FRP betétek A továbbiakban bemutatásra kerülő kísérleteknél a kutatók a fent bemutatott két módszert egyesítették FRP betéteik kvázi-duktilis viselkedésének elérésére (Somboonsong et al., 1998). A betétek kialakítását a 6.4.6 ábrán láthatjuk. A betétekben négy megkülönböztetett feladatú köteget definiáltak, melyek az alábbiak:  Magköteg (core yarn)  kellő kezdeti merevség biztosítása  Irányköteg (lay-in yarn)  duktilitás biztosítása  Fonatköteg (braiding yarn)  duktilitás biztosítása  Bordaköteg (rib yarn)  betonnal együttdolgozás biztosítása

83/165


A 1.

A

2.

A-A metszet

3.

3.

4.

4. 1.

2.

6.4.6 ábra. Fonott hibrid FRP betétek kialakítása (Somboonsong et al., 1998) A 6.4.6 ábrán látható sematikus felépítés alapján láthatjuk be, a különböző hatások érvényesülését a betét tulajdonságainak kialakításában. A nagyobbtól a kisebb felé haladva ezek a következők: 1. Maghatás (core effect): a magköteg adja a betét kívánt kezdeti nagy rugalmasságát, a külső kötegek pedig a megfelelő alakváltozó-képességet biztosítják a kvázi-folyási állapotban (azaz amikor a magköteg már elszakadt). Ezért a magköteg rugalmassági modulusának minél nagyobbnak kell lennie, míg a külső kötegeknek nagy szakadónyúlással kell rendelkezniük. A magköteg és a külső kötegek térfogatarányát a keverékek szabályával kell meghatározni (a kötegek szilárdságának függvényében) úgy, hogy a magköteg szakadásakor a megmaradó részek az igénybevételeket viselni tudják, az alábbi képlet szerint: VH 

f HU

f LU  f LU   H

ahol VH fLU fHU H

a nagyobb szakadónyúlású szálak térfogataránya a kisebb szakadónyúlású szálak húzószilárdsága a nagyobb szakadónyúlású szálak húzószilárdsága a nagyobb szakadónyúlású szálakban ébredő feszültség a kisebb szakadónyúlású szálak elszakadásának pillanatában

Minél nagyobb a magköteg szálainak rugalmassági modulusa, annál nagyobb a betét kezdeti rugalmassági modulusa. A magköteg alakváltozó képességének kimerülésekor a külső kötegek veszik fel a terheket. Mivel ezek rugalmassági modulusa kisebb mint a magkötegé,

84/165


ezért a - ábrában ezen a ponton ugrás tapasztalható (6.4.7 ábra). Az ugrás mértéke csökkenthető a magköteg rugalmassági modulusának vagy térfogatarányának csökkentésével, illetve a külső kötegek rugalmassági modulusának vagy térfogatarányának növelésével. A vizsgálatok szerint a hibrid fonott betét szakadónyúlását nem befolyásolja a magköteg és a külső kötegek térfogatarányának változtatása. 

a) magköteg alakváltozó képességének kimerülése b) külső kötegek kiegyenesedése; kvázi duktilis alakváltozás

a)

b)



6.4.7 ábra. Fonott hibrid FRP betétek elméleti - ábrája (Harris et al., 1998) 2. Fonatok hossztengellyel bezárt szögének hatása (braid angle effect), amely két hatásból, a kötegek hullámosságának hatásából (crimp effect) és a kötegek csavartságának hatásából (yarn twist effect,) tevődik össze. 2.1. Magköteg csavartságának hatása. Minél jobban megcsavartak a magköteg szálai a köteg hossztengelye körül, annál kisebb a fonott hibrid betét kezdeti rugalmassági modulusa és szakadónyúlása. 2.2. Külső kötegek csavartságának hatása. Minél jobban megcsavartak a külső kötegek, annál kisebb a fonott hibrid betét kezdeti rugalmassági modulusa viszont annál nagyobb szakadónyúlása. A kezdeti rugalmassági modulusra gyakorolt hatás kevésbé jelentős mint az előbbi esetben. 2.3. Kötegek hullámosságának hatása. Minél nagyobb a külső kötegek hullámossága, annál kisebb a fonott hibrid betét kezdeti rugalmassági modulusa és annál nagyobb szakadónyúlása. 2.4. Fonatok hossztengellyel bezárt szögének hatása. Minél nagyobb a külső kötegeknek a betét hossztengelyével bezárt szöge, annál kisebb a fonott hibrid betét kezdeti rugalmassági modulusa és annál nagyobb szakadónyúlása. Természetesen a kötegek geometriai irányváltoztatásai nem növelhetők egy bizonyos mértéken túl (ez már a szilárdság drasztikus csökkenésével és rideg tönkremenetellel jár), ezért a kutatók fentiek figyelembe vételével állapították meg az optimális kialakítást. 3. Iránykötegek hatása. Az iránykötegek legfontosabb feladata, hogy csökkentsék az ugrást a - ábrában a magköteg elszakadásának pillanatában, átvéve annak terheit. További terheléskor (az iránykötegek nyúlóképességének kimerülése után) már csak a fonatkötegek dolgoznak, melyek térfogatarányára a fenti összefüggést kell alkalmazni.

85/165


4. Szálhúzás hatása (fiber drawing effect): ez már anyagtulajdonság, a szálak gyártás közbeni alakváltozásának és a szálorientációnak a hatása. Nehezen számszerűsíthető a számítási modellben, leginkább a szilárdsági jellemzők szórásának figyelembe vételével lehetséges. A 6.4.8 és 6.4.9 ábrán láthatjuk egy 3mm és egy 5mm karbon-aramid hibrid betét - diagramjait acélbetétekkel összehasonlítva. A betétek magkötege szénszálas polimer (ffu = 1896 N/mm2, Ef = 379,3 kN/mm2, fu = 0,5 %), külső kötegei aramidszálas polimer volt (ffu = 3600 N/mm2, Ef = 124,0 kN/mm2, fu = 2,48 %). Megfigyelhetjük, hogy a speciális kialakításnak köszönhetően a diagramok nem lineárisan rugalmasak. A magköteg szakadónyúlásának elérésekor ugrás tapasztalható az ábrában, majd a külső kötegek eltérő rugalmassági modulusa miatt a diagram kisebb meredekséggel folytatódik. A további ugrások a külső kötegek fokozatos elszakadását jelzik. Figyeljük meg, hogy ez egyre nagyobb teher mellett következik be. A tönkremenetel végül a külső kötegek szakadónyúlása közelében következik be. Összességében a betétek viselkedése kedvező, a növekvő alakváltozások ugyanis a teljes szerkezet igénybevétel-átrendeződését lehetővé teszik. 300

Feszültség [MPa]

S40 acélbetét

200

3mm karbon/aramid hibrid FRP

100

0 0

0,5

1

1,5

2

2,5

Fajlagos nyúlás [%]

6.4.8 ábra. 3 mm hibrid betétek - ábrái (Somboonsong et al., 1998) 800

S60 acélbetét

Feszültség [MPa]

600

400

5mm karbon/aramid hibrid FRP 200

0 0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Fajlagos nyúlás [%]

6.4.9

mm hibrid betétek - ábrái (Somboonsong et al., 1998)

86/165

3,5

ábra. 5


6.4.4 FRP betétes betonelemek kvázi-duktilis viselkedésének kialakítása 6.4.4.1 Fonott hibrid betétek beépítése

Teher (kN)

Az előző fejezetben részletesen bemutatott fonott hibrid betétekkel a kutatók betonelemeken is végeztek vizsgálatokat (Harris et al., 1998). Az 50100 mm keresztmetszetű, 1,2 m hosszú betongerendákat harmadpontos terheléssel vizsgálták, rögzítve a terhelőerő – támaszközépi lehajlás és nyomaték – görbület ábrákat. A kísérleti elemek alulvasaltak, valamint azonos nyomatéki teherbírásúak voltak és a tervezett tönkremenetel a nyomott betonöv morzsolódása volt. A kísérleti terhelőerő – támaszközépi lehajlás diagramokat a 6.4.10 ábrán mellékelem. Megfigyelhető a fonott hibrid FRP betétekkel készült betonelemek kedvező, kvázi-duktilis, a vasbeton elemét követő viselkedése, amely hosszú kvázi-folyási szakasszal és nagy maradó alakváltozásokkal, így kellő energiaelnyelő/disszipáló képességgel bír. A kutatók kiszámították a korábban definiált duktilitási faktorokat is, amely (acél) = 4,3 és (FRP) = 3,6 (átlagérték) értékekre adódott.

acélbetéttel fonott hibrid FRP betéttel

Lehajlás (mm) 6.4.10 ábra. Kísérleti terhelőerő – lehajlás ábrák (Harris et al., 1998) Az eredmények igen előremutatóak, azonban jelenlegi fázisukban továbbra sem jelentenek megoldást az FRP betéttel feszített elemek hasonló problémáira. Ugyanis a 6.4.8 és 6.4.9 ábrákat szemlélve megállapítható, hogy ezen speciális betétek húzószilárdsága és kvázifolyáshatára nem elégséges a feszítéskor elvárható nagyságú feszítési feszültség bevitelére. Az elv továbbfejlesztésével azonban remélhetőleg ez is megoldhatóvá válik majd.

87/165


6.4.4.2 A betétek együttdolgozásának befolyásolása Angol kutatók két eltérő felületi kialakítású FRP betétes és egy hagyományos acélbetétes előfeszített gerendát vizsgáltak – kutatásaik célja a betétek beágyazási hosszának illetve tapadásának hatása a szerkezeti elem duktilitására (Lees – Burgoyne, 1996). A betétek kezdeti feszítési feszültsége húzószilárdságuk 70%-a volt, a hatásos feszítési feszültség pedig a húzószilárdság 66%-a. A hajlítókísérletben a terheket harmadpontosan adták át. A gerendák duktilitását úgy akarták fokozni, hogy a betétek együttdolgozási hosszait változtatták hosszuk mentén. Tapasztalataik az alábbiak: Teljes hosszon együttdolgozó betétek: A teljes hosszon együttdolgozó FRP betétekkel készült tartók repedésképe jó volt, a tönkremenetel a betétek elszakadásával jött létre. A gerendák nyomatéki teherbírása nagynak bizonyult, de az ehhez tartozó görbület alacsony szinten maradt. Nem együttdolgozó betétek: Készültek olyan próbatestek, melyekben a betétek a gerendák középső szakaszán nem voltak együttdolgozóvá téve, így a betétek ezen a hosszon - csúszóbetétként - el tudtak mozdulni a környező betonhoz képest. Egyéb tekintetben a gerendák kialakítását nem változtatták. Ezeknél az elemeknél a teherbírás csökkent, a tartóközépi lehajlás nőtt, és a hajlítási repedések eloszlása is jelentősen megváltozott. Mindössze egy fő repedés jött létre, amely mint képlékeny csukló működött, a gerenda két merev test és egy közbenső csukló együtteseként volt modellezhető. A tönkremenetelt a csuklóban kialakuló nagy lokális betonösszenyomódásból származó morzsolódás okozta. Részlegesen együttdolgozó betétek: A részleges együttdolgozást kétféle módon alakították ki: vagy rövid együttdolgozó és nem együttdolgozó szakaszok egymásutánjával a betétek mentén, vagy ismert (alacsony) nyírószilárdságú bevonat felvitelével. A részlegesen együttdolgozó betétek alkalmazásával rendkívül figyelemreméltó eredményeket értek el. A hajlítási repedések száma megsokszorozódott a nem együttdolgozó betétekhez képest, a tartóközépi lehajlás elérte a nem együttdolgozó betéteknél tapasztalt értékeket, és - egyes kedvező kialakítású próbatesteknél - a nyomatéki teherbírás megegyezett a teljes hosszon együttdolgozó betéteknél mért értékekkel. A kísérletek erő-elmozdulás diagramjai a 6.4.11 ábrán láthatók. Az ábrán megfigyelhetők a részlegesen együttdolgozó betétek kedvező tulajdonságai (nagy törőerő, megfelelő mértékű lehajlás). A módszer - a kvázi-duktilis viselkedés révén - optimális teherbírású és lehajlású szerkezetek kialakítását teheti lehetővé.

88/165


6.4.11 ábra. Kísérleti terhelőerő – lehajlás ábrák (Lees – Burgoyne, 1996) Az eddigiekben említettek alapján célszerűnek tűnik a túlvasalt módon, ám nagy görbület mellett bekövetkező tönkremenetelkor biztosítani a nyomott betonzóna lehető legnagyobb törési összenyomódását. Mindezidáig ennek nem volt nagy jelentősége, hiszen normálisan vasalt keresztmetszet és folyási tulajdonsággal rendelkező betét tönkremenetele esetén a görbületet a betét folyása biztosítja. A nyomott betonzóna keresztirányú alakváltozásának gátlásával (confinement) a nyomószilárdság-, de különösen a törési összenyomódás jelentősen növelhető (lásd pl. a kibetonozott acélcsövek esetét). Ezzel a hajlított tartóelemeknek nem csak a teherbírása, de görbülete is növelhető, ami egyben a biztonságot is fokozza: a szerkezet mintegy figyelmeztet a tönkremenetel közeledtére. Annak meghatározására, hogy a keresztirányú alakváltozás gátlása miként befolyásolja a beton tulajdonságait, számos kutató végzett vizsgálatokat. A következőkben Mander, Priestley és Park (1988a, b) eredményeit mutatjuk be röviden. A kutatók elméleti és – vasbeton oszlopokon és falelemeken – kísérleti úton tanulmányozták a kengyelezés erősségének, mint keresztirányú alakváltozást gátló hatásnak a jelentőségét. Vizsgálataik alapján összefüggéseket vezettek le a 6.4.12 ábra jellegzetes pontjainak (fcc, cc, cu) meghatározására (Mander et al., 1988a), melyeket az alábbiakban közlünk. Összefüggéseik alkalmazhatóságát kísérleteik is igazolták (Mander et al., 1988b). A keresztirányú alakváltozásában gátolt beton (confined concrete) nyomószilárdságának (fcc) számítása az alábbi összefüggéssel történhet:  7,94f  f  2   f cc  f co   1,254  2,254 1   f co f co   ahol: fco a beton nyomószilárdsága keresztirányú alakváltozás gátlása nélkül fℓ a keresztmetszeti méretek, valamint a hosszvasalás és kengyelezés erősségének függvényében meghatározott paraméter 89/165


A keresztirányú alakváltozásában gátolt beton (confined concrete) nyomószilárdságához tartozó fajlagos összenyomódás (cc) számítása az alábbi képlettel történhet:

  f  cc   co 1  5 cc  1   f co  ahol: a beton törési összenyomódása a keresztirányú alakváltozás gátlása nélkül co (a kutatók co = 0,002 javasolnak általános esetben) fcc a beton nyomószilárdsága keresztirányú alakváltozás gátlásával fco a beton nyomószilárdsága keresztirányú alakváltozás gátlása nélkül A keresztirányú alakváltozásában gátolt beton (confined concrete) tönkremenetelét a kutatók ahhoz a fajlagos összenyomódáshoz rendelték, amely mellet bekövetkezik a kengyelek szakadása (hoop fracture). Az ekkor elérhető fajlagos összenyomódás (cu) számítása az alkalmazott anyagok szilárdságának figyelembe vételével numerikus úton történhet (Mander et al., 1988a). fc

gátolt keresztirányú alakváltozás (confined) fcc

„hoop fracture”

normál beton

fc0

c c0

cu

cc

6.4.12 ábra. Elméleti - diagramok normál-, és keresztirányú alakváltozásában gátolt betonra, statikus terhelés mellett (Mander et al., 1988a nyomán)

A fenti képletekbe való behelyettesítés alapján, illetve a kutatók kísérleti eredményei szerint a keresztirányú alakváltozásában gátolt beton:  nyomószilárdsága 1,5…2,4-szeresen,  törési összenyomódása 3,5..8,0-szorosan meghaladja a sima betonét. Mindez nem csak oszlopoknál és falaknál, de hajlított elemek nyomott övében is kedvezően kihasználható. A 6.4.13 ábrán a keresztirányú alakváltozás meggátlásának (pl. erősödő kengyelezésnek) a hatását figyelhetjük meg a nyomatéki teherbírásra és a görbületre az alábbi használt figyelembe vételével. A figyelembe vett anyagjellemzők:

90/165


Beton:

FRP: c0= 0,0035

1) fcc=35 MPa 2) fcc=45,5 MPa 3) fcc=56 MPa 4) fcc=66,5 MPa 5) fcc=77 MPa 6) fcc=87,5 MPa

cc= 0,0035 cc= 0,005 cc= 0,008 cc= 0,011 cc= 0,014 cc= 0,017

Nyomatéki teherbírás [kNm]

fc0=35 MPa

800

A) ffu = 1650 N/mm2 fu = 3,3 % E = 50 kN/mm2

B) ffu = 1875 N/mm2 fu = 2,5 % E = 75 kN/mm2

C) ffu = 2550 N/mm2 fu = 1,7 % E = 150 kN/mm2

D) ffu = 2800 N/mm2 fu = 1,4 % E = 2000 kN/mm2

E=200 GPa E=150 GPa d=310 mm E=70 GPa E=50 GPa

600

6) 400 4)

420 b=250 mm

5)

3)

200 1) 0

h=350 mm

0

5×10

2)

-5

confinement erősebb 10×10

-5

15×10

-5

Görbület tönkremenetelkor [1/m]

6.4.13 ábra. Keresztirányú alakváltozás gátlásának (confinement) hatása a teherbírási nyomaték-görbület pontpárra

6.5 FRP feszítőbetétek lehorgonyzása A feszítés célja köztudottan az, hogy a vasbeton elemet olyan feszültségállapotba hozzuk, melynek fellépése után a külső terhekből származó belső erőket teljesen (vagy túlnyomó mértékben) a beton vegye fel. A cél tehát az, hogy az erőjátékban minél nagyobb keresztmetszet, esetleg a teljes betonkeresztmetszet vegyen részt. Ennek érdekében a tartóra nyomóerőt kell működtetni. Feszítéskor tehát a tartó sajátfeszültség-állapotba kerül, azaz a tartóban a külső terhek fellépte előtt is működnek feszültségek. Ezen feszültségek nagyságát és irányát a feszítőerő(k) megválasztásával tudjuk befolyásolni. A tartót úgy kell megfeszíteni, hogy a betonban használati terhek alatt húzófeszültségek egyáltalán ne, vagy csak korlátozott mértékben ébredjenek. Feszítés alkalmazásával egyúttal a beton berepedését is kiküszöböljük, ill. korlátozzuk. A külső terhekből származó belső erők mindaddig nem hoznak létre tartótengely irányú húzást a tartóban, amíg a feszítőerőből származó nyomás ki nem merül. Így (a feszítőerő nagyságának és irányának helyes megválasztásával) repedésmentes szerkezeteket hozhatunk létre.

