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隠された革命:複合線は強さを得る

Aug 03, 2020

コンクリートは、長い間、その高い圧縮強度、良好な耐久性と低コストのための建築材料として使用されてきました。しかし、その有名なアキレスのかかとは、その脆さと限られた引張強度です。これは、コンクリート構造物の張力側に鉄筋(鉄筋)を使用することで、約1世紀前にかなり手の問題なく解決されました。鉄骨鉄筋は機能的に効率的で比較的安価なので、ほとんどの場合は良い仕事をします。しかし、鉄筋には、塩、積極的な化学物質、湿気にさらされると腐食(酸化)に対する感受性という独自の弱点があります。それが腐食するにつれて、鉄筋は膨らみ、コンクリートの引張り負荷を増加させ、亀裂とスポールを開始し、鋼およびコンクリートのさらなる迅速な劣化につながる開口部を作り出します。これは、高価な修理とメンテナンスを必要とし、十分に進行することが許されれば、構造の完全性を損なう可能性があります。コンクリートから水分を密封するために何十年にもわたって数多くのコーティングや浸透剤が導入され、鉄筋自体はエポキシコーティングまたはステンレス鋼の使用でアップグレードされています。しかし、長期的に腐食を防ぐことは必ずしも可能ではありません。さらに、電気および磁界を伝導する鉄骨鉄筋のペンチャントは、特定の発電、医療/科学イメージング、原子力および電気/電子アプリケーションに指定されたコンクリートでは望ましくない。

FRP バリュー プロポジション

繊維強化ポリマー(FRP)鉄筋がいくつかのコンクリート構造物で意味をなす理由はたくさんあります。まず第一に、複合レバーは錆びたり腐食したりしませんので、壁、桟橋、桟橋、桟橋、岸壁、ケーソン、デッキ、杭、隔壁、運河、オフショアプラットフォーム、スイミングプール、水族館などの用途で、淡水や塩水に定期的または長期的に浸漬するのに理想的です。また、道路塩やその他の除氷化学物質に対しても免疫があり、道路や橋、駐車場構造、空港滑走路、ジャージーバリア、擁壁や基礎、縁石、パラペット、スラブなど、より耐久性があり、メンテナンスに集中していません。さらに、排水処理プラント、固形廃棄物プラント、石油化学プラント、パルプおよび製紙工場、パイプライン、タンク、冷却塔および煙突、ならびにコンクリート自体のアルカリ環境に見られる他の化学物質のホストに対して広範な耐性を提供します。

もう一つの利点は、FRP鉄筋の引張強度は、通常、鋼よりも1.5〜2倍高いので、コンクリートの高い圧縮強度に対する良好なカウンターバランスです。また、優れた耐疲労性を提供し、環状積載状況(道路や橋など)に適しています。さらに、複合鉄筋は、同等に行う鋼の重量の4分の1である。ここには多くの実用的な利点があります。それを運び、取り付けなければならない建設労働者の消耗が少なく、クレーンやその他の重い持ち上げ装置の必要性が少ない。鋸刃を傷つけることなく、一般的な切削工具で簡単に切断できます。より多くのリバーは、合法的な積載制限を超えることなく、トラック積載ごとに運搬することができます。橋梁や構造物などでは、強度と重量の比率が高いほど、所定の構造に対する運搬能力が大きいか、構造全体のサイズと重量を削減する機会が得られます。複合リバーは、土壌が耐荷重特性が悪い重量感受性アプリケーション、地震活動の場所、または重機を移動することが望ましくない環境に敏感な地域でも有用です。

電磁気に敏感なアプリケーションでは、ガラス(最も一般的な複合鉄筋補強)とポリマーの両方が本質的に非導電性であるため、電流を伝達したり、落雷を引き付けたり、近くの電気機器の動作を妨げたりすることはありません。そのため、アルミニウムおよび銅製錬所、原子力発電所、特殊な軍事構造物、空港タワー、電気および電話伝送塔、電気機器または電話機器を含むマンホール、磁気共鳴画像(MRI)機器を備えた病院、有料道路センシングアレイおよびコレクションブースでより安全な選択になります。ガラス強化複合材料は熱伝達でも同様に貧弱であるため、建物、パティオデッキ、地下室の気候制御を維持するのに役立ちます。

