A cikk szerzője:

Fülöp Zoltán híd- és alépítményi szakértő
MÁV Zrt.

Szálerősítésű betonszerkezetek vasúti alkalmazhatósága (2. rész) – Szálerősítésű betonok jellemző tulajdonságai

A szálerősítésű betonszerkezetek vasúti alkalmazhatósága sorozat első részében a szálerősítésű betonok történeti áttekintésével, a MÁV Zrt.-nél alkalmazott beton- és vasbeton termékek bemutatásával, valamint e szerkezeteket érő hatásokkal és követelményekkel foglalkoztam. Ezúttal a különböző anyagú szálakat mutatom be, valamint a szálerősítésű betonok jellemző, a szokványos betonokhoz képest eltérő tulajdonságait ismertetem.


A húzószilárdság vizsgálatát végezhetjük tiszta húzásként, kiszélesedő végű húzó próbatesten vagy hasító vizsgálatként hengeres próbatesten. Ø = 150 mm és ℓ = 300 mm hosszú hengereken végzett kísérletek alapján a hasító-húzószilárdság jelentős növekedése tapasztalható 0,5 és 1,0 V% acélszál-adagolás esetén (4. ábra) [1].
A 4. ábrán láthatjuk az eredményeket, ahol 1 V% acélszál adagolásánál a hasító-húzószilárdság minimum megkétszereződik a szálerősítés nélküli betonhoz képest. 

4. ábra. Hasító-húzószilárdság növekedése acélszálak alkalmazása esetén

Szívósság 

A szálak alkalmazásának egyik elsődleges célja, hogy javítsuk a beton energiaelnyelő képességét, amely az erő-lehajlás vagy a σ–ε függvény integráljával jellemezhető. A megnövelt szívósság jelenti egyúttal a duktilitás, a fáradási szilárdság és a lökésszerű teher alatti teherbírás növekedését is. A szívósság jellemzésére a szívóssági indexet használjuk. A szívóssági index definíciója az ASTM C–1018 szerint az erő-lehajlás ábra területe az első repedés megjelenésekor a mért lehajlás 3-, illetve 5,5-szereséig (és így tovább) osztva az első repedésig kapott ábra területével (ez utóbbit tekintik a rugalmas energiarésznek). Így kaphatók az I5 és I10 stb. jelű szívóssági indexek (5. ábra).

5. ábra. A szívóssági index (I5 és I10) meghatározása hajlított gerenda terhelőerő lehajlás ábrájából. A, B, C és D eltérő száltartalmú szálerősítésű betonok [1]

Ez a definíció természetesen kiterjeszthető húzott és nyomott elemre is. Kutatók használják a szívóssági indexet a szálerősítésű és a szál nélküli betonok teljes erő-elmozdulás ábrája alatti területek hányadosaként is. A szívóssági index jól felhasználható a felkeményedő tulajdonság jellemzésére. Kampós végű vagy hullámos acélszálakkal kedvezőbb szívósság érhető el, mint a sima acélszálakkal. A műanyag szálak rugalmassági modulusa kisebb, mint az acélé és a betoné. A repedések megjelenése után kis száltartalom esetén az ellenállás csökken. Nagyobb száltartalom esetén azonban növekedhet, de jelentős alakváltozások, illetve lehajlások ébrednek a szükséges húzóerő felépítéséhez. Azonos száltartalom esetén az acélszállal készült szerkezetek energiaelnyelő képessége nagyobb, mint a műanyag szálakkal készülteké [1].
A szál nélküli és a szálerősítésű betonok nyomó vizsgálati eredményeiből (6. ábra) az is kiolvasható, hogy a szálmennyiség növelésével nő a törési összenyomódás és a σ–ε ábra alatti terület, ami az anyag – már említett – szívósságának, vagyis az energiaelnyelő képességének növekedésére utal.