91/165


A feszítőerő kifejtésének időpontja, illetve a feszítőbetétek erőátadódásának jellege szerint közismerten a következő típusokat különböztethetjük meg (amelyek a feszítőbetét anyagától függetlenek): - előfeszített szerkezet (ahol a feszítőbetétekben a beton megszilárdulása előtt hozzuk létre a feszítőerőt), - utófeszített szerkezet (ahol a feszítőbetétekben a beton megszilárdulása után hozzuk létre a feszítőerőt). illetve - tapadóbetétes szerkezet (ahol a feszítőbetétek a feszítőerő betonra való működtetésének pillanatától kezdve, teljes hosszukban felületi tapadásban vannak a betonnal), - utólag tapadóbetétessé tett szerkezet (ahol a feszítőbetétek és a kábelvezető üreg között utólag injektált habarccsal létesítünk felületi tapadást), - véglehorgonyzásos (csúszóbetétes) szerkezet (ahol a feszítőbetétek csak a végükön vannak a betonhoz rögzítve; a tartó hossza mentén az erre szolgáló csatornában a súrlódástól eltekintve szabadon elmozdulhatnak). Feszített elemek tartóvégein (ellentétben a rúdelemek szilárdságtani tervezésénél feltételezett egytengelyű feszültségállapottal) többtengelyű feszültségállapot uralkodik (itt nem érvényes a Bernoulli-Navier hipotézis), melynek okai és jelenségei eltérnek az utófeszített (véglehorgonyzásos) és előfeszített (tapadóbetétes) szerkezetek esetén. Utófeszített (véglehorgonyzásos) szerkezeti elemnél a feszítőerő koncentráltan adódik át a végkeresztmetszetre a feszítőbetét lehorgonyzásának helyén, ezzel nagy koncentrált erőt átadva a tartóra. Előrefeszített (tapadóbetétes) szerkezeti elemnél viszont a feszítőbetét végkeresztmetszetében a feszültség zérus, amely fokozatosan nő fel a hatékony feszítési feszültség szintjére a végkeresztmetszettől távolodva. A bebetonozott betétek tapadása komplex jelenség, melyet számos hatás befolyásol, így a feszített tartók erőátadódási és lehorgonyzási hossza is számos tényezőtől függ. Ezek a következők: - a feszítőbetét felületi kialakítása (sima, rovátkolt, pászma, stb.), - a feszítőbetét típusa és átmérője, - a beton szilárdsága, - a beton zsugorodása és kúszása, - a beton bedolgozásának módja, - a beton kora a feszítőerő ráengedésekor, - a feszítőerő ráengedésének módja (hirtelen vagy fokozatos), - a feszítőerő ráengedésétől eltelt idő, - a terhelés módja (statikus, tartós, sokszor ismételt, lökésszerű, stb.), - a beton keresztirányú alakváltozásának gátlása a tartóvégen, - a betonfedés, - a feszítőbetét elhelyezkedése a keresztmetszeten belül, - a beton utókezelésének módja (pl. gőzérlelés). A szálerősítésű polimer (FRP) feszítőbetétek erőátadódási és lehorgonyzási hosszait lényegében ugyanazok a hatások befolyásolják, mint az acél anyagú feszítőbetétek erőátadódási és lehorgonyzási hosszait. Azonban a szálerősítésű polimer (FRP) feszítőbetétek felületi kialakítása rendkívül változatos lehet, léteznek olyan kialakítások, melyek az acél anyagú feszítőbetétek körében egyáltalán nem ismertek (pl. fonott vagy homokszórt felületű betétek). Ráadásul a szálerősítésű polimer (FRP) feszítőbetétek keresztirányú mechanikai jellemzői is igen változatosak, amelyek eredményezhetik a tartóvégen tapasztalt egyes jelenségek nagyságrendi változását is. A szálerősítésű polimer feszítőbetétek esetén az 92/165


erőátadódási hossz általában rövidebb, így a betonban nagyobb keresztirányú erők ébrednek, mint a hagyományos acél feszítőbetétek esetén, ezzel esetleg növelve a tartóvégi felhasadás kockázatát. A lehorgonyzási zóna erőjátékának ismerete ezért igen fontos a szálerősítésű polimer feszítőbetétek esetén. A szálerősítésű polimer feszítőbetétek esetén a feszítőerő kifejtésének és lehorgonyzásának kialakítása a következő módszerekkel történhet: – Szorítópofás véglehorgonyzással (6.5.1 ábra) – ekkor a feszítőbetét kettő (vagy négy) acélpofa között, feszítőcsavarokkal vagy rugókkal összefeszítve helyezkedik el. A szorítópofák és a feszítőbetét közé egy közbenső réteg is kerülhet, a feszítőbetét védelme érdekében, – Ékes véglehorgonyzással – elvében azonos az acél feszítőpászmák véglehorgonyzásával; az ékek készülhetnek acélból, könnyűfémből vagy polimerből, – Kúpos-ékes véglehorgonyzással – Parafil® aramidszálas kötelek (ágyazóanyag nélkül készülő AFRP feszítőbetétek) véglehorgonyzásának speciális eszköze; a feszítőbetétet védőcsőben megvezetik, majd szálkötegenként szétbontva egy kúpos éket vernek a lehorgonyzó fejbe, – Védőcsőben való lehorgonyzással (6.5.2 ábra) – e módszernél a feszítőbetét egy acél, réz vagy könnyűfém védőcsőben kerül lehorgonyzásra, – Gyantával kiinjektált védőcsőben való lehorgonyzással – e módszernél a feszítőbetét egy, a külső átmérőjénél néhány mm-rel nagyobb belső átmérőjű, rendszerint acél csőben helyezkedik el, és a feszítőbetét és a védőcső közötti tér nagy szilárdságú, például epoxi gyantával van kiinjektálva, – Habarccsal kiinjektált védőcsőben való lehorgonyzással (6.5.3 ábra) – e módszernél a feszítőbetét egy, a külső átmérőjénél több mm-rel nagyobb belső átmérőjű, rendszerint acél csőben helyezkedik el, és a feszítőbetét és a védőcső közötti tér finomhomok adalékanyagú duzzadó cementhabarccsal van kiinjektálva, – Hidegen rásajtolt védőcsőben való lehorgonyzással – e módszernél a feszítőbetét végeire hidegsajtolással kerülnek acél védőcsövek (Pincheira-Woyak, 2001); a feszítőbetét és a védőcső közötti kapcsolatot súrlódás biztosítja, és a sajtolóerő helyes megválasztásával érhető el, hogy a védőcső megcsúszás nélkül képes legyen az erőátadásra, – Gyárilag kiöntött védőcsőben való lehorgonyzással (6.5.4 ábra). Egyes gyártók az FRP feszítőbetétekhez biztosítanak gyárilag kiöntött acélpersellyel szerelt feszítőbetétvégeket (pl. Tokyo Rope, 1993). A módszer előnye, hogy a védőcső nem utólag, kontrollálatlan körülmények között kerül a betétekre, hanem a feszítőbetét ágyazóanyagának kikeményítése egyidőben történik a védőcső kiöntőanyagának kikeményítésével. A módszer hátránya, hogy a védőcsövek mm-re pontos helyzetét előre meg kell adni, helyzetük utólag nem módosítható. Tapasztalataink szerint a legkedvezőbb véglehorgonyzási módot a gyárilag kiöntött védőcsőben történő lehorgonyzás adja. Ezek hátránya, hogy a helyszínen helyzetük nem módosítható. A helyszínen is elkészíthető lehorgonyzási módok esetén általában tapasztalható a feszítőbetétek több-kevesebb relatív elmozdulása, megcsúszása. Mindeddig nem sikerült olyan véglehorgonyzási módot kifejleszteni, ami megcsúszásmentesen, többször felhasználható módon nyújtana megoldást FRP feszítőbetétek lehorgonyzására.

93/165


horgonyfej ékek védőcső feszítőbetét

6.5.1 ábra Szorítópofás lehorgonyzás

védőcső

6.5.2 ábra Lehorgonyzás védőcsőben

FRP betét

injektálóhabarcs védőcső

FRP betét

injektálóhabarcs

6.5.3 ábra Lehorgonyzás habarccsal kiinjektált védőcsőben

6.5.4 ábra Lehorgonyzás gyárilag kiöntött védőcsőben – csavarmenetes véglehorgonyzási mód (Tokyo Rope, 1993)

6.5.1 Rövid idejű (statikus) vizsgálatok 6.5.1.1 Szénszálas (CFRP) feszítőbetétek eredményei A következőkben szakirodalmi adatok összefoglaló elemzésével mutatjuk be a nem acél anyagú feszítőbetétek erőátadódási és lehorgonyzási hosszára vonatkozó ismereteket. Az első alfejezet a rövid idejű (statikus) vizsgálatok eredményeit összegzi. CFRP feszítőbetétek erőátadódását vizsgálta Mahmoud és Rizkalla (1996) Leadline® (8 mm) és CFCC® (10,5-12,5 mm) betétekkel készült próbatesteken (a kezdeti feszítési feszültség a betétek húzószilárdságának 58…80%-a volt). A kutatók három erőátadódásilehorgonyzási fogalmat definiáltak:

94/165


– Erőátadódási hossz (  bpt , transfer length) – Hajlítási lehorgonyzási hossz (  bpf , flexural bond length) – Lehorgonyzási hossz (  bp , development length)(  bp =  bpt +  bpf ) Mérési eredményeik alapján azt a megállapítást tették, hogy a beton zsugorodása és kúszása nem befolyásolja az erőátadódási hosszat, ugyanis négy hét alatt mértéke nem változott, mialatt a feszítési feszültségveszteségek 12-15 %-al nőttek (erre a későbbiekben még visszatérünk). Azt is megfigyelték, hogy a Hoyer-effektusból származó kapcsolati feszültség növekedés nagyobb, mint acélbetéteknél, ami az erőátadódási hossz csökkenéséhez vezet (Mivel a CFRP betétek rugalmassági modulusa kb. 70 %-a az acélbetétének, a CFRP betétek hosszirányú alakváltozása nagyobb, és így a keresztirányú alakváltozás még azonos feszítési feszültség és Poisson-tényező mellett is nagyobb (a Leadline® és az acél feszítőbetétek Poisson-tényezője közel azonos nagyságú). A nagyobb alakváltozásból nagyobb nyomófeszültség ébred a betét felületére merőlegesen, és a megnövekedett kapcsolati erőkkel az erőátadódási hossz kisebb lesz). A Hoyer-effektusból származó kapcsolati feszültségnövekedés függ még a betonszilárdságtól és a betét és a beton közt fellépő csúszó-súrlódási együtthatótól is. A kutatók mérési eredményeik alapján összefüggéseket állítottak fel mind az erőátadódási-, mind a hajlítási lehorgonyzási hossz számítására, melyekben a megfelelő együtthatókat lineáris regresszióval állapították meg (6.5.5 és 6.5.6 ábra). Meghatározták az átlagos kapcsolati feszültséget is mind az erőátadódási-, mind a hajlítási lehorgonyzási hossz mentén. Az erőátadódási hosszon a betétek átmérőjének változtatásától függetlenül Leadline® betétekre 4,5 N/mm2, míg CFCC® betétekre 8,9 N/mm2 adódott (acélbetétekre 4,0 N/mm2 körüli érték jellemző az ACI Code 1989 szerint). A hajlítási lehorgonyzási hosszon a betét átmérőjének növelése az átlagos kapcsolati feszültség növekedéséhez vezetett. Leadline® betétekre 2,2…3,8 N/mm2 közötti értéket állapítottak meg, 3 N/mm2 várható értékkel, a CFCC® betétekre 4,4…7,0 N/mm2 közötti, 5,0 N/mm2 várható értékű átlagos kapcsolati feszültség adódott (acélbetétek jellemzője 1,34 N/mm2 az ACI Code 1989 szerint). Tehát a két CFRP betét nagyobb kapcsolati erőkkel adja át terheit a betonnak, mint az acél feszítőbetétek. A kutatók által javasolt összefüggések szénszálas (CFRP) feszítőbetétek erőátadódási- és a hajlítási lehorgonyzási hosszainak számítására:

 bpt 

 bpf 

 p0 0 , 67  t f cm ,0

f

pu

  pd 

0 , 67  f f cm

ahol :  bpt  bpf p0 pd fpu fcm,0 fcm  t f

az erőátadódási hossz a hajlítási lehorgonyzási hossz a kezdeti feszítési feszültség a hatásos feszítési feszültség a betét húzószilárdsága a beton kezdeti nyomószilárdsága a beton nyomószilárdsága végleges állapotban a feszítőbetét névleges átmérője korrekciós tényező, t=1,9 (Leadline®); t=4,8 (CFCC®) korrekciós tényező, f=1,0 (Leadline®); f=2,8 (CFCC®)

95/165

Erőátadódási hossz, mm


 bpt 

 p0 f 0 , 67 1.9  f cm ,0

 bpt 

 p0 f 0 , 67 4.8  f cm ,0

0 , 67  p 0  f f cm ,0

Hajl. lehorg. hossz, mm

6.5.5 ábra. CFRP betétek erőátadódási hossza (Mahmoud – Rizkalla, 1996)

 bpf 

f

fu

  pd  f

0 , 67 1.0  f cm

 bpf 

f

f

fu

  pd  f

0 , 67 2.8  f cm

fu

0 , 67   pd  f f cm

Feszítőbetét feszültsége a kezdeti feszítési feszültség %-ában

6.5.6 ábra. CFRP betétek hajlítási lehorgonyzási hossza (Mahmoud – Rizkalla, 1996)

Távolság a tartó végkeresztmetszetétől, mm

6.5.7 ábra. Leadline® betétek erőátadódási hossza (Abdelrahman – Rizkalla, 1995)

96/165


Feszítőbetét feszültsége a kezdeti feszítési feszültség %-ában

Fajlagos beton összenyomódás, ×10-3

Leadline® 8 mm CFRP feszítőbetétek erőátadódási hosszát vizsgálta Abdelrahman és Rizkalla (1995) T-keresztmetszetű előfeszített gerendákon (a kezdeti feszítési feszültség a betét húzószilárdságának 50-, illetve 70%-a volt, a beton nyomószilárdsága a feszítőerő ráengedésekor 37 és 50 N/mm2 között változott). Méréseik szerint a betétek erőátadódási hossza  bpt = 46 volt az 50%-os, míg  bpt = 64 volt a 70%-os feszítettségi szint mellett (a 6.5.7 ábrán láthatjuk a fajlagos nyúlások változásának kísérleti diagramjait). A Leadline® betétek átlagos kapcsolati szilárdsága 5,15 N/mm2 -re adódott (a kontroll acél feszítőpászmáknál 5,21 N/mm2 értéket állapítottak meg). A tartóvégi keresztirányú alakváltozásokról és a Hoyer-effektus mértékéről azonos megállapításokat tettek, mint az előbb említett kísérletnél.


6.5.8 ábra. CFCC® betétek erőátadódási hossza (Domenico et al., 1998)

CFCC® 12,5…15,2 mm CFRP feszítőpászmák erőátadódási hosszát vizsgálta Domenico, Mahmoud és Rizkalla (1998) négyszög- és T-keresztmetszetű előfeszített gerendákon (a kezdeti feszítési feszültség a betét névleges húzószilárdságának 50…75%-a volt, a beton nyomószilárdsága a feszítőerő ráengedésekor 30 és 45 N/mm2 között változott). Kísérleteikben húsz különböző keresztmetszeti kialakítású, teherelrendezésű és kezdeti feszítési feszültségű elemet alkalmaztak. Az erőátadódási hosszakat a 6.5.1 táblázatban

97/165


mellékeljük. A 6.5.8 ábrán fajlagos nyúlások változásának kísérleti diagramjait láthatjuk két különböző betonszilárdság mellett (12,5 mm, p0 = 0,5fpu). A kísérleti program egyik paramétere a betonfedés volt. Az alkalmazott 3,3…6 betonfedés mellett tartóvégi felhasadás egy elemen sem alakult ki. A kutatók megállapították, hogy az ilyen mértékű betonfedésnek nincs hatása az erőátadódási hosszra, ezért az erőátadódási hossz számítására szolgáló képletnek a betonfedés nem változója. 6.5.1 táblázat. CFCC® pászmák erőátadódási hossza (Domenico et al., 1998) CFCC™ pászma átmérője [mm] 12,5

15,2

Feszítési szint

Erőátadódási hossz

0,50fpu 0,75fpu 0,50fpu 0,60fpu 0,75fpu

12 30 14 24 26

Átlagos kapcsolati szilárdság [MPa] 11,6 6,9 8,0 6,7 7,7

A kutatók úgy találták, hogy a bemutatott képletek alkalmasak CFCC® szénszálas feszítőpászmák erőátadódási és lehorgonyzási hosszának meghatározására, tehát:  bp 

 p0 f

0 , 67 t cm , 0



f

pu

  pd 

0 , 67  f f cm

Erőátadódási hossz, mm

Ha összehasonlítjuk a bemutatott képletek által számítható erőátadódási és hajlítási lehorgonyzási hosszakat az acél anyagú feszítőbetétek erőátadódási és hajlítási lehorgonyzási hosszaival, azt tapasztaljuk, hogy a szénszálas feszítőbetétek erőátadódási és hajlítási lehorgonyzási hosszai mintegy 25-40 %-a az acél feszítőbetétekének. Grafikus reprezentációjukat a 6.5.9 és 6.5.10 ábrán láthatjuk (Domenico et al., 1998).

 bpt 

 p0 f 0 , 67 4.8  f cm ,0

Feszítési feszültség, N/mm2

6.5.9 ábra. CFCC® betétek erőátadódási hossza (Domenico et al., 1998)

98/165

Hajl. lehorg. hossz, mm


 bpf 

f

fu

  pd  f

0 , 67 2.8  f cm

Feszítési feszültség, N/mm2

6.5.10 ábra. CFCC® betétek hajlítási lehorgonyzási hossza (Domenico et al., 1998)

Feszítőbetét feszültsége, N/mm2

A bemutatott összefüggéssekkel mintegy 12 %-os eltéréssel becsülhető héteres szénszálas CFCC® feszítőpászmák erőátadódási hossza (Domenico et al., 1998). A 6.5.11 ábrán láthatjuk, hogy a tönkremeneteli mód változása milyen kapcsolatban áll az alkalmazott összefüggéssel. Tapadási tönkremenetel (betét megcsúszása) esetén a képlet enyhén túlbecsüli, hajlítási tönkremenetel esetén (betét szakadása) a képlet enyhén alábecsüli a mért értékeket. Mindezek mellett a 12 %-os pontosság figyelemre méltó.

Betét megcsúszása

Betét szakadása Betét szakadása

 bp 

 p0 f

0 , 67 t cm , 0



f

pu

  pd 

0 , 67  f f cm


6.5.11 ábra. CFCC® betétek lehorgonyzási hossza (Domenico et al., 1998)

Lu et al. (2000) szintén úgy találták, hogy az acél feszítőbetétekre kidolgozott erőátadódási hossz és lehorgonyzási hossz számítási képletek jelentősen túlbecsülik a nem acél anyagú feszítőbetétek erőátadódási és lehorgonyzási hosszát. Vizsgálataik szerint ennek a nem acél anyagú feszítőbetétek jó tapadása az oka. Javasolják szénszálas (CFRP) és aramidszálas

99/165


(AFRP) feszítőbetétek erőátadódási hosszának becslésére az  bpt  50 összefüggést (Lu et al., 2000). Javaslatot tesznek továbbá az ACI lehorgonyzási hossz számítási képletének módosítására nem acél anyagú feszítőbetétek esetére, az alábbi alakban:  p ,ef 3  bpd   bpt   bf   p  (f ptd   p ,ef ) p (in-ben és ksi-ben) 3 4

Grace (2000) vizsgálatai során azt tapasztalta, hogy szénszálas (CFRP) feszítőbetétek esetén a feszítőerő fokozatos ráengedése 15-28 %-al nagyobb erőátadódási hosszat eredményezett, mint amit a hirtelen feszítőerő ráengedés esetén meghatároztak. Ez a tendencia pontosan ellentétes az acél anyagú feszítőbetéteknél tapasztaltakkal, ugyanis héteres acélpászmák vizsgálatánál a hirtelen feszítőerő ráengedés okozott 6-30 %-al nagyobb erőátadódási hosszat, mint amit a fokozatos feszítőerő ráengedés esetén meghatároztak (Grace, 2000). A 6.5.2 táblázatban mellékeljük a szénszálas (CFRP) feszítőbetéteknél mért eredményeket. 6.5.2 táblázat. CFRP feszítőbetétek erőátadódási hossza (Grace, 2000) Feszítőbetét típusa

Feszítőerő fokozatos ráengedése esetén

Feszítőerő hirtelen ráengedése esetén

Leadline® CFCC®

66f - 73f 33f - 47f

47f - 59f 27f - 38f

Grace (2000) megvizsgálta a Mahmoud és Rizkalla (1996) által javasolt képletek érvényességét is és úgy találta, hogy a korábban publikált tapadástól függő tényezők értékei némiképp módosítandók: Leadline® esetén

t=1.95 (1.9 helyett),

CFCC® esetén

t=2.12 (4.8 helyett)

Ehsani et al (1997) szénszálas feszítőbetétek erőátadódási hosszaira vonatkozó javaslatait a 6.5.3 táblázatban mellékeljük (Ehsani et al., 1997). 6.5.3 táblázat. CFRP feszítőbetétek erőátadódási hossza (Ehsani et al., 1997) Feszítőbetét típusa

Erőátadódási hossz,  bpt

Leadline® CFCC®

54f 50f

Tepfers (1997) munkájában számos szerző által publikált adatot dolgozott fel, melyből a Japán Építőmérnökök Egyesületének (JSCE) kutatásai alapján az alábbi közelítő értékek használhatók FRP betétek erőátadódási hosszának becslésére: csavart (twisted) CFRP betétre: 35 fonott (braided) AFRP betétre: 35 fonott, homokszórt AFRP betétre: 20 rovátkolt felületű (indented) CFRP betétre: 100 100/165


bordás (deformed) AFRP betétre, ha a feszítési feszültség a húzószilárdságnak – 55 %-a: – 76 %-a:

42 58

Összehasonlításként acél feszítőhuzalok erőátadódási hossza -kísérleti eredmények alapján35…50, míg különböző szabványok alapján: - feszítőhuzalok: - feszítőpászmák: 113…160 34…48 (British Standards) 55…75 55…75 (DIN) 50…75 50…75 (ENV) 64…98 54…78 (PN, Poland) 79 63 (NEN, Netherlands) 100 60 (Australian Standards) 66 (ACI)

6.5.1.2 Aramidszálas (AFRP) feszítőbetétek eredményei A szénszálas (CFRP) feszítőbetétek mellett széles körben alkalmazzák az aramidszálas (AFRP) feszítőbetéteket is, elsősorban Japánban. Mivel az aramidszál-erősítésű polimerek és a szénszál-erősítésű polimerek viselkedése mechanikailag azonos alapokon nyugszik (kompozitok anyagok mechanikája), ezért érdemes áttekinteni röviden az aramidszálas (AFRP) feszítőbetétek erőátadódási és lehorgonyzási hosszával kapcsolatos tapasztalatokat. Pleimann (1991) az alábbi összefüggést javasolta aramidszálas (Kevlar 49) betétek lehorgonyzási hosszának számítására (Pleimann, 1991): A f  bpd  f fu (in-ben és ksi-ben) 18  f cm ahol :  bpd a lehorgonyzási hossz a betét keresztmetszeti területe Af a betét húzószilárdsága ffu a beton nyomószilárdsága fcm Aramidszálas (AFRP) betétekkel készült feszített beton próbatesteken vizsgálta Taerwe és Pallemans (1995) az erőátadódási hossz változását, ill. a felhasadás elleni betonfedés szükséges mértékét. Két különböző átmérőjű (7,5 mm és 5,3 mm) Arapree® betétet alkalmaztak, melyeknek mechanikai jellemzői az alábbiak voltak: - Rövid idejű statikus húzószilárdság: 3000 N/mm2 - Rugalmassági modulus: 91000 N/mm2 - Szakadónyúlás: 3 %. - Relaxáció (20 év alatt): 20 % - Poisson tényező: 0,38 A betétek felületi kialakítása homokszórt, "expancel" borítású és "expancel" + homokszórt volt. Az "expancel" borítás egy vékony, összenyomható réteg a betétek felületén, melynek feladata a keresztirányú alakváltozások csökkentése. Mivel az FRP betétek keresztirányú hőtágulási együtthatóját az ágyazóanyag (mátrix) tulajdonságai határozzák meg, az akár 5-8-