複合鉄筋の初期コストは一般的に標準鋼鉄筋よりも高く、エポキシコーティングされた鉄筋とほぼ同等ですが、ライフサイクルコスト(LCC)ベースで考慮すると、特にフレクリュール、せん断、圧縮ローディングの対象となる非プレストレストコンクリート用途では、頻繁な修理やメンテナンスが必要な場合や、金属に問題がある場合は非常に経済的です。これらすべての理由から、複合製品は徐々に土木市場でシェアを獲得し始めています。



regs なし、進行状況なし

コンポジット鉄筋は1980年代に日本で始まり、熱硬化性マトリックスに炭素とアラミド繊維の補強を加え、1990年代初頭にカナダのプロジェクトにゆっくりと広がった、とアメリカコンポジットメーカーアスンのジョン・ブセルは言う(ACMA、アーリントン、Va.)。しかし、1990年代後半に複合リバーの仕様が開発され、公開されるまで、それは本当に離陸しませんでした。ACMAのコンポジット成長イニシアチブのディレクターであるBuselは、12年間秘書を務め、その後アメリカコンクリート研究所(ACI、ファーミントンヒルズ、ミッヒ)の議長を務めました。委員会440 - FRP補強、その間にグループは、FRP鉄筋のためのその画期的な仕様と設計ガイドを開発しました。

「テストや研究でサポートされていない製品を考え出すだけでは、土木技師には対応できません」とBusel氏は説明します。「彼らを納得させるには多くのデータが必要であり、それには時間がかかる」その現実を考慮して、委員会440は1990年代初頭に設立され、2006年に更新された1999年に出版された最初の版を開発するのに10年近くかかりました。「現在、建築家、エンジニア、請負業者がグローバルに計画に取り入れることができる基準を持っています」とBusel氏は述べ、「ACI 440.1Rは世界で最も有名で最もよく使用されている仕様ガイドの1つであり、間違いなくすべての作業の価値があった」と述べています。

「ACI 440は非常にダイナミックで活発な協会でした」とBuselの長年の同僚ダグ・グレメルは指摘します。「私たちは、世界のどこにも研究を差別していません。それを取り入れてコードに組み込むことができれば、私たちはそれを行います。グレメル — ヒューズ社の非金属強化ディレクター、ヒューズの子会社の取締役アスランパシフィック株式会社(スワード、ネブの両方)。Neb.ベースの複合絶縁コンクリートシステムLLCであるオマハの管理委員会委員長は、「この知識に関しては、所有権の誇りはありません」と付け加えています。

1990年代半ばから後半にかけての科学と経験のこの成長体にもかかわらず、FRPの筋の使用の成長は遅かった。最初の米国のインストールは、1996年までブルックス郡のマッキンリービル/バッファロークリークブリッジに現れませんでした, W. Va. FRPレバーは、カナダの厳しい天候によって引き起こされる腐食に対処するためのデフォルトの解決策となったカナダの高速道路橋コードに含まれた後、最終的に北米で牽引力を得ました.その結果、米国州道路交通当局協会(AASHTO)がガラスFRP(GFRP)コンクリートデッキと交通手すりの使用に関する仕様を開発する作業につながりました。その時点から、米国運輸省(DoT)のエンジニアと指定人は、ACI 440と一緒に行くために独自の設計ガイドを持っていました。その結果、ブセル、カナダ、米国は現在、建設のいくつかの側面でFRPレバーを持つほぼ400の橋を持っていると言います。ヨーロッパのインスタレーションは成長していますが、ペースは遅くなっています。

雇用主であるヒューズ・ブラザーズがFRP REBARのグローバルサプライヤーであるGremelは、この基準が品質保証の客観的な枠組みを形成していると述べています。「私たちは、筋の所定の「ミルラン」がASTM基準で呼び出された特性を満たすか、それを超えているという証拠として、生産ロット証明書を提供する必要があります」と、彼が言います。「我々は、鋼の人のように、我々が実行するすべてのロットに引張弾性率と緊張テストを行っています。

FRP鉄筋による快適さに向けた土木コミュニティの進歩は遅いかもしれませんが、次の例が示すように、次世代の複合鉄筋を鉄鋼に代わるより魅力的なものにすることができる製造への新しいアプローチの追求を思いとどまらせていない。