6. ábra. A törési összenyomódás és az energiaelnyelő képesség növekedése a száltartalom növelése esetén
A 6. ábrán láthatjuk, hogy szálerősítés esetén a nyomószilárdság emelkedése kimutatható, de csak kis mértékben emelkedik, addig az alakváltozó képesség jelentősen megnő. A szálerősítéssel készült betonok így kevésbé ridegek, megnő az energiaelnyelő képességük. A szívósság pozitív változása mellett a szálerősítésű betonok ellenállóbbak lesznek a sokszor ismételt lökésszerű terhelésnek, és ez a tulajdonság szintén kiemelten fontos a vasút területén. 

Sokszor ismételt és lökésszerű terhelés

Mind az acél, mind pedig a műanyag szálak növelik a beton fáradási szilárdságát. Wu, Shivaraj és Kamakrishnan hajlító vizsgálatai során kapott Wöhler-diagramot a 7. ábra mutatja 0; 0,5; 1,0; 1,5 V% acélszáltartalom esetén.
A 7. ábrán látható, hogy már kis (0,5 V%) acélszál-adagolás mellett is megnő a beton fáradási szilárdsága. Azt is láthatjuk, hogy az ismétlésszám emelkedésével ez a pozitív hatás fokozódik. Összehasonlítva az 1 V% acélszál-adagolású betont a szál nélküli betonnal, a következőket látjuk: alapesetben az 1 V% acélszál-adagolású beton max. hajlítási feszültsége kétszeres, a szál nélküli beton max. hajlítási feszültségéhez képest. Addig a 106 ismétlésszám esetén ez pozitívan változik. Ekkor az 1 V% acélszál-adagolású betonnak a max. hajlítási feszültsége már háromszorosa a szál nélküli betonéhoz képest.

7. ábra. A fáradási szilárdság növekedése acélszáltartalom növekedése esetén [1]
Összegezve a szálerősítés hatásának kifejtését, az ismertetett szakirodalmi adatok alapján látható, hogy előnyösen változik a szálerősítésű betonok tulajdonsága. A száltípusok közül az acélszálak hatásait emeltem ki. Elmondható, hogy acélszál alkalmazása esetén a nyomószilárdság kismértékben, de nő, a húzó- és hajlító-húzószilárdság jelentősen nő. Megnő a betonok energiaelnyelő képessége, illetve a sokszor ismételt és lökésszerű teherrel szembeni ellenállás.
E tulajdonságok ismeretében a szálerősítéssel készült betonszerkezetek létjogosultsága a vasút területén nem kérdő­jelezhető meg. Több területen alkalmazása egyenesen javasolt. A sorozat harmadik részében egy hazai, illetve több külföldi példán szeretném bemutatni a megvalósult betonszerkezeteket a vasút területéről, valamint javaslatot teszek a szálerősítésű betonszerkezetek magyarországi vasúti alkalmazására.

A cikk folytatódik, lapozás:« Előző1234

Irodalomjegyzék

  • [1] Balázs L. Gy., Polgár L.: A szálerősítésű betonok múltja, jelene és jövője. Szálerősítésű betonok – a kutatástól az alkalmazásig. Konferenciakiadvány. Szerkesztette: Balázs L. György (1999).
  • [2] Balázs Gy. (2002): Beton- és vasbeton szerkezetek védelme, javítása és megerősítése II. Szerkesztette: Balázs György, Műegyetemi Kiadó, ISBN 963 420 721 9, 71–83. o.
  • [3] Seidl Á., Józsa Zs. és Fűr Kovács I. (2005): Üveg- és műanyag szálak alkalmazása a normál- és könnyűbeton korai zsugorodásának megakadályozására. Beton 2005/05, XIII. évfolyam 6. szám.
  • [4] Száltípusok: Különböző anyagú és típusú szálak. Készítette: Balázs L. György. „Szálerősítésű betonok” konferencia 1999. március 4-5-ei előadások képanyagából.
A teljes cikket megtalálja a folyóirat 2015 / 1. számában.
Ha szeretne rendszeresen hozzájutni a legfrisebb számokhoz, fizessen elő a folyóiratra.
A hozzászólások megtekintéséhez vagy új hozzászólás írásához be kell jelentkeznie!
Sínek Világa A Magyar Államvasútak Zrt. pálya és hídszakmai folyóirata
http://www.sinekvilaga.hu | ©