101/165


szorosan is meghaladhatja a beton hőtágulási együtthatóját. A keresztirányú hőtágulásból származó feszültségek szuperponálódva a Hoyer-effektusból létrejövő feszültségekkel jelentősen megnövelhetik a felhasadás veszélyét a lehorgonyzási zónában A kísérletek során normál és nagyszilárdságú betont alkalmaztak, a 28 napos nyomószilárdság várható értékei: fcm = 71,6 N/mm2 a normál, fcm = 113,0 N/mm2 a nagyszilárdságú (HSC) betonra. A víz-cement tényezők 0,44 és 0,33 (HSC) voltak. A gerendák keresztmetszete 3030 cm-től 7070 cm-ig változott és egyes próbatestek betonja nylon és polipropilén szálakat is tartalmazott felhasadás ellen (Taerwe-Pallemans, 1995). A kutatók megkülönböztették az erőátadódási hosszat (  bpt) és a tartóvég hosszát (  p), összhangban a CEB-FIP Model Code 1990 ajánlásaival. Erőátadódási hossz alatt azt a hosszt értették a végkeresztmetszettől számítva, amely mentén a teljes hasznos feszítési feszültség felépül a betétben, míg a tartóvég hossza a végkeresztmetszetnek és annak a keresztmetszetnek a távolsága, amelytől a betonfeszültségek eloszlása már lineárisnak tekinthető (tehát érvényes a Bernoulli-Navier hipotézis). Bár a két érték meglehetősen közel esik egymáshoz, a megkülönböztetésre azért van szükség, mert az FRP betétek erőátadódási hosszai lényegesen kisebbek mint az acélbetéteké. A kísérletekből az alábbi eredmények adódtak: Tartóvég hossza (  p ):

A betonnyúlások regisztrálásával megállapították, hogy az AFRP betétekkel készülő próbatestek tartóvég hosszai kisebbek, mint az acélbetéttel készülőké, és függetlenek a beton nyomószilárdságától. Az alábbi értékek adódtak:  p = 18 7,5 mm AFRP, homokszórt 5,3 mm AFRP, homokszórt

 p = 16

5,3 mm AFRP, "expancel"

 p = 38

5,3 mm AFRP, "expancel" + homokszórt  p = 21 Erőátadódási hossz (  bpt ):

Az erőátadódási hosszat a tartóvég hosszából az alábbi formulával számították:  bpt =  p - c/2

ahol c a próbatestek (négyszög) keresztmetszetének oldalhosszát jelenti. Így a következő értékek adódtak: 7,5 mm AFRP, homokszórt,

 bpt = 16

5,3 mm AFRP, homokszórt

 bpt = 12

5,3 mm AFRP, "expancel"

 bpt = 35

5,3 mm AFRP, "expancel" + homokszórt  bpt = 17 Tartóvégi pászmabehúzódás (se): A tartóvégi pászmabehúzódás megmérésével lehetőség nyílt a Guyon-féle erőátadódási hossz összefüggéséből az  tényező kifejezésére. s E  bpt   e   f s e p0 p 0

ahol:

p0 Ef

- a kezdeti feszítési feszültség - a betét rugalmassági modulusa

102/165




 p 0  bpt Ef se

Behelyettesítve  bpt és se kísérleti (mért) értékeit az  tényező  =2,16 - 4,80 közötti értékeket vett fel, várható értéke 7,5 mm-re  = 3,51, míg 5,3 mm-re  = 3,02 volt. Nagyszilárdságú beton mellett mindkét átmérő esetén  = 3,03 várható érték adódott. Betonfedés A kritikus betonfedés 2,8 körüli volt, ennél kisebb betonfedés felhasadást idézett elő. Az összenyomható "expancel" bevonatú betétekre 2,3 betonfedés is elégségesnek bizonyult. A szórt szálas betonerősítés szintén megakadályozta a gerendák tartóvégi felhasadását. Technora® AFRP feszítőbetétek erőátadódási hosszát tanulmányozta McKay és Erki (1992) 6 mm átmérőjű betéteken. A kezdeti feszítési feszültség a betétek névleges húzószilárdságának 68%-a, míg a beton nyomószilárdsága a feszítőerő ráengedésekor 31…35 MPa volt. Az erőátadódási hosszat  bpt = 25…50-ben állapították meg.


FiBRA® epoxi-bevonatos, fonott AFRP feszítőbetétek erőátadódását vizsgálta egy japán kutatócsoport (Nanni et al., 1992) 12 mm átmérőjű betéteken. A kezdeti feszítési feszültség a húzószilárdság 23…53 %-a, a beton nyomószilárdsága a feszítőerő ráengedésekor 29,1…34,6 MPa volt. Kontrollként héteres acél feszítőpászmákat alkalmaztak. Azt állapították meg, hogy az AFRP betétek nagyobb súrlódási ellenállása, kisebb rugalmassági modulusa és nagyobb Poisson-tényezője miatt az erőátadódás módja az acélbetétekétől eltérő, az AFRP betétek erőátadódási hossza kisebb (6.5.12 és 6.5.13 ábra). Az eredményekből az is feltűnt, hogy a homokszórt felületű betétek lényegesen kisebb hosszon adták át feszítőerejüket, mint a homokszórással nem rendelkező betétek. Az erőátadódási hossz  bpt = 20 volt homokszórt-,  bpt = 35…50 homokszórással nem rendelkező betétek esetén. A betonszilárdság hatását az AFRP betéteknél nem tudták kimutatni, ellenben az összehasonlításként alkalmazott acél feszítőpászmáknál a növekvő beton-nyomószilárdság csökkenő erőátadódási hosszat eredményezett.


6.5.12 ábra. Tartóvégi fajlagos nyúlások FiBRA® feszítőbetéttel (Nanni et al., 1992)

103/165




6.5.13 ábra. Tartóvégi fajlagos nyúlások héteres acél feszítőpászmával (Nanni et al., 1992)

Nanni et al. (1992) fonott kialakítású aramidszálas (FiBRA®) feszítőbetétekkel előrefeszített betonelemek tartóvégeit vizsgálták. A Ø16 mm-es feszítőbetétekben a kezdeti feszítési feszültség p0 = 698 N/mm2 volt. A feszítőerő ráengedése fokozatosan történt, a tartóvégi betonnyúlások folyamatos regisztrálása mellett. A kísérleti gerendák tartóvégeit a 6.5.14 ábrának megfelelően négyféle módon alakították ki (Nanni et al., 1992): - keresztirányú vasalás (kengyelezés) nélküli tartóvéggel (6.5.14a ábra), - a tartóvégtől számított 200 mm-es szakaszon elhelyezett Ø6/20 mm, illetve Ø6/25 mm zárt acélkengyelek elhelyezésével (6.5.14b ábra), - a tartóvégtől számított 225 mm-es hosszon elhelyezett, 25 mm-es menetemelkedésű szénszálas (CFRP) spirálkengyelekkel, illetve a tartóvégtől számított 240 mm-es hosszon elhelyezett, 60 mm-es menetemelkedésű szénszálas (CFRP) spirálkengyelekkel (6.5.14c ábra), - a tartóvégen a feszítőbetétek és a beton közötti tapadás szakaszonkénti megakadályozásával (6.5.14d ábra). A kutatók azt tapasztalták, hogy a feszítőerő ráengedésekor, mintegy 0,75p0 feszítési feszültség aktivizálódásakor, a tartóvégen semmilyen keresztirányú vasalással nem rendelkező gerendák (6.5.14a ábra) hosszirányban felhasadtak. Kengyelezés hiányában ezek a gerendák azonnal tönkrementek. A tartóvégeiken zárt acélkengyelezéssel ellátott gerendákon (6.5.14b ábra) a feszítőerő ráengedésekor, mintegy 0,75-0,875p0 feszítési feszültség aktivizálódásakor jelentek meg a hosszirányú, hasító repedések. Egy acélkengyeles gerenda tartóvégén mért hosszirányú betonnyúlások változását a feszítési feszültség aktivizálódott részének függvényében a 6.5.15a ábra szemlélteti. Figyeljük meg a 0,875p0 szinten, a fajlagos nyúlásban tapasztalható feszültségcsúcsot, amely a beton húzási alakváltozó képességének keresztirányú kimerülését, azaz a hasító repedés kialakulását eredményezte. Az erős keresztirányú vasalás (kengyelezés) megakadályozta a gerenda szétesését. A tartóvégeiken szénszálas (CFRP) spirálkengyelekkel rendelkező gerendáknál, a 60 mm-es menetemelkedésű spirál alkalmazása esetén szintén megjelentek, nem jelentős, hosszirányú repedések a tartóvégen, azonban a 25 mm-es menetemelkedésű spirál alkalmazása esetén

104/165


hosszirányú repedés már egyáltalán nem keletkezett, a teljes feszítési feszültség ráengedése esetén sem. Egy CFRP spirálkengyeles (25 mm-es menetemelkedés) gerenda tartóvégén mért hosszirányú betonnyúlások változását a feszítési feszültség aktivizálódott részének függvényében a 6.5.15b ábra szemlélteti. Figyeljük meg a fajlagos nyúlás csökkenését az előző esethez képest. Azon gerendák esetében, ahol a feszítőbetétek tapadása a tartóvégeken szakaszonként meg volt szüntetve (6.5.14d ábra), hosszirányú repedés szintén egyetlen esetben sem keletkezett, a teljes feszítési feszültség ráengedése esetén sem. A tartóvégen mérhető betonnyúlások még tovább csökkentek (6.5.15c ábra). A tartóvégen a legkedvezőbb feszültség-eloszlást ez utóbbi kialakítás esetén tapasztaljuk.

a)

c)

b)

d)

6.5.14 ábra. Kísérleti elemek tartóvégeinek kialakítása (Nanni et al., 1992)

105/165

a)

Fajlagos betonnyúlás, ×10-6


Tartóvégi acélkengyelezéssel (ld. 6.5.14b ábra)

b)


Távolság a tartóvégtől, mm

Tartóvégi CFRP spirálkengyellel (ld. 6.5.14c ábra)

c)



Tartóvégen megszakított tapadással (ld. 6.5.14d ábra) Távolság a tartóvégtől, mm

6.5.15 ábra. Tartóvégi beton alakváltozások a feszítési feszültség aktivizálódott részének függvényében (Nanni et al., 1992)

106/165


Concr. = beton Tendon = feszítőbetét


a)

Tartóvégi acélkengyelezéssel (ld. 6.5.14b ábra) Távolság a tartóvégtől, mm Concr. = beton Tendon = feszítőbetét


b)

Tartóvégi CFRP spirálkengyellel (ld. 6.5.14c ábra) Távolság a tartóvégtől, mm Concr. = beton Tendon = feszítőbetét


c)

Tartóvégen megszakított tapadással (ld. 6.5.14d ábra) Távolság a tartóvégtől, mm

6.5.16 ábra. Hosszirányú fajlagos alakváltozások változása a feszítőbetétben és a betonban a feszítési feszültség aktivizálódott részének függvényében (Nanni et al., 1992)

107/165


A 6.5.16 ábra szemlélteti a hosszirányú fajlagos alakváltozások változását a feszítőbetétben és a betonban a feszítési feszültség aktivizálódott részének függvényében. Megfigyelhetjük, hogy a feszítőbetét és a környező beton fajlagos nyúlásai azonossá válnak az erőátadódási hosszt követően. A 6.5.16 ábráról egyúttal az erőátadódási hosszakat is leolvashatjuk. Az erőátadódási hossz azon gerendák esetében volt a legnagyobb, ahol a feszítőbetétek tapadása a tartóvégeken szakaszonként meg volt szüntetve (ezzel a keresztirányú hasító feszültségek a legkisebbek). Zou et al. (1997) kilenc különböző betonszilárdság mellett (fcm = 40…80 N/mm2) vizsgálták Ø7,9 mm átmérőjű, kör keresztmetszetű, homokszórt felületi kialakítású aramidszálas (Arapree®) feszítőbetétek erőátadódási hosszát. Az alkalmazott kezdeti feszítési feszültség p0 = 0,35ffu…0,60ffu volt. Az erőátadódási hosszak  bpt = 20Ø…34Ø értékűre adódtak (Zou et al., 1997). Ezzel bizonyítható, hogy a homokszórt felületi kialakítás rendkívül kedvezően befolyásolja az együttdolgozási mechanizmust.

6.5.2 Vizsgálatok tartós terhelés alatt 6.5.2.1 Szénszálas (CFRP) feszítőbetétek eredményei A feszítőerő a betonelemre tartós teherként hat. Tartós terhelés alatt a beton kúszásának következményeként az erőátadódási hossz megnövekedhet. Az erőátadódási hossz növekedését tapasztalták héteres acélpászmák esetén (Cousins et al., 1990). Hagyományos acélpászmák erőátadódási hossza 5,4%-kal növekedett 1 év elteltével, míg epoxi-bevonatos acélpászmák erőátadódási hossza 11,7%-kal növekedett 1 év elteltével. Szénszálas (CFCC® és Leadline®) feszítőbetétek erőátadódási hosszának változását tartós terhelés alatt vizsgálta Mahmoud et al. (1999). Az erőátadódási hosszak, illetve a feszítőbetétek feszítési feszültségének időbeli változását a 6.5.17 ábrán mutatjuk be. A Leadline® szénszálas feszítőbetéteknél megfigyelhető (6.5.17a ábra), hogy a kezdeti feszítési feszültség 4%-kal csökkent a feszítőerő ráengedésekor, 15%-kal csökkent az első két hónap alatt és 21%-kal csökkent az első egy év alatt. Ezzel egyidejűleg az erőátadódási hossz mintegy 22%-kal növekedett az első egy évben. A CFCC® szénszálas feszítőbetéteknél megfigyelhető (6.5.17b ábra), hogy a kezdeti feszítési feszültség 3%-kal csökkent a feszítőerő ráengedésekor, 11%-kal csökkent az első két hónap alatt és 16%-kal csökkent az első egy év alatt. Az erőátadódási hossz az első egy évben csak elhanyagolható mértékben változott. A héteres acélpászmáknál megfigyelhető (6.5.17c ábra), hogy a kezdeti feszítési feszültség 4%-kal csökkent a feszítőerő ráengedésekor, 13%-kal csökkent az első két hónap alatt és 20%-kal csökkent az első egy év alatt. Az erőátadódási hossz változása az első egy évben elhanyagolható mértékű volt a héteres acélpászmák esetében is. A feszítőbetétek feszítési feszültségének változását a 6.5.4 táblázatban foglaltuk össze. A két szénszálas feszítőbetét eltérő viselkedésének magyarázata az eltérő felületi kialakításban keresendő. Ugyanis, a rovátkolt felületi kialakításnál (Leadline®) a nekitámaszkodásból származó kapcsolati feszültség komponens nagy, így a tartóvégi feszítőbetét behúzódás erősen gátolt. Ezzel az erőátadódási hossz mentén a környező beton kúszása erőteljes. Ezzel szemben a pászma kialakítás (CFCC®) lehetővé teszi időben növekvő tartóvégi feszítőbetét behúzódás kialakulását azáltal, hogy a maghuzal köré tekercselt huzalok kissé elcsavarodnak. Ezzel az erőátadódási hossz mentén a környező beton tehermentesül.

108/165


a)


Láthatjuk tehát, hogy a 6.5.4 táblázatban feltüntetett feszültségveszteségek a két eltérő felületi kialakítású feszítőbetét esetén két eltérő jelenség eredményei: - a rovátkolt felületi kialakítás esetén (Leadline®) az erőátadódási hossz mentén a környező beton egyre növekvő kúszási alakváltozása miatt (ezzel az erőátadódási hossz nő), - a pászma kialakítás esetén (CFCC®) az egyre növekvő tartóvégi feszítőbetét behúzódás miatt (ezzel az erőátadódási hossz nem változik). Leadline®

 bpt (t = 1 év)  bpt (t = 0)

p0 (t = 0) 2 hónap 1 év

b)


Távolság a tartóvégtől, mm CFCC®

 bpt

p0 (t = 0) 2 hónap 1 év

c)



 bpt

acélpászma

0,50p0 p0 (t = 0)

2 hónap 1 év

Távolság a tartóvégtől, mm 6.5.17 ábra. Erőátadódási hossz időbeli változása (Mahmoud et al., 1999)

109/165


6.5.4 táblázat. CFRP és acél feszítőbetétek feszítési feszültsége (Mahmoud et al., 1999)

Feszítőbetét típusa

Héteres acél feszítőpászma Héteres CFRP feszítőpászma (CFCC®) Rovátkolt CFRP feszítőbetét (Leadline®)

Feszítőbetétben lévő feszítési feszültség A feszítőerő 2 hónap 1 év ráengedésekor elteltével elteltével

0,96p0

0,87p0

0,80p0

0,97p0

0,89p0

0,84p0

0,96p0

0,85p0

0,79p0


Grace (2000) vizsgálatai során azt tapasztalta, hogy szénszálas pászmák (CFCC®) erőátadódási hossza 7%-kal növekedett 1 éves tartós vizsgálat alatt. Hagyományos acélpászmák erőátadódási hosszának változása ezzel közel azonos értéket mutatott (6%) (Grace, 2000).

Távolság a tartóvégektől, mm 6.5.18 ábra. Erőátadódási hossz időbeli változása (Zou et al., 1997)

6.5.2.2 Aramidszálas (AFRP) feszítőbetétek eredményei Arapree® aramidszálas feszítőbetétek erőátadódási hosszát vizsgálta Zou et al., 1997. Arapree® 7,9 mm átmérőjű homokszórt betéteket, kontrollként pedig héteres acél feszítőpászmákat (Ap = 74,4 mm2) használtak. A kezdeti feszítési feszültség az AFRP betéteknél a húzószilárdság 30…36%-a, az acél feszítőpászmáknál a húzószilárdság 51…61%-a között változtatták. A beton nyomószilárdsága a feszítőerő ráengedésekor 30-4265 MPa, 28 napos korban 40-60-80 MPa volt. Az erőátadódási hosszakat közvetlenül a feszítőerő ráengedése után, a betonfelületen elhelyezett nyúlásmérőkkel határozták meg. Az Arapree® betétekre  bpt = 20…34 adódott. Méréseiket 238 napig folytatták és megállapították, hogy a betétek erőátadódási hossza időben nem változik, a beton kúszása és 110/165


zsugorodása, valamint a betétek relaxációja azt nem befolyásolja (a 6.5.18 ábrán láthatjuk egy próbatest fajlagos nyúlásainak változását, amelyen tisztán nyomon követhető, hogy az időben lejátszódó jelenségek miatt bekövetkező alakváltozás-növekedés, nem jár az erőátadódási zóna kiterjedésével). Azt is megfigyelték, hogy a betonszilárdságnak elhanyagolhatóan kicsiny hatása van az erőátadódási hosszra; gyakorlatilag azonos erőátadódási hosszat mértek mindhárom betonszilárdság mellett.

6.5.3 Szabályzatok ajánlásai FRP feszítőbetétek lehorgonyzási hosszainak számítására

erőátadódási

és

6.5.3.1 A Kanadai Közúti Hídszabályzat ajánlásai A Kanadai Közúti Hídszabályzat (Canadian Highway Bridge Design Code, CHBDC) nem acél anyagú betétek lehorgonyzási hosszainak számítására az alábbi javaslatokat teszi (Tepfers, 1998): Nem feszített FRP betétekben a legnagyobb feszültség nem haladhatja meg az FfpuFRP értéket, melyben fpu a betét húzószilárdsága, FRP az ellenállási tényező (FRP = 0,9), míg F az önsúlyterhek és a hasznos terhek arányától (az R tényezőtől) függő paraméter. R

0,5

1,0

 2,0

F(GFRP) F(AFRP) F(CFRP)

1,0 1,0 1,0

0,8 0,6 0,9

0,7 0,5 0,9



R

önsúlyteher hasznos teher

0,60 0,45 0,75

Lehorgonyzási hossz:  bp  0,45

ahol: k1 k4 dcs Ktr Ef Es F ffu fct Af

Ff fu Af E f f ct d cs  K tr Es k 1k 4

(mm)

a betét elemen belüli helyzetétől függő tényező a betét felületétől függő tényező (az FRP betét és egy hagyományos acélbetét kapcsolati szilárdságának hányadosa, k41,0) az alábbi értékek közül a kisebb: a betét tengelye és a betonelem legközelebbi felületének távolsága (mm) a párhuzamosan elhelyezett betétek tengelytávolságának kétharmada (mm) keresztirányú vasalástól függő tényező (mm) a betét rugalmassági modulusa (N/mm2) a keresztirányú vasalás rugalmassági modulusa (N/mm2) a fent említett tényező a betét szakítószilárdsága (N/mm2) a beton húzószilárdsága (N/mm2) a betét keresztmetszeti területe (mm2)

111/165


6.5.3.2 A Japán Építőmérnökök Egyesületének ajánlásai A Japán Építőmérnökök Egyesülete (Japan Society of Civil Engineers, JSCE) nem acél anyagú betétek lehorgonyzási hosszainak számítására az alábbi összefüggéseket javasolja (Tepfers, 1998): Lehorgonyzási hossz alapértéke: f   bp   1 fd   bp ,min  20 4f bd

ahol

a betét húzószilárdságának tervezési értéke (N/mm2) ffd = ffk/f, ahol f = 1,15 CFRP és AFRP esetén, egyébként f = 1,30 a betét névleges átmérője (mm) a kapcsolati szilárdság tervezési értéke

ffd  fbd f bd   2

ahol fck c 2 1

0,28f ck2 3 (N/mm2)  3,3 N/mm2 c

a beton nyomószilárdságának karakterisztikus értéke (N/mm2) biztonsági tényező (c 1,3, ha fck < 50 N/mm2, egyébként c 1,5) az FRP betét kapcsolati szilárdságától függő tényező értéke 1, ha az acélbetétével megegyező vagy azt meghaladó a kapcsolati szilárdság, egyébként 1-nél kisebb a betonfedéstől és a keresztirányú vasalás mértékétől függő tényező 1= 1,0 ha kc  1,0 0,9 ha 1,0  kc 1,5 0,8 ha 1,5  kc 2,0 0,7 ha 2,0  kc 2,5 0,6 ha 2,5  kc ahol: k c 

c Ast s Est E0

c 15A st E st   s E 0

a betonfedés (mm) a keresztirányú vasalás (mm2) a keresztirányú betétek távolsága (mm) a keresztirányú betétek rugalmassági modulusa (kN/mm2) rugalmassági modulus alapértéke (=200 kN/mm2)

6.5.3.3 Az ACI ajánlásai Az Amerikai Beton Intézet (American Concrete Institute, ACI) nem acél anyagú betétek lehorgonyzási hosszainak számítására az alábbi összefüggést javasolja (ACI, 1996): Lehorgonyzási hossz alapértéke: 1 f fu A f  bp    bp ,min  20 17 f cm

112/165


ahol: ffu fcm Af

a betét szakítószilárdsága a beton nyomószilárdsága a betét keresztmetszeti területe

6.5.3.4 A CEB-FIP Model Code 1990 fejezeteinek adaptálási lehetősége FRP betétek rugalmassági modulusa 30-70 %-kal kisebb, mint az acélbetéteké, ezért a szerkezetek lehajlásainak korlátozása érdekében limitálni kell a megengedhető feszültségeket, az acélbetétekre megengedettnek 30-70 %-ában. A kapcsolati szilárdság tervezési értéke:

f bpd   p1  p 2 f ctd ahol: fctd a beton húzószilárdságának tervezési értéke (erőátadódási hossz számításához a feszítés ráengedésekor mérhető érték, lehorgonyzási hossz számításánál a 28 napos szilárdság) p1 a betét alakjától függő tényező a betét felületétől függő tényező (FRP betétekre minden esetben külön meghatározandó, figyelembe véve, hogy a tönkremenetel a betét vagy a környező beton károsodásával jár-e) p2 a betét betonozáskori helyzetétől függő tényező A lehorgonyzási hossz alapértéke: A sp f ptd  bp  f bpd ahol: Asp a betét keresztmetszeti területe  a betét névleges átmérője fptd a betét húzószilárdságának tervezési értéke (mivel FRP betétek folyáshatárral nem rendelkeznek, ide a betétben megengedhető legnagyobb húzófeszültség helyettesítendő) Az erőátadódási hossz:  bpt 8910  bp

 p0 f ptd

ahol: p0 i

a kezdeti feszítési feszültség a CEB-FIP Model Code 1990 együtthatói (lásd ott)

A lehorgonyzási hossz tervezési értéke:  pd   p ,ef  bpd   bpt   bp f ptd ahol: pd a terhekből számítható feszültség a betétben p,ef a hatásos feszítési feszültség

113/165


A tartóvég hossza:



 p  h 2  0,6 bpt



2

  bpt

ahol: h a tartó keresztmetszeti magassága  bpt az erőátadódási hossz

6.5.4 Szálerősítésű polimer (FRP) feszítőbetétek véglehorgonyzó elemei 6.5.4.1 Szorítópofás véglehorgonyzás A feszítőbetét kettő (vagy négy) acélpofa között, feszítőcsavarokkal vagy rugókkal összefeszítve helyezkedik el. A szorítópofák és a feszítőbetét közé egy közbenső réteg is kerülhet, a feszítőbetét védelme érdekében. Jellegzetes kialakításokat szemléltetnek a 6.5.19 és 6.5.20 ábrák.

6.5.19 ábra. Szorítópofás véglehorgonyzás (Scheibe-Rostásy, 1995)

114/165


6.5.20 ábra. Szorítópofás véglehorgonyzás (Malvar-Bish, 1995)

6.5.4.2 Ékes véglehorgonyzás Elvében azonos az acél feszítőpászmák véglehorgonyzásával. Az ékek készülhetnek acélból, könnyűfémből vagy polimerből. Jellegzetes kialakításokat szemléltetnek a 6.5.21 – 6.5.26 ábrák.

6.5.21 ábra. Ékes véglehorgonyzás elvi felépítése

6.5.22 ábra. Ékes véglehorgonyzás (több feszítőbetét csoportos véglehorgonyzása)

115/165


ékek

persely

ékek horgonyfej

horgonyfej

persely

6.5.23 ábra. Szénszálas feszítőbetétek csoportos véglehorgonyzása (Machida, 1997)

FiBRA AFRP

persely

ékek (hármas)

FiBRA AFRP

horgonyfej

dugó középső ék

6.5.24 ábra. Aramidszálas feszítőbetétek csoportos véglehorgonyzása (Machida, 1997)

ékek (négyes)

FRP ékek horgonyfej persely


116/165


horgonyfej

persely


6.5.4.3 Kúpos-ékes véglehorgonyzás Parafil® aramidszálas kötelek (ágyazóanyag nélkül készülő AFRP feszítőbetétek) véglehorgonyzásának speciális eszköze (6.5.27 ábra). A feszítőbetétet egy védőcsőben megvezetik, majd szálkötegenként szétbontva egy kúpos éket vernek a lehorgonyzó fejbe (6.5.28 ábra). horgonyfej kúpos ék

Parafil® AFRP kötél védőcsőben

6.5.27 ábra. Parafil® AFRP kötél feszítőbetétek kúpos-ékes véglehorgonyzása

117/165


6.5.28 ábra. Parafil® AFRP kötél feszítőbetétek kúpos-ékes véglehorgonyzása

6.5.4.4 Lehorgonyzás védőcsőben Ennél a módszernél a feszítőbetét egy acél, réz vagy könnyűfém védőcsőben kerül lehorgonyzásra, például a korábban bemutatott ékes véglehorgonyzási módszerrel. Általános elrendezést mutatnak a 6.5.29 – 6.5.32 ábrák. Kísérleti gerenda tartóvégét szemlélteti a 6.5.33 ábra.

horgonyfej ékek védőcső feszítőbetét

6.5.29 ábra. Védőcsőben történő lehorgonyzás általános elrendezése (Scheibe-Rostásy, 1995)

118/165


6.5.30 ábra. Lehorgonyzás védőcsőben (Pincheira-Woyak, 2001)

6.5.31 ábra. Lehorgonyzás védőcsőben

119/165




6.5.4.5 Lehorgonyzás gyantával kiinjektált védőcsőben Ennél a módszernél a feszítőbetét egy, a külső átmérőjénél néhány mm-el nagyobb belső átmérőjű, rendszerint acél csőben helyezkedik el. A feszítőbetét és a védőcső közötti tér nagy szilárdságú, például epoxi gyantával van kiinjektálva. Az így előkészített feszítőbetét véglehorgonyzása történhet például a korábban bemutatott ékes véglehorgonyzási módszerrel. Általános elrendezést láthatunk a 6.5.34 ábrán. A feszítőbetétek speciális felületi megmunkálást is kaphatnak injektálás előtt (6.5.35 ábra).

120/165


6.5.34 ábra. Lehorgonyzás gyantával kiinjektált védőcsőben (Pincheira-Woyak, 2001)

6.5.35 ábra. Feszítőbetétek speciális felületi megmunkálása (Pincheira-Woyak, 2001)

6.5.4.6 Lehorgonyzás habarccsal kiinjektált védőcsőben Ennél a módszernél a feszítőbetét egy, a külső átmérőjénél több mm-el nagyobb belső átmérőjű, rendszerint acél csőben helyezkedik el. A feszítőbetét és a védőcső közötti tér finomhomok adalékanyagú duzzadó cementhabarccsal van kiinjektálva. Az így előkészített feszítőbetét véglehorgonyzása a viszonylag nagy átmérőjű horgonyfej miatt általában csavarmenetes véglehorgonyzással történik. Általános elrendezést láthatunk a 6.5.36 ábrán. Csoportos lehorgonyzás is lehetséges (6.5.37 ábra). védőcső

FRP betét

injektálóhabarcs védőcső

FRP betét

injektálóhabarcs

6.5.36 ábra. Lehorgonyzás habarccsal kiinjektált védőcsőben

121/165


injektálóhabarcs

horgonyfej injektálóhabarcs

horgonyfej

6.5.37 ábra. Lehorgonyzás habarccsal kiinjektált védőcsőben

6.5.4.7 Lehorgonyzás hidegen rásajtolt védőcsőben Ennél a módszernél a feszítőbetét végeire hidegsajtolással kerülnek acél védőcsövek (Pincheira-Woyak, 2001). A feszítőbetét és a védőcső közötti tapadást súrlódás biztosítja. A sajtolóerő helyes megválasztásával elérhető, hogy a védőcső megcsúszás nélkül képes az erőátadásra. Az így előkészített feszítőbetét véglehorgonyzása történhet például a korábban bemutatott ékes véglehorgonyzási módszerrel.

6.5.4.8 Lehorgonyzás gyárilag kiöntött védőcsőben Egyes gyártók az FRP feszítőbetétekhez biztosítanak gyárilag kiöntött acélpersellyel szerelt feszítőbetét-végeket (pl. Tokyo Rope, 1993). A módszer előnye, hogy a védőcső nem utólag, kontrollálatlan körülmények között kerül a betétekre, hanem a feszítőbetét ágyazóanyagának kikeményítése egyidőben történik a védőcső kiöntőanyagának kikeményítésével. A módszer hátránya, hogy a védőcsövek mm-re pontos helyzetét előre meg kell adni, utólag helyzetük nem módosítható. A gyárilag kiöntött védőcsövek lehorgonyzása történhet a korábban bemutatott ékes véglehorgonyzási módszerrel, vagy nagyobb átmérők esetén csavarmenetes véglehorgonyzással (6.5.38 – 6.5.41 ábrák).

6.5.38 ábra.

Lehorgonyzás gyárilag kiöntött védőcsőben – csavarmenetes véglehorgonyzási mód (Tokyo Rope, 1993)

122/165


6.5.39 ábra. Lehorgonyzás gyárilag kiöntött védőcsőben – ékes véglehorgonyzási mód (Tokyo Rope, 1993)

a)

b)

c)

6.5.40 ábra. Lehorgonyzás gyárilag kiöntött védőcsőben (Tokyo Rope, 1993) a) ékes véglehorgonyzási mód b) csavarmenetes véglehorgonyzási mód

6.5.41 ábra. Lehorgonyzás gyárilag kiöntött védőcsőben – ékes véglehorgonyzási mód, csoportosan elhelyezett feszítőbetétek (Machida, 1997)

123/165


6.5.4.9 Véglehorgonyzási módszerek gyártók és termékek szerint Az alábbiakban a teljesség igénye nélkül mutatunk példákat az előzőekben részletezett véglehorgonyzási módszerekre gyártók és termékek szerint. Ékes véglehorgonyzás

6.5.42 ábra Arapree® AFRP feszítőbetét polimer ékes lehorgonyzása

6.5.43 ábra Carbon-Stress® CFRP feszítőbetét súrlódásos-ékes lehorgonyzása

6.5.44 ábra FiBRA® AFRP feszítőbetét acél ékes lehorgonyzása

124/165


Kúpos-ékes véglehorgonyzás

6.5.45 ábra Parafil® AFRP kötél kúpos-ékes lehorgonyzása Lehorgonyzás védőcsőben

6.5.46 ábra Leadline® CFRP feszítőbetét ékes lehorgonyzása alumínium védőcsővel Lehorgonyzás habarccsal kiinjektált védőcsőben

6.5.47 ábra Technora® AFRP feszítőbetét lehorgonyzása habarccsal kiinjektált védőcsőben

125/165


Lehorgonyzás gyárilag kiöntött védőcsőben

6.5.48 ábra CFCC® CFRP feszítőbetét lehorgonyzása gyárilag kiöntött védőcsőben

6.5.4.10 Véglehorgonyzási módszerek – kísérleti eredmények A következőkben röviden összefoglaljuk az eddigiekben bemutatott véglehorgonyzó elemekkel kísérletileg tapasztalt jellemzőket. A véglehorgonyzó elemek típusait az előzőek sorrendjében tárgyaljuk. Ékes véglehorgonyzás

Nanni et al. (1996) vizsgálatai szerint a 6.5.42 ábrán bemutatott polimer ékekkel az Arapree® feszítőbetétek húzószilárdságának mindössze mintegy 40%-a horgonyozható le. A vizsgálatok alatt a feszítőbetét folyamatos megcsúszása tapasztalható. A 6.5.43 ábrán bemutatott súrlódásos-ékes lehorgonyzási módszerrel lehorgonyzott Carbon-Stress® feszítőbetétek (szalagok) szakadásig terhelhetők voltak. Tönkremenetelkor a feszítőbetétek teljesen szétroncsolódtak (Nanni et al., 1996). A 6.5.44 ábrán bemutatott acél ékes lehorgonyzással szintén kifejthető a FiBRA® feszítőbetétek húzószilárdságának megfelelő húzófeszültség. Tönkremenetelkor a feszítőbetétek felületén jelentős károsodás tapasztalható az ékek megcsúszása miatt (6.5.49 ábra) (Nanni et al., 1996).

6.5.49 ábra FiBRA® AFRP feszítőbetét felületi károsodása tönkremenetelkor

A 6.5.50 ábrán kísérleti eredményeket látunk FiBRA® feszítőbetétekkel. A felső diagram a feszítőbetét + lehorgonyzó elem együttes erő – idő összefüggését mutatja. A diagram kezdeti, csekély meredekségű szakaszán az ékek beállása történik meg, ezután a feszítőbetét +

126/165


lehorgonyzó elem rendszer mereven erőt vesz fel. A középső diagram a fajlagos nyúlás – idő összefüggést mutatja. A vékonyabb vonal a feszítőbetét + lehorgonyzó elem rendszer fajlagos nyúlását szemlélteti, ami a terhelő berendezés befogófejei pillanatnyi távolságának és a feszítőbetét kezdeti hosszának a hányadosa. Mivel a terhelési történet konstans terhelési sebességet jelent, ezért ez az összefüggés mindig lineáris. A vastagabban szedett vonal a feszítőbetét fajlagos nyúlását szemlélteti, melyet nyúlásmérőkkel mértek a vizsgálat során. Ékes lehorgonyzás esetén ez nemlineáris. Bármely időpillanatban tekintve, a feszítőbetét nyúlása kisebb, mint ami a terhelő berendezés befogófejei pillanatnyi távolsága alapján meghatározható. Az alsó diagram a feszültség – alakváltozás összefüggéseket mutatja. A nemlineáris görbe a feszítőbetét + lehorgonyzó elem rendszer folyamatosan változó merevségét bizonyítja. Az egyenes feszültség – alakváltozás összefüggés a feszítőbetét viselkedését szemlélteti (Nanni et al., 1996).

6.5.50 ábra FiBRA® feszítőbetét + ékes lehorgonyzó elem viselkedése (Nanni et al., 1996)

127/165


Kúpos-ékes véglehorgonyzás

A 6.5.45 ábrán bemutatott kúpos-ékes véglehorgonyzással 80-90%-a kifejthető a Parafil® aramidszálas kötelek húzószilárdságának (Nanni et al., 1996). A tönkremenetel elsődleges oka az elemi szálak megcsúszása a kúpos-ék környezetében. A lehorgonyzó elem hatékonysága igen erősen függ a kúpos-ék elhelyezési pontosságától.

6.5.51 ábra Leadline® + védőcsöves lehorgonyzó elem viselkedése (Nanni et al., 1996) Lehorgonyzás védőcsőben

A 6.5.46 ábrán bemutatott alumínium védőcsöves ékes véglehorgonyzással teljes egészében kifejthető a Leadline® szénszálas feszítőbetétek húzószilárdsága (Nanni et al., 1996). Amint

128/165


az megfigyelhető a 6.5.51 ábrán, az alumínium védőcsöves ékes lehorgonyzó elem ékeinek beállása igen nagy kezdeti relatív elmozdulás mellett jön létre. A lágy fém védőcső elsődleges szerepe a nagyobb érintkezési felület létrehozása a lehorgonyzó elemben, ezzel az ékek és a feszítőbetét közötti feszültségkoncentráció csökkentése. Alumínium helyett réz védőcsövet is alkalmazhatunk, de az alumínium védőcsövek rendszerint kedvezőbbek (Al-Mayah et al., 2001). Az ékek lehetnek acél, alumínium vagy polimer ékek. Legjobb eredményt acél ékekkel érhetünk el (Al-Mayah et al., 2001). Az ékek felülete lehet felragasztott vasporral érdesített. Végeselemes (FEM) analízissel kimutatták, hogy a legnagyobb keresztirányú feszültségek az ékek és a védőcső találkozásánál ébrednek (Al-Mayah et al., 2001). Ennek jelei (az ékek által okozott benyomódás) a kísérleti vizsgálat során egyértelműen észlelhető. A hosszirányú feszültség maximuma a feszítőbetét és a védőcső találkozásánál lokalizálható, és a védőcső vége felé távolodva csökken (Al-Mayah et al., 2001). A 6.5.52 ábrán ékes lehorgonyzó elemmel befogott védőcsöves lehorgonyzás erő – elmodulás összefüggését láthatjuk (Pinceira-Woyak, 2001). Megfigyelhetjük, hogy a kapcsolat nem-lineáris.

6.5.52 ábra Védőcsöves lehorgonyzó elem erő – elmozdulás összefüggése (Pincheira-Woyak, 2001) Lehorgonyzás gyantával kiinjektált védőcsőben

Gyantával kiinjektált védőcsöves lehorgonyzás esetén a tönkremenetel általában a feszítőbetét védőcsőből történő kihúzódásával következik be. Így a feszítőbetét húzószilárdsága csak megközelíthető. A feszítőbetét + lehorgonyzó elem rendszer erő – elmozdulás összefüggése nem-lineáris (6.5.53 ábra), a relatív elmozdulások folyamatos növekedése miatt. Természetesen a szénszálas feszítőbetétek feszültség – nyúlás összefüggése lineáris (melyet nyúlásmérőkkel mérhetünk) (6.5.54 ábra). A 6.5.53 ábrán megfigyelhetjük azt a kedvező esetet, amikor a feszítőbetét kihúzódása nélkül sikerült elérni a húzószilárdságot (PincheiraWoyak, 2001). Ez megfelelő beágyazási hossz és ágyazóanyag mellett érhető el.

129/165


6.5.53 ábra Gyantával kiinjektált védőcsöves lehorgonyzó elem erő – elmozdulás összefüggése (Pincheira-Woyak, 2001)

6.5.54 ábra A vizsgált szénszálas feszítőbetét lineáris feszültség - alakváltozás összefüggése (Pincheira-Woyak, 2001) Lehorgonyzás habarccsal kiinjektált védőcsőben

Hasonlóan a gyantával kiinjektált védőcsöves lehorgonyzáshoz, a habarccsal kiinjektált védőcsöves lehorgonyzás esetén is bekövetkezhet a tönkremenetel a feszítőbetét védőcsőből történő kihúzódásával. A kedvező viselkedés (ti. a feszítőbetét szakadása) elérhető a megfelelő beágyazási hossz, illetve ágyazóanyag megválasztásával. Technora® aramidszálas feszítőbetét kihúzódásos tönkremenetelét szemlélteti a 6.5.55 ábra (Nanni et al., 1996). 130/165


6.5.55 ábra Technora® aramidszálas feszítőbetét kihúzódásos tönkremenetele Lehorgonyzás hidegen rásajtolt védőcsőben

A hidegen rásajtolt védőcsövek esetén a tönkremeneteli mód háromféle lehet: - feszítőbetét kihúzódása (elégtelen együttdolgozási hossz vagy sajtolóerő esetén), - védőcső megfolyása (elégtelen csővastagság vagy túlzott mértékű sajtolóerő esetén), - feszítőbetét szakadása a védőcsövön kívül (optimális eset). A 6.5.57 ábrán erő – elmodulás összefüggéseket láthatunk hidegen rásajtolt védőcsövek alkalmazása esetén (Pinceira-Woyak, 2001). Mindhárom tönkremeneteli mód megfigyelhető.

6.5.57 ábra Hidegen rásajtolt védőcsöves lehorgonyzó elemek erő – elmozdulás összefüggései (Pincheira-Woyak, 2001) „rod fracture” = feszítőbetét szakadása „rod pullout” = feszítőbetét kihúzódása „sleeve yielding” = védőcső megfolyása

131/165


Lehorgonyzás gyárilag kiöntött védőcsőben

Magától értetődően a legkedvezőbb viselkedést a gyárilag kiöntött védőcsőben lehorgonyzott feszítőbetétekkel (6.5.48 ábra) érhetjük el. Nem szabad azonban elfelejteni, hogy ez a tervezés és a kivitelezés jóval nagyobb pontosságát igényli, hiszen ebben az esetben a helyszínen már nincs lehetőség a lehorgonyzó elemek helyének módosítására. A 6.5.58 ábrán erő – elmodulás összefüggéseket láthatunk gyárilag kiöntött védőcsőben lehorgonyzott feszítőbetétek vizsgálata esetén (Nanni et al, 1996). Megfigyelhető a kedvező lineáris viselkedés, amely a feszítőbetét és a védőcső elmozdulás mentes, merev kapcsolatának következménye. Gyárilag kiöntött védőcsőben történő lehorgonyzás esetén a feszítőbetét húzószilárdsága mindig kifejthető.

6.5.58 ábra Gyárilag kiöntött védőcsöves lehorgonyzó elemek (CFCC® feszítőbetétek) erő – elmozdulás összefüggései (Nanni et al., 1996)

132/165


Vizsgálatok magas hőmérsékleten

Szénszálas, héteres CFCC® feszítőpászmák gyárilag kiöntött védőcsöves lehorgonyzó elemeit vizsgálták magas hőmérsékleten (Tokyo Rope, 1993). A vizsgált lehorgonyzó elemeket a 6.5.38 és 6.5.39 ábrán mutattuk be. A vizsgálatok során a 6.5.59 ábrán látható elrendezést követték. A próbatestek felső végeit elektromos kemencével fűtötték, míg az alsó végek laborhőmérsékleten voltak. A vizsgálat során először laborhőmérsékleten kifejtették a feszítőbetétek húzószilárdságának 60%-át, majd ezen a teherszinten történt a hőmérsékleti terhelés. Az előírt hőmérsékletre való felfűtés minden esetben 30 perc alatt történt meg. Ezt követően 7,5 órán keresztül az előírt hőmérsékleten tartották a feszítőbetétek felső lehorgonyzási zónáját, majd elvégezték a feszítőbetétek húzóvizsgálatát. Így a vizsgálat időtartama 8 óra volt. A lehorgonyzó elemek kapacitásának változását a hőmérséklet függvényében (a laborhőmérsékleten mérhető kapacitás %-ában kifejezve) láthatjuk a 6.5.60 ábrán. Mindkét lehorgonyzó elem esetén jelentős ágyazóanyag-tönkremenetel és kihúzódás volt észlelhető 90°C feletti hőmérsékleten. Az eredmények alapján kijelenthető, hogy a vizsgált lehorgonyzó elemek 80°C-ig képesek funkciójukat 100%-osan ellátni (Tokyo Rope, 1993). befogófej

A)

B)

elektromos kemence

lehorgonyzó elem (csavarmenetes)

lehorgonyzó elem (ékes befogás)

CFCC® 1×7 12,5

Lehorgonyzó elem kapacitása a laborhőmérsékleten mért kapacitás %-ában

6.5.59 ábra. Lehorgonyzás gyárilag kiöntött védőcsőben – vizsgálatok magas hőmérsékleten (Tokyo Rope, 1993)

A)

B)

Hőmérséklet, °C

6.5.60 ábra. Lehorgonyzás gyárilag kiöntött védőcsőben – vizsgálatok magas hőmérsékleten (Tokyo Rope, 1993)

133/165


Vizsgálatok sokszor ismételt terhelés alatt

Al-Mayah et al. (2001) sokszor ismételt terhelés alatt vizsgáltak védőcsőben, ékes véglehorgonyzó elemekkel lehorgonyzott szénszálas (CFRP) feszítőbetéteket. Kísérleti elemeik mindegyikét alumínium védőcsőben horgonyozták le mindkét végén. A próbapálcákon minden esetben alkalmaztak egy 80 kN nagyságú előterhelést, még a sokszor ismételt terhelést megelőzően. A sokszor ismételt terhelést három eltérő átlagos teher és teheramplitúdó mellett végezték: 1) Átlagos teher 70 kN, teheramplitúdó R = Fmin/Fmax = 0,65, 3 Hz frekvenciával, 2) Átlagos teher 60, 65 és 75 kN, teheramplitúdó R = Fmin/Fmax = 0,86, 3 Hz frekvenciával 3) Átlagos teher 60, 65 és 75 kN, teheramplitúdó R = Fmin/Fmax = 0,90, 3 Hz frekvenciával

Maximális teher, kN

A vizsgálatok eredményeit a 6.5.61 ábrán láthatjuk. Megfigyelhető, hogy az első vizsgálati módszernél a tönkremenetel 200 teherismétlési ciklus után bekövetkezett, melynek oka a viszonylag nagy teheramplitúdó volt. A kutatók megállapították, hogy a tönkremenetel viszonylag kis relatív elmozdulás növekedéssel járt, ami igen kedvező (Al-Mayah et al., 2001). A második és harmadik esetben a kisebb teheramplitúdó kedvező hatása egyértelműen megfigyelhető (6.5.61 ábra). 60 kN átlagos teher mellett mindkét esetben tönkremenetel nélkül elérhető volt 2×106 teherismétlés. A teheramplitúdó növelésével a tönkremenetelig elérhető teherismétlési szám egyre csökken.

Teherismétlés száma

6.5.61 ábra.

Sokszor ismételt terhelés hatása védőcsőben lehorgonyzott szénszálas feszítőbetétek teherbírására (Al-Mayah et al., 2001)

134/165


Hivatkozások Abdelrahman, A. A. – Rizkalla, S. H. (1995) “Serviceability of Concrete Beams Prestressed by Carbon Fibre Plastic Rods”, Proceedings of the Second International RILEM Symposium (FRPRCS-2), Ghent 1995, (Ed. L. Taerwe), E  FN Spon, London. pp. 403-412. Abdelrahman, A. A. – Rizkalla, S. H. (1997) “Serviceability of Concrete Beams Prestressed by Carbon-Fiber-Reinforced-Plastic Bars”, ACI Structural Journal, July-August 1997, pp. 447-457. Achillides, Z. (1998) “Bond behaviour of FRP bars in concrete”, PhD Thesis, Centre for Cement and Concrete, Univ. of Sheffield, 1998 – hivatkozva: fib (2000) “Bond of Reinforcement in Concrete”, State-of-Art Report prepared by Task Group Bond Models, August 2000 ACI (1996) “Proposed Design of Concrete Members Reinforced with FRP Rebars”, Draft Document of the ACI, Detroit, USA, 1996 ACI (1997) “Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-95) and Commentary (ACI 318R-95)”, ACI Manual of Concrete Practice, Part 3 – Use of Concrete in Buildings – Design, Specifications and Related Topics, ACI, Detroit, USA, 1997 ACI Committee 440 (1996) “State of art report on fiber reinforced plastic reinforcement for concrete structures”, (ACI 440R-96), ACI, Detroit, USA, 1996 AKZO (1992) “Aragrid®: Non Corrosive Mesh Reinforcement for Brickwork and Concrete”, Technical Data, 1992. Al-Mayah, A. – Soudki, K. A. – Plumtree, A. (2001) “Mechanical Behaviour of CFRP Rod Anchors under Tensile Loading”, ASCE Journal of Composites for Construction, May 2001, pp. 128-135. Bakht, B. – Mufti, A. (1998) “Five Steel-Free Bridge Deck Slabs in Canada”, Structural Engineering International, Journal of the IABSE, SEI Volume 8, Number 3, 1998, pp. 196-200. Bakis, C. E. – Bhat, B. B. – Schokker, A. J. – Boothby, T. E. (2001) „Flexure of Concrete Beams Prestressed with FRP Tendons“,Proc. 5th Int. Symp. FRPRCS-5, pp. 689-697. Balázs L. Gy. (1992) “Transfer Control of Prestressing Strands”, PCI Journal, NovemberDecember 1992. pp. 60-71. Balázs, L. Gy (1993) “Cracking Analysis Based on Slip and Bond Stresses”, ACI Materials Journal, July-August 1993, pp. 340-348. BBR (1996), „BBR Review – Introducing BBR CARBON STAY Technology”, Bureau BBR Ltd., Zurich, Switzerland, November 1996. Bergner, H. (1997) “Rissbreitenbeschränkung zwangbeanspruchter Bauteile aus hochfestem Normalbeton”, Deutscher Ausschuss für Stahlbeton, Heft 482, 1997 Bigaj, A. J. (1999) „Structural Dependence of Rotation Capacity of Plastic Hinges in RC Beams and Slabs“, PhD Thesis, Delft University Press, 1999 Bruggeling, A. S. G. (1996) “The Transmission Length and the Anchorage Length”, State of the Art Report. FIP commission 2. Rapport 150603, 15 April 1996. Buckner, C. D. (1995) “ A Review of Strand Development Length for Pretensioned Concrete Members”, PCI Journal, March-April 1995, pp. 84-99. Calado, L.- Castiglioni, C.A.- Agatino, M.R. (1996) “Experimental and Numerical Evaluation of Bond Stress of Concrete Beams Reinforced by GFRP Bars”, Research report. CEB (1978) “CEB-FIP Model Code 1978 – Design Code”, Comité Euro-International du Béton, Thomas Telford, London, 1978 (CEB Bulletin d’Information No. 124/125.) CEB (1985) “Design Manual on Cracking and Deformations”, CEB Bulletin, Ed. Favre, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suisse, 1985 CEB (1987) “Anchorage Zones of Prestressed Concrete Members – State-of-the-Art Report”, CEB Bulletin d’Information No. 181, 1987

135/165


CEB-FIP (1993) “CEB-FIP Model Code 1990 – Design Code”, Comité Euro-International du Béton, Thomas Telford, London, 1993 (CEB Bulletin d’Information No. 213/214.) CEN (1991) “Eurocode 2: Design of Concrete Structures, General Rules and Rules for Buildings”, European Prestandard ENV 1992-1-1, Dec 1991 Clarke, J. L. (1993) „Alternative Materials for the Reinforcement and Prestressing of Concrete”, Chapman & Hall, London, 1993 Cousins, T. E. – Johnston, D. W. – Zia, P. (1990) “Transfer and Development Length of Epoxy-Coated and Uncoated Prestressing Strand”, PCI Journal, July-August 1990 Crivelli Visconti, I., (editor) (1998), „ECCM-8 European Conference on Composite Materials – Science, Technologies and Applications”, Proceedings, Naples, Italy, June 1998. Deatherage, J. H. – Burdette, E. G. – Chew, C. K. (1994) “Development Length and Lateral Spacing Requirements of Prestressing Strand for Prestressed Concrete Bridge Girders”, PCI Journal, January-February 1994, pp. 70-83. Den Uijl, J. A. (1983) “Tensile Stresses in the Transmission Zones of Hollow-Core Slabs Prestressed with Pretensioned Strands”, Delft University Report 5-83-10, 1983 Den Uijl, J. A. (1998) “Bond Modelling of Prestressing Strand”, ACI SP 180-7, 1998, pp. 145-169. Domenico, N. G. – Mahmoud, Z. I. – Rizkalla, S. H. (1998) “Bond Properties of Carbon Fiber Composite Prestressing Strands”, ACI Structural Journal, May-June 1998, pp. 281-290. Ehsani, M. R. – Saadatmanesh, H. – Nelson, C. T. (1997) “Transfer and Flexural Bond Performance of Aramid and Carbon FRP Tendons”, PCI Journal, V. 42. No. 1, JanuaryFebruary 1997, pp. 76-86. El-Badry, M.M., (editor) (1996), „Advanced Composite Materials in Bridges and Structures”, Proceedings, 2nd International Conference. Canadian Society for Civil Engineering, Montreal, Quebec 1996. Fam, A. Z. – Abdelrahman, A. A. – Rizkalla, S. H. – Saltzberg, W. (1995): FRP Flexural and Shear Reinforcements for Highway Bridges in Manitoba, Canada. Proceedings of the Second International RILEM Symposium (FRPRCS-2), Ghent 1995., L.Taerwe, Editor, E  FN Spon, London. pp. 395…402. Favre, R. – Jaccoud, J-P. – Burdet, O. – Charif, H (1997) “Dimensionnement des Structures en Béton – Aptitude au service et elements de structures”, Presses Polytechniques Universitaires Romandes, EPFL FIP (1975) “Recommendations for Approval, Supply and Acceptance of Steels for Prestressing Tendons”, FIP Publication 15.321, Wexham Springs, 1975, pp. 44. FRP International – Quarterly Technical Paper, Editor S.H. Rizkalla (ACI, ASCE, CSCE, Composite Institute, JCI, ACMBS Network of Canada, ISIS Canada). Volume V., Issue 2, Spring 1997. Fukuyama, H. (1999) “FRP Composites in Japan”, Concrete International, October 1999, pp. 29-32. Grace, N. F. (2000) “Transfer Length of CFRP/CFCC Strands for Double-T Girders”, PCI Journal, September-October 2000, pp. 110-126. Hata, K. (1998) “Single-Span Prestressed Concrete Stress-Ribbon Bridge – Yumetsuri Bridge”, Prestressed Concrete in Japan, Japan Prestressed Concrete Engineering Association, National Report of XIII. FIP Congress, Amsterdam, 1998, pp. 95-98. Head, P. R. (1996), „Advanced Composites in Civil Engineering – A Critical Overview at This High Interest, Low Use Stage of Development”, Advanced Composite Materials in Bridges and Structures, M.M. El -Badry, Editor, Canadian Society for Civil Engineering, Montreal, Quebec 1996. pp. 3-15. ISIS Canada (2000) Homepage: http://www.isiscanada.com

136/165


Japan Concrete Institute (1997), „Non-Metallic (FRP) Reinforcement for Concrete Structures”, Proceedings of the Third International RILEM Symposium (FRPRCS-3), October 1997, Sapporo, Japan. Japan Prestressed Concrete Engineering Association (JPCEA) (1998), „Prestressed Concrete in Japan”, XIII. FIP Congress, National Report, Amsterdam, Holland, 1998 Joh, O. – Wang, Z. – Goto, Y. (1997) “Experimental Study on Bond Cracking Performance of FRP Reinforced Concrete”, Proceedings of the Third International Symposium (FRPRCS-3), Vol. 2., Sapporo 1997., Japan Concrete Institute. pp. 431-438. JSCE (1997) “Recommendation for Design and Construction of Concrete Structures Using Continuous Fiber Reinforcing Materials”, Edited by Machida, Concrete Engineering Series Vol. 23, JSCE, Tokyo, 1997. Karbhari, V. M. (1998) “Sone Viaduct – External Cable Anchor Block”, Use of Composite Materials in Civil Infrastructure in Japan, WTEC Monograph, International Technology Research Institute, World Technology (WTEC) Division, Loyola College, Maryland, October 1998. Liu, S. C. (editor) (2000) “Smart Structures and Materials 2000 – Smart Systems for Bridges, Structures and Highways”, Proceedings of SPIE, Vol 3988, 2000. Lu, Z. – Boothby, T. E. – Bakis, C. E. – Nanni, A. (2000) “Transfer and Development Lengths of FRP Prestressing Tendons”, PCI Journal, March-April 2000, pp. 84-95. Machida, A. (1997) “Recommendation for Design and Construction of Concrete Structures Using Continuous Fiber Reinforcing Materials”, JSCE, Tokyo, 1997. Mahmoud, Z. I. - Rizkalla, S. H. – Zaghloul, E. R. (1999) “Transfer and Development Lengths of Carbon Fibre Reinforced Polymers Prestressing Reinforcement”, ACI Structural Journal, V. 96, No. 4, July-August 1999, pp. 594-602. Mahmoud, Z. I. - Rizkalla, S. H. (1996) “Bond of CFRP Prestressing Reinforcement”, Advanced Composite Materials in Bridges and Structures, (Ed. M.M. El-Badry), Canadian Society for Civil Engineering, Montreal, Quebec 1996. pp. 877-884. Malvar, L. J. – Bish, J. (1995) „Grip Effects in Tensile Testing of FRP Bars”, Proceedings of the Second International RILEM Symposium (FRPRCS-2), Ghent 1995, (Ed. L. Taerwe), E  FN Spon, London. pp. 108-115. Marshall Industries Composites, Inc., (1995), „C-Bar® Reinforcing Rods. The Future of Concrete Reinforcement”, Technical Data. Mattock, A. H. (1962) “Proposed Redraft of Section 2611 - Bond”, ACI Committee 323 Correspondence, 6 December 1962 McKay, K.S. - Erki, M.A. (1992) “Aramid tendons in prestressed concrete applications”, Advanced Composite Materials in Bridges and Structures, Neale, K., Editor, Canadian Society for Civil Engineering, Sherbrooke, Quebec 1992. pp. 221-230. Meier, U. – Meier, H. (1996) „CFRP finds use in cable support for bridge“, Modern Plastics, April 1996, pp. 87-91. Meier, U. (1987) “Proposal for a Carbon Fibre Reinforced Composite Bridge Across the Strait of Gibraltar at its Narrowest Site”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Vol 201 No B2, 1987, pp. 73-78. Meier, U. (2000), „Spannglieder aus CFK”, Proceedings, Massivbau 2000 – Forschung, Entwicklungen und Anwendungen, 4. Münchener Massivbau-Seminar 2000, Technische Universität München, Springer-VDI-Verlag, 2000. pp. 205-216. Mitchell, D. – Cook, W. D. – Khan, A. A. – Tham, T. (1993) “Influence of High Strength Concrete on Transfer and Development Length of Pretensioning Strand”, PCI Journal, MayJune 1993, pp. 52-66. Nanni, A. – Tanigaki, M. – Hasuo, K. (1992) “Bond Anchorage of Pretensioned FRP Tendon at Force Release”, ASCE Journal of Structural Engineering, V.118, No. 10, October 1992, pp. 2837-2854. 137/165


Nanni, A. – Utsunomiya, T. – Yonekura, H. – Tanigaki, M. (1992) “Transmission of Prestressing Force to Concrete by Bonded Fiber Reinforced Plastic Tendons”, ACI Structural Journal, V.89, No. 3, May-June 1992, pp. 335-344. NEDRI Spanstaal BV (1998), „NEDRI Product Range: Carbon-Stress®”, Manual, Venlo, the Netherlands Olesniewicz, A.. (1975) “Statistical Evaluation of Transmission Length of Strand”, Research and Design Centre for Industrial Building BISTYP, Warsaw, 1975 PCI (1998) „Harry H. Edwards Industry Advancement Award Winner – The Taylor Bridge, Headingley, Manitoba, Canada”, PCI Journal, September-October 1998, pp. 21-25. Piggott, M. R. (1980), „Load Bearing Fibre Composites”, Pergamon Press Ltd., Oxford, England, ISBN 008 024 230 8 Pincheira, J. A. – Woyak, J. P. (2001) “Anchorage of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) Tendons Using Cold-Swaged Sleeves”, PCI Journal, November-December 2001, pp. 100-111. Pleimann, L. G. (1991) “Strength, Modulus of Elasticity and Bond of Deformed FRP Rods”, Advanced Composite Materials in Civil Engineering Structures, Proceedings of the Speciality Conference, Las Vegas, Nevada, USA, 1991 Rizkalla, S. H. – Hwang, L. S. (1984) “Crack Prediction for Members in Uniaxial Tension”, ACI Journal, November-December 1984, pp. 572-579. Rizkalla, S. H. – Shehata, E. – Abdelrahman, A. A. – Tadros, G. (1998): The New Generation – Design and construction of a highway bridge with CFRP. Concrete International, June 1998, pp. 35-38. Rizkalla, S. H. – Tadros, G. (1994), „A Smart Highway Bridge in Canada”, Concrete International, Vol. 16., No. 6., June 1994, pp. 42-44. Rostásy, F. (1996) “State-of-the-Art Report on FRP Materials”, FIP Report, Draft, 1996. Unpublished. Rostásy, F. (1996) “State-of-the-Art Report on FRP Materials”, FIP Report, Draft, 1996. Unpublished. Rubinsky, A. – Rubinsky, I. A. (1959), „A Preliminary Investigation of the Use of Fiber Glass for Prestressed Concrete”, Magazine of Concrete Research, Sept. 1959. pp. 71-78. Russell, B. W. (1992) “Design Guidelines for Transfer, Development and Debonding of Large Diameter Seven-Wire Strands in Pretensioned Concrete Girders”, PhD Dissertation, University of Texas, 1992 Scheibe, M. – Rostásy, F. S. (1995) „Aspects of Laboratory Testing to Determine Mechanical Properties of FRP”, Proceedings of the Second International RILEM Symposium (FRPRCS2), Ghent 1995, (Ed. L. Taerwe), E  FN Spon, London. pp. 116-123. Schöck (1997), „Schöck ComBAR®. Betonbewehrungselemente aus Glasfaserverstärktem Kunststoff”, Schöck Bauteile GmbH Manuel Shah, S. P. – Swartz, S. E. – Ouyang, C. (1995) “Fracture Mechanics of Concrete – Applications of Fracture Mechanics to Concrete, Rock and Other Quasi-Brittle Materials”, John Wiley & Sons, New York Sippel, T. (1997) “Modelling of cracking and deflection under long term and cyclic loading”, Serviceability Models – State of the Art Report, Thomas Telford Publications, London, CEB, Bulletin d’Information Nr. 235 Tabatabai, H. – Dickson, T. J. (1993) “The History of the Prestressing Strand Development Length Equation”, PCI Journal, November-December 1993, pp. 64-75. Taerwe, L. – Matthys, S. (1999) “FRP for Concrete Construction: Activities in Europe”, Concrete International, October 1999, pp. 33-36. Taerwe, L. - Pallemans, I. (1995) “Force transfer of AFRP bars in concrete prisms”, Proceedings of the Second International RILEM Symposium (FRPRCS-2), Ghent 1995., L.Taerwe, Editor, E  FN Spon, London. pp. 154-163. 138/165


Taerwe, L., Editor (1995), „Non-Metallic (FRP) Reinforcement for Concrete Structures”, Proceedings of the Second International RILEM Symposium (FRPRCS-2), Ghent 1995, E  FN Spon, London. Tepfers, R., Editor (1997): Bond of non-metallic reinforcement. CEB, TG 2/5 "Bond Models". State-of-the-Art-Report. Draft. Thippeswamy, H. K. et al. (1998), „FRP Reinforcement in Bridge Deck”, Concrete International, Vol. 20., No. 6., June 1998, pp. 47-50. Thippeswamy, H. K. et al. (1998), „FRP Reinforcement in Bridge Deck”, Concrete International, Vol. 20., No. 6., June 1998, pp. 47-50. Tokyo Rope (1993), “Technical Data on CFCC®”, Tokyo Rope Mfg. Co., Ltd. Manual, Tokyo, October 1993. Wang, Z. – Goto, Y. – Joh, O. (1997) “Bond Characteristics of FRP Rods and effect on Long Term Deflection of Concrete Beams”, Proceedings of the Third International Symposium (FRPRCS-3), Vol. 2., Sapporo 1997., Japan Concrete Institute. pp. 389…396. Zia, P. – Mostafa, T. (1977) “Development Length of Prestressing Strands”, PCI Journal, September-October 1977, pp. 54-65. Zou, X. W. – Gowripalan, N. – Gilbert, R. I. (1997) „Transmission Length of AFRP Tendons in Concrete Beams”, Proceedings of the Third International Symposium (FRPRCS-3), Vol. 2., Sapporo 1997., Japan Concrete Institute. pp. 703-710.

139/165


7. Utólagos hőszigetelés anyagai (Dr. Józsa Zsuzsanna)

Utólagos hőszigetelésre általában meglévő épületek felújításakor kerül sor. Ekkor - szerencsés esetben - mindenre kiterjedő épületdiagnosztikai vizsgálattal határozzák meg a tartószerkezet, az épületszerkezetek, szakipari szerkezetek és épületgépészet állapotát, és döntenek a komplex rekonstrucióról. Az épületenergetikai korszerűsítés megtervezésének része az utólagos hőszigetelés. Mértéke lehet „csak” az érvényes hőtechnikai szabályozás előírásainak teljesítése, de annál több is. Új épületek esetén hamarosan nagyon fontos lesz a kellő hőszigetelés, mert az Európai Parlament úgy döntött, hogy 2019-től minden Európai Unióban építendő épület annyi energiát termeljen, mint amennyit felhasznál. EU cél 2020-ig: . 20%-kal kevesebb szén-dioxid kibocsátás …………………. 20%-kal több megújuló energia …………………. 20%-kal magasabb energiahatékonyság Már elkezdődött az energiatudatos épületek építésére való átállás, a jövőben pedig majd csak a passzívházak továbbfejlesztett változataira kaphatunk építési engedélyt (nullenergiás ház, pluszenergiás ház, autonómház) – az éves energiaigényt a 7.1. ábra szemléltetei.

7.1 ábra. Különböző épületek éves energiaigénye

 passzívház: megfelel a darmstadti Passivhaus Institut szigorú követelményrendszerének, így a hagyományos építésű házaknál garantáltan 80-90%-kal kevesebb rezsiköltséggel fenntartható, mert éves szinten az energiaigénye nem haladja meg a 15 kWh/m2-t.  nullenergiás vagy rezsi nélküli ház: annyi energiát képes előállítani, mint amennyit felhasznál. Nem kell rezsit fizetni.  pluszenergiás vagy energiatermelő ház: több energiát képes termelni, mint amennyit elfogyaszt. A felesleges energiát el lehet adni.  autonómház: a közművektől teljesen függetlenül képes működni akár a puszta közepén. Nincs rezsi, csak teljes önellátás kizárólag megújuló energiaforrások felhasználásával. http://bauland.hu/valodi-passzivhaz/mit-var-el-az-europai-unio-2019-tol-az-uj-epuletektol/

140/165


A helyiségeket határoló felületek – falak, padló, mennyezet – hőmérséklete meghatározó a komfortérzet szempontjából. A helyesen alkalmazott hőszigetelés – az energiamegtakarítás mellett – döntően befolyásolja a helyiségben tartózkodók hőérzetét, életminőségét, emellett segít megóvni az épület állagát. Egészséges és komfortos környezet csak megfelelő hőmérséklet- és légnedvesség-viszonyok mellett jöhet létre. Szakszerűen alkalmazott hőszigeteléssel a felületi páralecsapódás, nedvesedés, penészesedés, valamint az esztétikai jellegű felületi károsodások mind megelőzhetők. Az épület hőszigetelésénél a nagy lehűlő felületek (falak, födémek, padlók) mellett fokozott figyelmet kell fordítani a szerkezeti és geometriai hőhidak: épületlábazatok, födémkoszorúk, áthidalók, attikafalak, radiátor falfülkék, ablakkávák, vasbeton pillérek, oszlopok, falcsatlakozások, stb. kialakítására. Ennek elmulasztása nemcsak jelentős hőveszteséget, hanem felületi páralecsapódást, penészesedést, esztétikai károsodást, komfortcsökkenést eredményez. A hőszigetelés gazdaságossági és környezetvédelmi szempontból egyaránt megtérülő beruházás. Az elvárt eredmények teljesüléséhez elengedhetetlen a jó minőségű, hatékony, hosszú élettartamú hőszigetelőanyagok szakszerű alkalmazása. Az épületszerkezetek intenzív hőszigetelése a fűtési energiafelhasználás csökkentésén, ezáltal a keletkező káros anyagok kibocsátásának mérséklésén keresztül fontos szerepet tölt be a környezet védelmében. A környezetvédelmi szempontok, a belső terekkel szemben támasztott építtetői igények, olyan épületek építését teszik szükségessé, amelyek kellemes lakóklímát biztosítanak, és üzemeltetésük során alacsony energiafelhasználást tesznek lehetővé. Az épületek értékét, élettartamát jelentős mértékben növeli a minőségi anyagokkal készített homlokzat. A megfelelő vakolatrendszer kiválasztása során figyelembe kell venni az épület adottságait, hőtechnikai-, páratechnikai jellemzőit, valamint egyedi igényeket. A hőszigetelő anyagok jellemzően könnyű anyagok, nagy része a természetben előforduló és mesterségesen előállított anyagokból gyártott heterogén szerkezetű, kis térfogatsúlyú építőipari termékek. Többnyire szilárd vázból és levegővel kitöltött pórusokból, kapillárisokból épülnek fel. A pórusok szerkezete lehet teljesen nyitott, részben nyitott és zárt, lehetnek szálas, vagy habosított anyagok. A hőszigetelő anyagok legfontosabb jellemzője a kis hővezetési tényező. [1] Az általános gyakorlat szerint hőszigetelő anyagnak tekinthetők azok az anyagok és termékek, amelyeknek (+10 °C középhőmérsékleten mért) hővezetési tényezője nem haladja meg a λ = 0,15 W/mK értéket. Hatékony hőszigetelő anyagnak tekinthetők azok az anyagok, amelyeknek (+10 °C középhőmérsékleten mért) hővezetési tényezője a λ = 0,06 W/mK értéknél alacsonyabb. A hővezetési tényező értéke függ a hőszigetelő anyag kémiai összetételétől, molekuláris szerkezetétől, a szilárd fázis mennyiségétől, a porozitástól, a testsűrűségtől, valamint a beépítési körülményektől, többek között a hőmérséklet, a nedvességtartalomtól és a társító (borító-, bevonó- és kasírozó-) anyagok fajtáitól. A hőszigetelő anyagok tulajdonságait alapvetően a szerkezeti felépítés határozza meg. Az anyagszerkezet legfontosabb sajátossága pedig a nagy porozitás. A hőszigetelő anyagok, illetve termékek összes műszaki jellemzőit a pórusszerkezet mennyisége és minősége szabja meg. [2] Hőszigetelő anyagokkal szemben támasztott legfontosabb követelmények: - hővezetési tényező kicsi legyen - páradiffúziós jellemző - fizikailag és kémiailag legyen stabil, tartós - rágcsálók ne károsítsák - ne gombásodjon - lehetőleg ne legyen higroszkópos - ne lépjen fel korrózió a hőszigetelő anyag és a vele érintkező egyéb anyagok között - szükség esetén legyen terhelhető

141/165


A vizsgálatokhoz szükséges elemek számát, a próba mennyiségét szabvány írja elő. Szálas termékeknél a kasírozást, varrott termékeknél a tűzést szemrevételezéssel kell ellenőrizni. A testsűrűséget a méretekből, és a tömegből kell számítani. Az összenyomhatóságot azzal a nyomással mérjük, ami ahhoz szükséges, hogy egy meghatározott vastagságcsökkenés bekövetkezzen. Ez a beépítés, szállítás, és a tárolás miatt fontos. Mivel a szigetelőanyag, és a szigetelendő felület közt a kapcsolat nem szakadhat meg ezért fontos a rugalmasság. Az alkalmazási hőmérséklethatár az a határ, amikor a próbatest vastagságcsökkenése a próba során eléri, a 10%-ot. A hővezetési tényező a hőszigetelő anyagok legfontosabb jellemzője. Nagysága függ: - az anyag kémiai, ásványi összetételétől - fizikai felépítésétől - porozitásától, és a pórusok felépítésétől - testsűrűségtől - az alkalmazási körülményektől (hőmérséklet, nedvességtartalom) A nagy pórusú anyagok hővezetési tényezője nagyobb, mint a kis pórusúaké. Amennyiben az anyagokat nedvesség éri, a hővezetési érték rohamosan csökken, mivel a víz hővezetési tényezője 25-szerese a levegőének. Vizsgálni kell még, az éghetőséget, a páradiffúziós tényezőt, gáz, és habbeton termékeknél a nyomószilárdságot, és a fagyállóságot. A 7.1 táblázat a hőszigetelő anyagok felosztását tartalmazza ásványi eredetük szerint, a 7.2 táblázat a szálas és műanyag hab szigetelések tulajdonságainak összehasonlítását, a 7.3 táblázat pedig a különböző anyagok alkalmazási hőmérséklettartományát. 7.1 táblázat. Hőszigetelő anyagok felosztása ásványi eredetük szerint Szervetlen Ásványgyapot, kőzetgyapot Azbeszt Pórusos gipsz Duzzasztott perlit Üveggyártmányok: habüveg üveggyapot üvegszáltermékek Kerámiakötésű: kőszivacs kovaföld rioporit Mészkötésű: gázszilikát habszilikát Cementkötésű: gázbeton habbeton perlitbeton pórusbeton, sejtbeton

Szerves Műanyag habok polisztirol hab expandált extrudált poliuretán hab polietilén hab Pórusos gumi Parafa: expandált parafa szupremit Faszármazékok fagyapot farost tőzeg Cellulóz, hullámpapír Növényi eredetűek len, kender,gyapot kókuszrost, nád, szalma, Állati eredetűek: selyem, gyapjú

142/165


7.2 táblázat. Szálas és műanyag hab szigetelések tulajdonságainak összehasonlítása: Típus Tulajdonság Anyagszerkezet

Szervetlen szálas hőszigetelő anyagok nyílt→szálas

Szerves műanyag habok

Vegyszerállóság Páradiffúziós ellenállás Éghetőség Hangszigetelés Hangelnyelés Kezelhetőség

általában jók kicsi ált. nem éghető nem jó nagyon jó nehéz (szúr)

többnyire zárt →extrudált (XPS): zárt →expandált(EPS): időlegesen zárt változó (oldószerek) nagy ált. éghető (önkioltó is van) nem jó nem jó könnyű

Hideg oldali alkalmazás (pl. hűtőház)

tilos

jól használható

7.3 táblázat. A hőszigetelő anyagok alkalmazhatóságának hőmérséklettartománya Az alkalmazás hőmérséklet-tartománya - 20 °C –tól + 70 °C

melegipari + 900 °C-ig

félig tűzálló + 1100 °C-ig tűzálló + 1400 °C-ig hűtőház - 30 °C-ig

Hőszigetelő anyag fajtája

üveggyapot, ásványgyapot, műanyag habok, duzzasztott perlit üveggyapot + 450 °C-ig, ásványgyapot + 700 °C-ig, rioporit + 900 °C-ig, azbeszt + 800 °C-ig tűzálló rioporit idomok, tűzálló kovaföld idomok, könnyű samott, kaolingyapot tűzálló szilikát és kerámiaszál szigetelések, könnyű samottok zárt pórusú műanyaghabok, expandált parafa, zárt pórusú habüveg

A következőkben a legfontosabb hőszigetelő anyagok jellemzőit foglaljuk össze. Műanyag habok Poliuretánhab PUR A poliuretán kemény hab duroplasztikus, nagymértékben térhálósított, nem olvasztható műanyag. A poliuretánhab szigetelőanyag blokkokból készült táblák, előformázott hab- és integrálhab elemek, vagy a helyszínen habosított hab formájában kerül beépitésre. - 180 ° és +100 °C közötti üzemi hőmérsékleten alkalmazható, forró bitumennel való ragasztás esetén a hőterhelés rövid ideig a +250 °C-os hőmérsékletet is elérheti. Túlnyomórészt zárt cellás szerkezettel rendelkezik, a zárt cellatartalom meghaladja a 90 %-ot. Éppen ezért a poliuretán kemény hab hangszigetelésre nem alkalmas. 3 Testsűrűsége általában 30 és 100 kg/m között változik.

143/165


A poliuretán kemény hab jó szigetelési képességeit a zárt cellába zárt hajtógáz igen alacsony hővezetési tényezőjének (0,0079 W/mK) köszönheti, amíg ez a zárt cellában van, hővezetési tényezője elérheti a 0,02 W/mK értéket is (+10 °C középhőmérsékleten mérve). Páradiffúziós ellenállási számuk a magas zárt cellatartalom miatt meglehetősen magas, 30 és 100 között van. A napfény ultraibolya sugárzása károsítja a poliuretánhabot, ezért fényvédelemről minden esetben gondoskodni kell. Az oldószereknek ellenáll, híg savak, ásványolaj-származékok nem károsítják, jól tűri az ipari, erősen szennyezett levegőt is. Nem korhad, nem penészedik, kémiailag semleges. Égési tulajdonságai nem kedvezőek, a könnyen éghetőtől a nehezen éghetőig többféle típust forgalmaznak. Az önmagában vizsgált poliuretán kemény habok nem tűzállóak, de segítségükkel, tűzálló építőanyagokkal, tűzálló építőelemek is kialakíthatók. A poliuretánhab keményhabok mechanikai paramétereí erösen függenek a testsűrűségtől, a gyártási eljárástól és a hőmérséklettől (a hőmérséklet emelkedésével csökken a nyomószilárdság). [2] Szórt technológiával meglévő tetőszigetelések is felújíthatók a régi bontása nélkül. Expandált polisztirolhab EPS Az expandált habok habosító adalékot tartalmazó gyöngypolimerből többnyire gőzöléses eljárással két lépésben készülnek. Első lépésben a habosítható polisztirol gyöngyök gőz hatására eredeti térfogatuknak mintegy négyszeresére duzzadnak. Hő hatására a polisztirol meglágyul, és a szemcsék belsejében lévő habosító adalék tágulása következtében a gyöngyszemek felfúvódnak. Második lépésben a megfelelő ideig pihentetett előhabosított gyöngyök ismételt gőzöléssel adott formának megfelelő zárt térben expandálódnak, összetapadnak. A formázás történhet blokkformázással folytonos lemezgyártási vagy formasajtolási eljárással. A testsűrűség alapvetően a gyártáshoz felhasznált alapanyagmolekula súlyától, granulometrikus összetételétől, hajtóanyag tartalmától függ. Az expandált polisztirol habok bizonyos mértékben az idő függvényében változtatják méretüket, zsugorodnak. A habanyagok előállítása során a formából való kivételt követően 24 órával a zsugorodás mértéke 1 % is lehet, mely később fokozatosan csökken. A zsugorodás a felület-térfogat aránytól függően hetekig-hónapokig is eltarthat. Az anyag hőtágulási együtthatója 20 °C és 80 °C közötti hőmérsékleten a testsűrűségtől csaknem független. Az expandált polisztirol habok 98 %-a egyenletes eloszlású mikrocellákba zárt levegő. Az expandált polisztirol hab döntő többségében zárt sejtszerkezetű, így kapilláris szívóhatása gyakorlatilag nincs, de víznyomás hatására néhány térfogat-százaléknyi vizet felvehet. Minden térfogatszázalék vízfelvétellel a hővezetési tényező kb. 4 %-kal nő. Ezért minden szerkezetben, rétegfelépítésben úgy kell a habanyagot elhelyezni, hogy lecsapódás ne keletkezzen. A testsűrűség növekedésével csökken a habanyag vízfelvevő képessége és pára áteresztőképessége, nő a páradiffúzióra vonatkozó ellenállási száma. A habanyag ellenáll csaknem minden olyan anyaggal szemben, amely vízben oldódik, ellenáll az alifás alkoholoknak, híg savaknak, lúgoknak, sóoldatoknak, illékony komponenst nem tartalmazó bitumeneknek. Szerves oldószerekkel, szénhidrogénekkel, klórozott szénhidrogénekkel, ketonokkal és észterekkel szemben nem ellenálló. Ezek az anyagok alkotóelemei a legtöbb lakknak, ragasztónak és néhány tisztítószernek. Vízmentes savak (pl. jégecet,salétromsav, kénsav) szintén roncsolják a habanyagot. A habanyagot vizes diszperziós ragasztókkal, epoxigyantákkal és oldószermentes bitumennel (70 °C-ig) lehet ragasztani. A A habanyagok két típusa ismert, az égéskésleltető adalékot tartalmazóké, és nem tartalmazóké. Az égéskésleltető adalékot nem tartalmazó, ún. normál minőségű habanyag a könnyen éghető építőipari anyagok csoportjába tartozik. Láng hatására a polisztirolhab meggyullad, és világító, erősen kormozó lánggal ég. Égés közben az anyag megolvad, és

144/165


csepegve tovább ég. Az égéskésleltető adalék megakadályozza, illetve megnehezíti a kisebb tűzforrások hatására történő begyulladást. Ennek ellenére a habanyag meggyújtható és éghető. A habanyag a baktériumok és penészgombák számára nem szolgál táptalajul, az állatok nem tudják megemészteni. Rovarok és rágcsálók élelem vagy fészkelő hely keresése közben megrághatják, vagy fészket rakhatnak benne anyagok. [2] Példaként az EPS lemez szabványosan megadott műszaki jellemzői:

Extrudált polisztirolhab XPS Az extrudált habok habosító adalékot nem tartalmazó polisztirol granulátumból készülnek. Előállításuk olyan széles résű speciális extruderben történik, amelyben a plasztifikálási zónában vezetik a megömlött polisztirolhoz a habosító adalékot és mihelyt az anyag elhagyja a szerszámot, az adott matricának megfelelően felhabosodik. Az éghetőségi tulajdonságokat égéskésleltető adalék alkalmazásával lehet beállítani. Az extrudált polisztirol habok nedvesség áteresztő képessége kisebb, a mechanikai tulajdonságok és a hőszigetelő képesség kedvezőbb az expandált polisztirol habokhoz képest. Az anyagszerkezeti kialakításból adódóan az extrudált polisztirolhab benyomódásra nem érzékeny, felülete folytonos, sima tapintású, fagyálló anyag. Korhadásmentes, ellenálló a természetben elforduló normál savakkal, lúgokkal és sóoldatokkal szemben. Bitumennel szemben nem érzékeny, szerves oldószerek, lágyítók megtámadják. Nehezen éghető, anyaga lobbanásgátló adalékot tartalmaz. [2]

145/165


Példaként az XPS lemez szabványosan megadott műszaki jellemzői:

Polietilénhab PE A polietilén hab freonmentes technológiával, kémiai térhálósítással és habosítással készül. A környezetet nem szennyező eljárás során kémiai habosító anyag, kis mennyiségű peroxid,valamint polietilén granulátum felhasználásával olyan keverék előállítására kerül sor, melyben hő hatására elsőként a térhálósító szer bomlik el, kialakul a térhálós szerkezet, majd a hajtóanyag felhabosítja a polietilént, amely a folyamatos eljárás végén hablemez formájában jelenik meg. Az így készült különböző térfogat-sűrűségű polietilén habtermékek zárt cellaszerkezetűek. A zárt cellaszerkezet következtében kiváló hő, rezgéscsillapító és kopogóhang elnyelő tulajdonságokkal rendelkeznek. Rendkívül jó párazárók, nedvességre nem érzékenyek. A különböző oldószerek, zsírok, alkoholok, továbbá gyenge savak és lúgok hatásának kiválóan ellenállnak. Baktérium állóak, nem tartalmaznak olyan anyagokat, melyek a penészgombák elszaporodásához tápanyagul szolgálnak. Rovarok és rágcsálók nem támadják meg. A kémiai térhálós polietilén habok kedvezőbb mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek a nem térhálós polietilén haboknál. A polietilén hab élelmiszerrel közvetlenül nem érintkezhet, de a szálas szigetelő anyagokkal ellentétben élelmiszeripari alkalmazása megengedett.

146/165


A polietilén habok oldószeres ragasztókkal jól egymáshoz ragaszthatók. A habtermékek hőlégfúvóval, elektromos fűtésű pákával vagy hegesztő bárddal jól hegeszthetők. A polietilén habok ultraviola sugárzással szemben nem ellenállóak, ezért szabadtéri alkalmazásánál UV-álló védőburkolattal kell ellátni (pl. alufólia, festékréteg). A polietilén habok műanyagbázisú festékkel jól festhetők. A polietilén habok vákuumformázhatók, anyagukban színezhetök. Önmagukkal és különböző anyagokkal (műanyag fólia, alufólia, textil, bőr, fílc, papír, stb.) hőlaminálás útján társíthatók.(2) Szilikátszálas szigetelőanyagok

A nyersanyagot megolvasztják, majd 4-12 mm átmérőjű elemi szálakból álló halmazt hoznak létre. A szálakból kötőanyag nélkül (ömlesztett szálak, zsinórok, paplanok), vagy kötőanyagot tartalmazó (nemez, lemez, csőhéjak) termékek készülnek. A salakgyapot alapanyaga a kohósalak. Ömlesztett laza, vagy feldolgozott formában került forgalomba. A házgyári panelek középső szigetelőrétege volt. A kőzetgyapot vulkáni, és üledékes kőzetből gyártott szálas anyag. Alapanyaga a bazalt, diabáz stb, amit üledékes kőzet adagolásával korrigálnak, a keverék olvadékából előállított üveges szerkezetű szálakból, hőre keményedő, (általában fenol-formaldehid) kötőgyantával előállított termékek. Testsűrűségük: 40–220 kg/m3 között, hővezetési tényezőjük 0,032–0,042 W/mK értékek között van általában. Elsősorban nemez, és lemeztermékeket készítenek ezekből. Külső belső válaszfalak, födémek, és tetők szigetelésére használják. Az üvegszál alapú termékeket szinte minden esetben üveggyapot, speciális üvegreceptúrák alapján állítják elő, kemencében 1400-1500 C-on. Üveggyapot szálas hőszigetelő anyagok: Jó minőségű, finomra őrölt üveg, nyersanyagok (pl. homok, földpát, szóda, nátrium-szulfát, egyéb adalékok) homogén keverékének olvasztásával és szálazásával előállított üveges szerkezetű szálakból hőre keményedő műgyanta kötéssel gyártott termékek. Testsűrűségük: 10–110 kg/m3 között, hővezetési tényezőjük 0,031–0,04 W/mK értékek között van általában. Az üvegszálas termékeknek három alcsoportjuk van: 1. Üveggyapotból készült hő, és akusztikai anyagok 2. Üvegszál fátylak, és nemezek (tapéta, padlóburkoló) 3. Textil üvegszál termékek (műanyag szálerősítés, villamos szigetelés) Az üveggyapot termékekkel csaknem valamennyi szigetelési probléma megoldható. A különböző finomságú szálakból műanyagkötéssel szigetelő termékeket állítanak elő. Felületüket páradiffúzió, és nedvesség elleni védelemmel látják el. Az üveges szerkezetű szilikátszálak vízzel oldhatatlanok, vegyszerállóak. Az ilyen termékek, nyitott pórusszerkezetük miatt, vízbehatásnak kitett helyen nem alkalmazhatók! Ugyanakkor, alacsony páradiffúziós ellenállásuk jó átszellőzést biztosít, és lehetővé teszi kisebb nedvességhatások vagy páralecsapódás esetén a vízhatás megszűnte utáni kiszáradást. A szilikátszálak éghetetlenek. A kőzetgyapot szálak károsodása 650 °C körül, az üveggyapot szálaké 400 °C körül következik be. A termékek alkalmazási hőmérsékletét a kötőgyanta tulajdonságai határozzák meg. A fenol-formaldehid műgyanta kötésű szilikátszálas termékek 250 °C-ig alkalmazhatók. A különböző hordozó, borító, steppelő anyagok ezt az értéket befolyásolhatják. Megjelenési formájuk szerint a gyártmányok lehetnek: ömlesztett szálak, kötőanyag nélküli, csomagolt termékek, tekercselt filcek, paplanok, táblák, formára alakított termékek (csőhéjak). Fő felhasználási területük a jó átszellőzést igénylő szerkezetek (magastetők, szerelt homlokzatok), a tűzrendészetileg szigorúbb besorolású épületek szerkezeteinek (lapostetők, homlokzatok) és magas hőmérsékletű épületgépészeti elemek (forró víz- és gőzvezetékek, tartályok) hőszigetelése.

147/165


Felhasználási területeik:  Könnyű nemezek lakóház tető hőszigetelésre  Alufóliás réteggel kezelt lemezek ipari tetők hő, és hang szigetelésére  Lépésálló keménylemezek tetők, teraszok szigetelésére  Műanyag fóliával kezelt akusztikai lemezek  Hőszigetelő, és akusztikai lemezek Az üvegfátyol felhasználási területei:  Bitumenes fedéllemezek hordozóanyaga, tetőfedő zsindelyek anyaga  Szálas hőszigetelő termékek kasírozó anyaga  Műanyag tapéták, padlóburkolók, vakolatok vázanyaga. Perlittermékek

Alapanyaguk, a duzzasztott perlit. A perlitkőzet kötött vizet tartalmazó, túlnyomórészt üveges fázisú, savanyú vulkáni kőzet, amely meghatározott hőmérsékleten, gyors hevítés hatására eredeti térfogatának többszörösére duzzad. A duzzadás következtében légzárványokat tartalmazó szemcsék keletkeznek. A finomabb szemcse jobb hőszigetelő, de kisebb szilárdságú, a durva szemcsék szilárdabbak, de gyengébb hőszigetelők. A termékskála öt fokozatban a finomtól (szemcseméret 0,0–0,5 mm, halmazsűrűség 40-80 kg/m3) az igen durváig (szemcseméret 1,0–5,0 mm, halmazsűrűség 100-200 kg/m3) áll. Hővezetési tényező: 0,045–0,065 W/mK. Ömlesztett formában csak csomagoltan lehet alkalmazni vízszintes, terhelésnek, utótömörödésnek nem kitett helyeken. A granulált perlit nedvességfelvétele a vegyszeres kezelés következtében csökken, az anyag nem porzik, így jól használható üreges, vagy réteges épületszerkezetek hőszigetelő térkitöltésére. Az ömlesztett perlit szemcsenagyság szerint lehet finom, középfinom, középszemcsés, durva, és igen durva. A nagy vízfelvétel csökkentése érdekében víztaszító perlitet is gyártanak. A duzzasztott perlit alkalmazási területei: - Szigetelő feltöltések - Perlitbeton, perlithabarcs stb. A perlitpaplan polietilénfóliából hegesztett duzzasztott perlittel töltött tömlős huzat. Vasbeton födémek és padlásterek hőszigetelésére használják. A bitumoperlitet ömlesztett formában vagy lapok alakjában állítják elő. Vízszintes, és kis lejtésszögű tetők hőszigetelésére, lejtést adó rétegnek készítik Habüveg

A habüveg porózus szivacsszerkezetű üvegtermék. Zárt pórusai miatt víz, és párazáró, valamint fagyálló. A megolvasztott üveget fémformában nagy hőmérsékleten habosítják, a keletkező gázok hatására 10-12 szeresére duzzad. Jól alakítható, -200, és +450 fok között, meleg, és hidegszigetelésre egyaránt használható. Méret, és formatartó, mikroorganizmusok, és férgek számára nem jelent táptalajt, és tűzálló. Agyaggyártmányok Rioporit: Kerámiakötésű hőszigetelő, mely duzzasztott perlitből, és agyagból áll. Kemence falazatok építésére, csővezetékek kazánok szigetelésére használják. Kőszivacs: Téglaipari agyagból égetik, melyhez pórusképzés miatt fűrészport, széndarát kevernek. Falazatok, és födémek szigetelésére használják. Kovaföld: Agyagból, és kovaföld őrleményből készül, hagyományos téglaipari eljárásokkal. Kazánok, kemencék tűzálló bélése mögött használják.

148/165


Fatermékek

A fagyapot lemezek gyártása során faforgács szálakat cementkötéssel kapcsolják egymáshoz. A lemezek így szilárdak, és rugalmasak lesznek. Páradiffúziós ellenállásuk igen kicsi. Jó hangelnyelő képesség jellemzi ezeket. Egyéb hatékony hőszigetelő anyagokkal társítva hőszigetelő szendvicselemek készülnek belőle. Expandált parafa: Az egyik legősibb anyag, mely hidegszigetelésre is alkalmas. Alapanyaga a parafa tölgy kérgéből nyert 350-380°C-on, nyomás alatt, gőzben expandált parafa, amit a saját gyantatartalom ragaszt össze. Belső falak, padlók szigetelésére használják, valamint födémek kopogó hang gátlására. Hőszigetelő habarcsok, vakolatok

A hőszigetelő habarcsok duzzasztott perlitből, különböző kötőanyagok (cement, mészhidrát, gipsz stb.), valamint habosító- és egyéb adalékszerek hozzáadásával, üzemi körülmények között, ellenőrzött minőségben előállított száraz keverékek. A felhasználás során, az építkezésen csak az előírás szerinti víz adagolásával és megfelelő ideig történő keveréssel kell homogenizálni a habarcsot, vagy vakolatot. A hőszigetelő falazóhabarcsok testsűrűsége kb. 700 kg/m3, az alapvakolatoké 450–550 kg/m3. Hővezetési tényezőjük: 0,1–0,18 W/mK. Ezek az értékek a szokásos hőszigetelő anyagok hővezetési tényezőinek három-négyszeresei, tehát azonos hőszigetelés eléréséhez három-négyszeres vastagságban kellene a vakolatokat felhordani (1 cm szálas, vagy műanyaghab hőszigetelésnek 3-4 cm hőszigetelő vakolat felel meg). Mivel a hőszigetelő vakolatok alkalmazási vastagsága behatárolt, egy rétegben maximum 2 cm, összesen maximum 5 cm vastagságban hordhatók fel, ebből értelemszerűen következik, hogy ezen anyagok nem elsősorban a régi, hőtechnikailag gyenge falazatok (B30, 25-ös, 38-as téglafalak, kőfalak stb.) utólagos hőszigetelésére hivatottak, hanem a korszerű falazóelemek hőtechnikai képességeinek maximális kihasználására. A modern falazóblokkok kiváló "k" értékei csak hőszigetelő habarccsal falazva érhetők el. Hőszigetelő habarcsok házilagos keverését nem javasoljuk, mivel annak minősége nem éri el az üzemben előállított termékek minőségét, semmilyen műszaki paramétere nem ellenőrizhető és nem kérhető számon.

7.2 ábra. Energianyereség transzparens hőszigeteléssel

149/165


Transzparens hőszigetelések

Új anyagról és új szerkezeti elvről van szó, mert ez esetben a napfény által közölt hősugárzás egy része behatol a homlokzaton elhelyezett speciálisan kiképzett hőszigetelésbe, és továbbítódik a fal felé. Tehát ezzel a napenergiát hasznosítjuk fűtésre, de lehetőleg csak télen, azaz csak az alacsonyan sütő napsugarakat kell beengedni (nyáron védeni kell árnyékoló előtetőkkel, ferde cellákkal a transzparens hőszigetelésben). A cellás üveg vagy fényáteresztő anyag hátsó felére fekete anyagot tesznek, ez nyeli el a napsugárzást, és melegíti vele a falazatot. A külső felületen való megjelenése átlátszó hőszigetelés. Az energiahasznosításnak főleg a téli hónapokban van jelentősége, amint azt a 7.2 ábra mutatja. Egy ilyen szerkezet felépítését és működését mutatja a 7.3 ábra.

7.3 ábra. A transzparens hőszigetelés felépítése és működése Transzparens hőszigetelések alkalmazása

Egy épület tömör falát passzív hőtárolós napkollektorrá alakíthatunk a külső oldalára szerelt transzparens hőszigeteléssel. Ezzel csökkenthető a hőveszteség, és bizonyos körülmények között összességében hőnyereséget eredményezhet az épületben. Ilyen alkalmazásokhoz több, 150/165


párhuzamos rétegből álló, méhsejt szerkezetű, átlátszó gyöngyökből képzett rétegek, vagy aerogélek használhatók.[11]

7.4 ábra. Tömegfal transzparens hőszigeteléssel [12]

A transzparens hőszigeteléseknek az alábbi tulajdonságokkal rendelkeznek:  Nagy fényáteresztő képesség  Kis sugárzásos hőveszteség  Gyenge hővezetés  Konvekciót megakadályozó, és ezzel a hőveszteségeket tovább csökkentő szerkezet Ezeknek a tulajdonságoknak a kihasználásával születtek meg olyan transzparens hőszigetelő elemek, amiknek a hőátbocsátási tényezőjük kisebb, mint 1 W/m2K, fényáteresztő képességük pedig 70% feletti. [13] A nyáron kialakuló hőtágulás miatti káros mozgások elkerüléséhez kiegészítő árnyékoló szerkezetre, a fal és a hőszigetelés között légrésre, intelligens üvegezésre, illetve ezek kombinációira van szükség. Transzparens hőszigetelések szerkezete

A transzparens hőszigetelések különböző szerkezeti kialakítással készülhetnek. Közös tulajdonságuk az átlátszóság abban a hullám-tartományban, amit a hőszigetelés mögötti szerkezetnek el kell nyelnie. Felépülhet a transzparens hőszigetelés a fal síkjával párhuzamosan elhelyezett rétegekből. Ez működése szempontjából azonosan viselkedik több, a fal elé (vagy akár napkollektorokra) szerelt üveglapokkal. Ekképpen működhet továbbá fal elé rögzített cellás polikarbonát lemez is. Előnye, hogy tetszőlegesen választható mechanikai rögzítéssel egyszerűen szerelhető, vagy akár cserélhető. Hátránya, hogy a beérkező sugárzás egy részét elnyeli és kifelé sugározza, csökkenti a hasznosítható beérkező sugárzást.

151/165


7.5 ábra. Méhsejt szerkezetű transzparens hőszigetelés [14] (A: transzparens hőszigetelés; B: fal síkja; C: hőszigetelés légüregeinek iránya)

A méhsejt szerkezetű hőszigetelést az elnyelő felületre merőlegesen rögzítik (7.5 ábra). Így a beérkező sugárzás többszörös visszaverődésekkel az elnyelő felületre jut. Rögzíteni lehet ragasztással, kasírozással. A fallal párhuzamos szerkezetűhöz képest a beeső sugárzás nagyobb része jut át a hőszigetelésen, azonban kevésbé véd a sugárzásos hőveszteségek ellen, ezért ajánlatos egy fedő üveg-, vagy más transzparens lemezzel fedni. Lehet ezeken kívül üveglapok közötti granulátumot, illetve szilikagélt is használni, amik egymástól elválasztott légzárványokkal szigetelnek. A szerkezet teljesítményét befolyásoló két paraméter a szigetelés vastagsága és a fényáteresztő képesség. Minél vastagabb, annál jobb hőszigetelő, ugyanakkor egyre rosszabb fényáteresztő. Minél jobb a fényáteresztő képessége, a beérkező napsugárzás annál nagyobb hányadát hasznosíthatja a szerkezet. A tájolástól, éghajlattól és a helyi viszonyoktól függően kell ezen paraméterek optimális értékét meghatározni. Transzparens hőszigetelések anyaga

Transzparens hőszigetelések anyaga lehet üveg. Ekkor vagy üvegtáblaként, vagy granulátumként lehet felhasználni. Az üvegtábla használattól függően különböző kialakítást kíván. Napkollektoroknál és különböző szoláris alkalmazásoknál cél a napsugárzás minél nagyobb hányadát átjuttatni az elnyelő felülethez. Erre a legmegfelelőbbek a színtelen, kis vas-tartalmú üvegek. Hagyományos alkalmazásoknál a hőveszteséget csökkentő bevonatok és szerkezetek mellett cél még az átjutó sugárzás csökkentése, hogy a belső tereket védje a túlmelegedés ellen. Ilyenkor jól teljesítenek az anyagukban színezett, kisebb fényáteresztő képességű üvegek. Transzparens hőszigetelések készülhetnek továbbá különböző átlátszó műanyagokból, mint például akril (plexi), polikarbonát vagy polipropilén. Az ezekből gyártottak készülhetnek kapillárisok összeépítésével, extrudálással vagy filmképzéssel. [14]

152/165


Alapanyag lehet még szilikagél, aminek körülbelül 90%-a légzárvány, ennél fogva szintén jó hőszigetelő. A megfelelő anyag kiválasztásakor figyelembe kell venni, milyen hatásoknak lesz kitéve. Ilyen például a hőmérséklet-ingadozás, az anyag hőtágulása és a rögzítés módja. Műanyagoknál fontos szempont az UV-állóság illetve a lágyulásuk hőmérséklete. Szoláris alkalmazásoknál fontos, hogy a spektrum felhasználni kívánt hullám-tartomány egészére, és ne csak a látható tartomány számára legyen átlátszó az anyag. A transzparens hőszigetelést célszerűen a homlokzaton foltokban elhelyezni, főleg ott, ahol geometriai hőhidak vannak egy szerkezetben. (sarkok, fal és födémbekötések.) Ugyanis ezen a módon csökkenthető a hőhidak káros hatása. Hivatkozások (1) Tóth Kálmán, Bakos József, Wöeres László: Ipari és építőipari hőszigetelések vizsgálata (2) Horváthné Pintér Judit, Dr Laczkovics Zoltán: Építészeti hőszigetelő anyagok (3) Tervezési Téma Sorozat: Víz-,hő-, hangszigetelések (4) www.austrotherm.hu (5) www.polifoam.hu (6) www.foak.hu (7) www.archicentum.hu (8) www.styrofoam.hu (9) http://www.freeweb.hu/mesimmomix/hosziget.html (10) http://www.fatelep.ich.hu/epitesi_hoszigetelo_anyagok.html (11) John A. Duffie, William A. Beckman: Solar Engineering of Thermal Processes ISBN o-471-51o56-4 John Wiley & Sons, 1991. (12) Transparent Insulation for Utilizing Solar Energy ZAE Bayern http://www.zae-bayern.de/a2/pdf/ti_system_en_poster.pdf (13) http://europa.eu.int/comm/energy_transport/atlas/htmlu/envintro.html (14) Douglas I. Milburn: Honeycomb Transparent Insulation with Improved Insulating Ability U.S. Patent No.: US 6,699,559 B1 2004.03.02

153/165


8. Kőrekonstrukció anyagai (Dr. Szemerey-Kiss Balázs) 8.1 Bevezető

Lepusztult, tönkrement kőzetek helyreállításának igénye nem csak a modern társadalmak sajátossága. A kőzetek javítása, folyamatos ápolása, alakítása az ókori kultúrákkal egyidős. A restaurálás, renoválás kezdete egyidős azzal, amikor a Homo sapiens elkezdett tárgyakat készíteni, melyek ha károsodtak, meg kellett javítani (Oddy 1992). Krétán már az i.e. II évezredből van adatunk a tárgyak tisztításáról, helyreállításáról, de Michelangelo is egészített ki ókori emlékeket – persze nem feltétlen az eredetiségre törekedve (Balázsy 1999), illetve Thorvaldsen is restaurálta az aiginai dór templom oromzati alakjait. A technikák és az elvárások azóta is folyamatosan alakulnak, módosulnak, azonban sérült kőzetek helyreállítása ősidők óta két alapvető eljárás szerint készült: betétezéssel és kőkiegészítő habarcsokkal. A technika fejlődésével az évezredes hagyományok alapvetően nem változtak (betétezéskiegészítés), azonban újabb tudományos eredmények alapján a már bevált eljárások, anyagok még használhatóbb, időállóbb, jobb kompatibilitással rendelkező eredményre vezethetnek. A XXI. században éppen úgy szükségszerűvé válhat egy-egy erőteljesen erodált, sérült, hiányos természetes kőzet – adott esetben eredeti darab –, vagy annak egyes részletének cseréje, illetve rekonstrukciója, akárcsak a korábbi évszázadokban, évezredekben. Függetlenül attól, hogy a műtárgy díszítő, vagy tartó/statikai céllal jött létre, több ok befolyásolhatja a teljes kőcserét, kőrekonstrukciót (8.1 kép forrása: http://indafotobig.blog.hu/2010/11/18/a_margit_hid_felujitasa_4)

8.1. kép Margit híd felújítása, Budapest, 2010-2013. A 3. déli pillér, elpusztult Herkules szobra teljes rekonstrukcióval készült el.

Alapvetően két eltérő eljárással lehet ezt a gyakorlatban megoldani: 1. a teljes kőzet cseréjével, vagy (részleges megoldásával) betétezésével, továbbá 2. a hiányzó rész pótlása valamilyen plasztikusan kezelhető kiegészítő anyaggal.

154/165


Azt, hogy egy kőzet esetén melyiket érdemes választani, legtöbb esetben az adott feladat határozza meg, de a következő részletezés során látható válik, hogy sok egyéb tényező is befolyásolja azok alkalmazását (idő tényező, anyagi lehetőségek, stb.). Egy védett érték restaurálása során ezek a szempontok esetenként megkérdőjelezhetők, mivel az aktuális feladatot mindig szakmai, racionális érvek határozzák meg (pl.: statikai indokok, restaurátor etikai kérdések, stb.). 8.2 Kőcsere - betétezés 8.2.1 Kőcsere

A kőcsere első hallásra elég egyszerűnek tűnik. Lecseréljük a kőzetet egy másikra. Természetesen ha a feladatot csupán felszínesen közelítjük meg, akkor is további kérdések merülnek fel: pl. „Milyen kőzetre cseréljük? Mi az elvárás? Ugyanolyanra, egy „szilárdabbra“, egy azonos „megjelenésűre“, stb.?“ Az első kérdés teljesítését (azonos kőzet beszerzését) nehezíti az a tényező, hogy nem lehetünk biztosak abban, hogy az esetleg századokkal korábban létrehozott műtárgy alapanyagául szolgáló kőzet bányája üzemele-e még, folyik-e ott kitermelés, vagy létezik-e még azzal azonos megjelenésű, minőségű kőanyagot szolgáltató bánya, lelőlhely. Az sem biztos, hogy hasonló vagy azonos kőzet formáció egyáltalán megtalálható valahol a környezetünkben. Más megközelítésben, amikor az eredeti kőzet tulajdonságainak akarunk megfelelőt találni, akkor több szempontot kell figyelembe venni: mechanikai tulajdonságok, kémiai összetétel, időállóság, porozitás, póruseloszlás, pórusaktivitás, hőtágulás, stb). Kérdés továbbá, hogy kell-e ugyanaz a kőzet, vagy annak egy a mai kor elvárásainak jobban megfelelő változatát követeli meg a feladat – például egy időállóbbat? Ide lehet sorolni pl. a budapesti parlament teljes kőcseréje esetén, amikor durva mészkövet forrásvízi mészkővel pótolták (8.2. kép forrása: http://img2.indafoto.hu/2/1/149147_23cc92585eacb29f4df03ed17e222333/15213469_5466ad 7d90f0f635ca8cf683055b9fe5_l.jpg).

8.2.kép Parlament építő és díszítő köveinek cseréje, Budapest, 2012.

Egészen más okból válhat szükségessé a teljes kőcsere, pl. az alkalmazott kőzet tulajdonságainak ismeretének hiányában. A hőtágulás figyelmen kívül hagyása szemmel látható deformációt tud okozni bizonyos kőzettípusok felhasználása során: pl. a Finnlandiatalo mely teljes kőcserére szorult (Alvar Aalto, 1971, 8.3. fénykép forrása: saját és http://www.hel.fi/hel2/ksv/julkaisut/kirjat/ModHKI_en.pdf)

155/165


8.3.kép Helsiniki, Finnország, Finnlandia-talo épületének homlokzati kőelemeinek deformálódása – melyek cseréje azóta megtörtént.

Természetesen előfordul, hogy a károsodott természetes kőzet helyébe nem eredeti kőzetet építenek be, hanem valamilyen műkövet készítenek: pl. beton elemek formájában (oszlopok, áthidalók), esetenkén ornamentális díszítések, illetve portland cementes műkő öntvények formájában (8.4. kép – saját készítésű).

8.4. kép Lakóház erkélyének díszítése – műkő rekonstrukció, Budapest, Astoria, 2004.

A kőcsere, az eltérő kőfelhasználás és a változó megmunkálás természetesen más okokra is visszavezethető. A tervezői kötöttségek és a kor elvárásai, technikai/anyagi lehetőségei szintén befolyásolhatják a végeredmény összképét. Az évtizedekig húzódó restaurálások, építkezések esetében a kor változó igényeinek megfelelő, és a technika lehetőségeit szem előtt tartó, sőt akár meghaladó, Gaudi által tervezett Basílica de la Sagrada Família is szép példa erre (8.5 kép forrása: http://www.eu2011.hu/files/bveu/Sagrada_Familia_Gauds.jpg).

156/165


8.5. kép Basilica de la Sagrada Família, Barcelona, 2012. 8.2.2 Betétezés

Betétezés során a sérült, hiányzó kőzet részletét (8.6. kép – saját készítésű), szabálytalan formáit egyszerűsítik, megmunkálják, azaz lefaragják (8.6.b kép), hogy sík lapokkal határolt hasábbal könnyebben pótolható legyen (8.6.c-d kép).

8.6. kép Betétezés fázisai: a) sérült kőelem; b) a felület előkészítése; c), a betét behelyezése; d), majd a betét körbefugázása

A betétezés során legtöbbször a sérült kő típusával megegyező kőanyagot illesztenek a hiányzó részbe. Sok esetekben az azonos kőzet típusra figyelnek. A betétezés legnagyobb előnye, hogy az alapkőzet mellé egy teljesen azonos kőzetfizikai tulajdonságú kiegészítés kerül. A betétezésnél is – bár ritkán – előfordulhat, hogy a pótlás során előre elkészített műkövet illesztenek az eredeti kő mellé, de ez a ritkább. A betétezés hátránya a magas költségen és a lassabb kivitelezésen kívül az, hogy nagy technikai felkészültséget igényel a feladatot végző személytől (kőfaragótól, restaurátortól; 8.7. kép – saját készítésű)

157/165


8.7. kép Szakszerűtlen betétezések a gyakorlatban, Drezda, Németország, 2014

A betétezés további hátránya, hogy az eredeti kőanyag nagyobb roncsolásával jár. A síklapokkal határolt hasábot egyszerűbb ugyan legyártani és egy megfelelő negatív formába illeszteni (8.6.b-c kép – saját felvétel), de belátható, hogy igen sok a veszteség a síklapokkal határolt felületek kialakításakor. Igen ritka a törési felülethez igazított betétezés (8.8.a kép – saját felvétel), amelynek kivitelezési pontossága legtöbb esetben megkérdőjelezhető (8.8. kép – saját felvétel). Az ilyen, törésfelületre illesztett betéteknek a kivitelezése többszörös anyagiés időráfordítást igényel.

8.8. kép Törésfelülethez, hiányhoz igazított betétezések: a) márvány – Görögország, Olimpia, 2008, b) forrásvízi mészkő – Budapest, Gellért Hotel, 2009

A betét szakszerű rögzítése a betét helyzetétől, a betétezést végző szaktudásától is függ. Sok esetben megoldható csapolás nélkül, amelynek során a befogadó nyílást fogazottan alakítják ki, így az saját magát rögzíti az adott helyen (8.9. kép – saját felvétel) Szakszerűtlenül csapolt betét esetében gondot jelenthet a nem megfelelő, rideg, korrózióra hajlamos csap anyag alkalmazása. Csapok különböző anyagokból készülhetnek: pl. fémből (rozsdamentes acél, titán, réz, stb.), szintetikus anyagokból (poli-tetrafluor-etilén (PTFE), teflon, poliéterketon (PEEK), stb.) valamint kerámiából (alumínium-oxid, szilikon-nitrid, stb.), és újabban szén- és üvegszál erősítésű polimer anyagokból (Hyslop és McMillan 2004). Rögzítésre portland cementes, műgyantás kötőanyagú ragasztókat alkalmazhatnak, azonban ezek mechanikai tulajdonságai, páraáteresztő tulajdonságai általában etérnek mind a kő, mind a betét tulajdonságaitól. Ezért az utóbbi időben már nem használnak a teljes illesztési felületet elzáró ragasztásokat. A betéteket a kedvezőtlen tulajdonságú anyagokkal csak pontszerűen rögzítik, a maradékot pedig plasztikus kőkiegészítővel töltik ki, majd körbefugázzák.

158/165


8.9. kép Szakszerű korábbi kőbetét (zöld színnel jelölve), illetve szakszerűtlen betét helyének előkészítése (piros), Drezda, Németország, 2014. 8.3 Plasztikusan kezelhető kőkiegészítő anyagok

A kőkiegészítő habarcsok alkalmazása során a hiányzó területet kikenik, feltöltik valamilyen képlékeny anyaggal, amely a hozzáadott víz, megfelelő hőmérséklet és légköri körülmények, stb. hatására megszilárdul (8.10 ábra – saját felvétel). A plasztikusan kezelhető kőkiegészítők esetében elméletileg az eredeti kőzet nem pusztul a beavatkozás során.

8.10. kép Kőkiegészítő habarcs alkalmazásának elvi fázisai: a) sérült kőelem fészkelése; b) és a hiány pótlása kőkiegészítő habarccsal.

Ki kell azonban emelni, hogy a legtöbb beavatkozás előtt a felületet előkezelni kell, amely ha kis mértékben is, de az eredeti kőzet további roncsolásával jár. Az előkezelések közé tartozik a fészkelés is, amit szinte minden termékleírás és gyártó javasol (8.10.a és 8.11.b kép – saját felvétel). Fészkelés: célja, hogy a felhordott habarcs mindenütt vastagabb legyen, mint 1 mm. Jelentése: a hiányzó és az ép terület határvonalának kőfaragó technikával történő megmunkálása, amely a kőkiegészítő anyag nullára futását akadályozza meg. Nullára futás: arra az esetre mondják, amikor a kiegészítés szélein a habarcs elvékonyodva találkozik az eredeti kőzettel (< 1-2 mm). Legtöbb esetben ilyenkor gyors nedvességvesztés lép fel, amely az anyag repedezésével, kiégésével jár együtt – ez a habarcsok szilárdságcsökkenését és tartósságának romlását eredményezi. Oka a hidratációs folyamatok félbeszakadása.

159/165


Plasztikus kőkigészítő anyagokkal bármilyen szabályos és szabálytalan hibafelület javítható, az egyszerűbb élektől (8.10. kép) a sarkokon át (8.11. kép) a bonyolultabb formákig (8.12. kép – fotó: Bánfi Gábor okl. kőszobrász restaurátor felvétele).

8.11. ábra Sérült, hiányos sarok (a) javítása; fészkelése (b); majd kigészítése habarccsal (c).

A felületen jelentkező hiány pótlására szerves, szervetlen esetleg vegyes kötőanyagú habarcsot is alkalmazhatnak. A habarcshoz különböző adalékanyagokat keverhetnek a rugalmasság, a szilárdság, az állékonyság, stb. növelésére, és nem utolsó sorban a felhasználhatóság javítása céljából. A plasztikus kőkiegészítő anyagok használata egyre szélesebb körben terjed el, a betétezés szerepe pedig folyamatosan háttérbe szorul. Nagyobb hiányok esetén is előszeretettel alkalmazzák a plasztikus kőkiegészítő anyagokat, mivel a termékskála folyamatosan bővül. Léteznek öntőhabarcs változatok is, amelyekkel teljes motívumok, fejezetek, tagozatok, vagy akár szobrok másolása is megoldható az eredetiről vett negatív segítségével (8.13. kép – Fotó: Osgyányi Vilmos okl. kőszobrász restaurátor felvétele).

8.12. kép Hiányos, sérült ornamentika javítás előtt (a), illetve habarcs használata után (b). Szentendre, 2010.

160/165


8.13. kép Szent Péter apostol eredeti (jobbra) és másolatának (balra) szobra Jákról.

Ilyen esetekben az eredetit védett helyen – múzeumban, templomtérben, lapidáriumban, stb. – kiállítják, így csak a másolat lesz a környezet roncsoló hatásainak kitéve. Másolat készítésével és beépítésével praktikussága, megfizethetősége és rugalmas alkalmazhatósága miatt, éppúgy külföldön és itthon egyaránt találkozhatunk. 8.4 Kőkiegészítő habarcsok típusai kötőanyaguk alapján

A kötőanyaguk alapján a kőkiegészítő habarcsok három főbb csoportra oszthatók: 1/ásványos, 2/szerves és 3/ vegyes kötőanyag tartalmúak. Az ásványos csoportba tartozó kőkiegszítők közül a legfontosabbak: mész, cement, trasz, kovasavészter, kolloid állapotú szilikaszol, stb. Ezek a legtöbb esetben nem önállóan szerepelnek, hanem esetleg egy másik kötőanyaggal együtt, meghatározott százalékban keverve. A kötőanyaghoz töltőanyagot (homok, kőőrlemény, stb.), rugalmasságot, szilárdságot (szénszál, fibrinszál, stb.) és megjelenést módosító (pigment, színes ásvány, stb.) adalékokat keverhetnek. A kovasavészteres és vizes kolloid, szilikaszol kötőanyagú kiegészítés főleg homokkövekre alkalmazható (nagy SiO2 tartalom esetén). Ha a kvarctartalom kicsi, akkor a kötőanyag a kőzettel csupán fizikai kapcsolatot tud létesíteni, kémiai kötés nem alakul ki. Ezért mészkövekhez néhány kivételtől eltekintve kevésbé alkalmazható. Az újonnan kifejlesztett változatai – több esetben – jobb eredményt mutattak, mint kőszilárdító anyagok. Sőt újabban kőzúzalékkal ellátva kőkiegészítőként is alkalmazzák (Pápay és Török 2007, 2008). A hazai durvamészkövek maximum 3-4 m% kvarcot tartalmaznak. Korábbi hagyományos kovasavészteres kiegészítéses kísérletek során megállapították, hogy a szilikagél híd csak kis távolságban (maximum 10 μm) képes kötést létrehozni. A módosított, kolloid, szilikaszol kötőanyag már nagyobb távolságokat tud 161/165


áthidalni (300 μm), így jelentős szilárdító hatást tud kifejteni még durva mészköveknél is, azonban kiegészítésre még nem használják igazán. Vulkáni tufákkal (riolit- és riodácit tufa esetében) egyes kovasavészter alapú anyagok jó kötést biztosítanak és szilárdságnövekedést eredményeznek (Forgó et al. 2006, Stück et al. 2008). Az így módosított kiegészítés zsugorodása is kisebb, mint a hagyományos kovasavészteres kiegészítésé. Újabban tömött mészkövekhez alkalmaznak cink-oxidos kőőrleményt, amelyet cink-kloriddal kevernek felhasználáskor (pl. Bazilika, Hencsei és Török 2007). Szintén száraz, zsákolt habarcsként forgalmazzák, melyet felhasználáskor a cink-kloriddal kevernek (pl. Bazilika, Hencsei és Török 2007). A felhordáskor figyelni kell arra, hogy az eredeti kőzet lehetőleg légszáraz legyen. A nedves kőzeten alkalmazott kiegészítés a felületre nem tapad megfelelően, ezért legtöbb esetben a felhordás után a megszilárdult kiegészítés elválik a kőzettől. A szerves kötőanyagú kiegészítő habarcsok csoportjába tartoznak a polivinilacetát, poliuretán, akrilgyanta, epoxigyanta, poliészter, stb. alapú kőpótlók. Leginkább az epoxigyantákkal találkozhatunk a piacon és a gyakorlatban, mivel a többihez képest összességében jobb tulajdonságokkal rendelkeznek. A kereskedelmi forgalomban előszeretettel alkalmazzák a poliésztereket is, főleg alacsony áruk miatt. Napfény hatására azonban színük megváltozik, és ridegebbek lesznek. Léteznek már UV-álló változatok is, de nagy felületeken nem célszerű alkalmazni azokat, mert párazáróként viselkednek. A műgyanta kötőanyagú kiegészítéseket leginkább márványok és áttetsző kövek javításához használják, mert ezekkel az anyagokkal lehet leginkább imitálni a márványos felületet (Kriston 2000). 8.5 Kőkiegészítő habarcsokkal szemben támasztott követelmények

A kőkiegészítő anyagokkal szemben támasztott elvárásaink listája mérnöki és restaurátor szemmel nézve is szigorú. A kiegészítő anyagoknak meg kell felelniük a következő korántsem teljes - felsorolásban szereplő követelmények mindegyikének: - a habarcsnak a kiegészítendő kőzet kémiai és ásványos összetételét a lehető legjobban meg kell közelítenie, - nem tartalmazhat oldható sókat, lúgokat, de savas kémhatása sem lehet (az alkalmazott pHnak felhasználás után sem szabad eltolódni egyik vagy másik irányba), - UV állónak kell lennie, azaz a sugárzás hatására nem változhat meg sem a megjelenése, sem egyéb fizikai, kémiai tulajdonsága, - abszorpciós tulajdonságainak azonosnak, vagy közel azonosnak kell lennie, mint a sérült kőnek, - porozitásának, póruseloszlásnak, valamint páradiffúziós ellenállásának közel azonosnak kell lennie a kezelt kőzetével, - nyomó-, hajlító- és húzó és tapadószilárdsága, valamint rugalmassági modulusa nem térhet el jelentősen a kiegészítendő kőzetétől, - a kőzet és a habarcs vízfelvétele és vízfelszívó képessége nem térhet el jelentős mértékben, - a kiegészített rész és az eredeti kő hőtágulási együtthatójának, hővezető képességének és nedves környezetben történő duzzadásának közel azonosnak kell lennie, - az esztétikai tulajdonságainak és annak időbeni változásának hasonlónak kell lennie, - felhasználhatósága, illetve bedolgozhatósága megfelelő legyen. 8.6 Kőkiegészítő habarcsok és műemléki kőanyagok inkompatibilitása

A kőkiegészítő habarcs felhasználhatóságát nagymértékben befolyásolja a habarcs fajtája, a felhasználás körülménye (hőmérséklet, nedvesség, páratartalom, előkezelés, utókezelés, stb.), valamint az emberi tényező (szaktudás mértéke/hiánya). Néhány általánosan használható 162/165


javaslat alapján elkerülhetjük a kőkiegészítők felhasználása, alkalmazása során fellépő inkompatibilitást: - a hőmérséklet emelkedésével a bedolgozhatósági idő csökken (habarcsok felhasználása +5°C és +20-25°C közötti tartományban ajánlott), - a habarcshoz készítéskor hozzáadott víz mennyiségének növekedésével a zsugorodás mértéke és a repedezésre való hajlam nő (földnedves konzisztenciájú habarcs készítése javasolt), - bedolgozás előtt a habarcsokat pihentetni, állni szokták hagyni (10-15 percre), - elő és utókezelés hiánya szilárdság csökkenést és repedezettséget eredményezhet (Főleg melegebb klimatikus viszonyok között a környezet is száríthatja a szilárduló habarcsot, de a kiegészítendő kőzet is elszívhatja a nedvességet a frissen felhordott anyagból. Ilyen körülmények között a klinkerásványok hidratációs folyamatai idő előtt megszakadhatnak, amelyek teljes kiszáradás után, utántáplálással már nem indíthatók újra el, ezért lép fel szilárdságcsökkenés), - az elégtelen nedvességtartalom a hidratációs folyamatok alatt nem csak a szilárdságot befolyásolja, de a pórusok struktúráját is megváltoztaja, valamint a repedezettségre való hajlamot is növeli (Klisinska-Kopacz 2010, Siegesmund és Snethlage 2011), - meszes habarcsok bedolgozhatósági ideje többnyire hosszabb, mint a cementes kötőanyagúaké és kezdeti szilárdságuk csekély, - a cementes kötőanyagú kiegészítőkre jellemző a jóval rövidebb fazékidő, amelyhez egy relatív gyors kötési-szilárdulási fázis társul. Több restaurálás során is találkozhatunk olyan cementes habarccsal/kiegészítéssel, mely „rákötött a mesterekre”. A kezdeti lépésként, tömegformáló céllal, durván felhordott kőkiegészítő habarcs, kötés után formálhatatlanná válik, így hordozza a kőműves technika minden lépését (8.14.g kép). - románcement felhasználása helyszíni kőkiegészítésre még annak ellenére is korlátozott, hogy kötési ideje pl. citromsavval módosítható. A habarcs víztartalmának növelésével szokták a folyamatot ellensúlyozni, de többnyire kisebb sikerrel. Leginkább öntvények, másolatok készítéséhez lehet használni a kőrestaurálás területén. - sokszor a kőzetek és a kiegészítések közötti különbségek szemrevételezéssel is megállapíthatók, de nem kell restaurátor végzettség ahhoz sem, hogy a szakszerűtlen kivitelezéseket észrevegyük (8.14.e-f kép). A kiegészítések, betétezések sok esetben repedezettek, eltérő struktúrát és/vagy színt mutatnak. A gyengébb minőségűek, vagy rosszul rögzítettek a felülettől elemelkednek, repedezettek és kotyognak. Ilyen esetben a kiegészítés, de rosszabb esetben a kőzet, azaz az eredeti felület tönkremenetele is felgyorsulhat. Földnedves habarcs: A habarcsok gyártói által javasolt 10:1,3 és a 10:1,8 közötti habarcs-víz tömegarányú bekeverését jelenti. Csak az általuk javasolt keverési arányban bedolgozott habarcs vislkednek úgy, ahogy az a gyártók által megadott biztonsági adatlapokon olvasható. Ettől eltérő esetekben a tulajdonságok változnak (leginkább romlanak – repedezettséget, szilárdság csökkenést eredményez stb.). A gyártók legtöbb esetben a termékeken, biztonságtechnikai adatlapokon jelölik a bedolgozáshoz javasolt földnedves állapothoz szükséges víz mennyiségét.

163/165


8.14. kép Szakszerűtlen példák kőkiegészítésre: a) kváderfelület sikertelen kialakítása – több négyzetméteres darabokban estek le a táblák dilatációs fuga hiányában – a habarcs inkompatibilitása is lehetséges (Budapest); b) „félbehagyott/befejezetlen” fugázás (Göttingen); c) négyzetméternyi, vékonyan felhordott habarcs repedezik, kinyílik – (Budapest); d) a szagatott vonallal jelölt kiegészítés körvonalán kívül látható a gúzolás nyoma évekkel a restaurálás után (Göttingen); e-f-g) dilettáns, inkompatibilis kiegészítések (Budapest); h) inkompatibilis restauráló habarcs (Mád).

164/165


8.7 Felhasznált irodalom

Balázsy TÁ (1999) Műtárgyak, restaurálás és tudomány. Közgyűjtemények és a Tudomány Konferencia, 1999.07.01. http://www.ace.hu/ Forgó LZ (2008) Vulkáni tufák konzerválása, PhD értekezés, BME, Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék, pp. 116 Hencsei J, Török Á (2007) A Szent István bazilika felújítása és kőanyagának vizsgálata. Kő 2007/4 34-38 Hyslop E, McMillan A (2004) Replacement sandstone in the Edinburgh world heritage site: Problems of soures and supply. in: Kwiatkowski D, Löfvendal R (szerk) Proceedings of the 10th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone, ICOMOS Sweden, Stockholm Vol II/777-784 Klisińska-Kopacz A, Tišlova R, Adamski G, Kozłowski R (2010) Pore structure of historic and repair Roman cement mortars to establish their compatibility. Journal of cultural Heritage 11:404-410 Kriston L (2000) A kő és vakolatrestaurálás alapismeretei. MKE, Budapest pp 113-119 Oddy A (1992) The art of conservator. Trustees of the British Museum, London pp 8 Pápay Z, Török Á (2007) Evaluation of the efficiency of consolidants on Hungarian porous limestone by non-destructive test methods. Central European Geology 50/4:299-312 Pápay Z, Török Á (2008) Three consolidants and three porous limestones: testing the effectiveness of consolidants on Hungarian porous limestones from Sóskút quarry, in terms of physicomechanical properties. In: Lukaszewicz J, Niemcewicz P (eds) Proceedings of the 11th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone. Nicolaus Copernicus University Press, Torun I:717-724 Siegesmund S, Snethlage R (2011) Stone in Architecture, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, ISBN 978-3-642-14474-5, pp 97-126 Stück H, Forgó LZ, Siegesmund S, Rüdrich J, Török Á (2008) The behaviour of consolidated volcanic tuffs: weathering mechanisms under simulated laboratory conditions. Environmental Geology DOI 10.1007/s00254-008-1337-6. Internetes források

http://indafotobig.blog.hu/2010/11/18/a_margit_hid_felujitasa_4 http://img2.indafoto.hu/2/1/149147_23cc92585eacb29f4df03ed17e222333/15213469_5466ad 7d90f0f635ca8cf683055b9fe5_l.jpg http://www.eu2011.hu/files/bveu/Sagrada_Familia_Gauds.jpg

165/165

BMEEOEMMAT4 Rekonstrukció anyagai. Előadók: Dr. Borosnyói Adorján Dr. Józsa Zsuzsanna Dr. Seidl Ágoston Dr. Szemerey-Kiss Balázs

Recommend Documents