Politechnika Białostocka bada zastosowanie zbrojenia niemetalicznego w elementach betonowych

Politechnika Białostocka od dekady bada zastosowanie zbrojenia niemetalicznego w elementach betonowych. Dlaczego naukowcy z Katedry Konstrukcji Budowlanych i Mechaniki Budowli na Wydziale Budownictwa i Nauk o Środowisku skierowali swoją uwagę na taki właśnie rodzaj wzmocnienia konstrukcji z betonu?

– Pręty niemetaliczne jako zbrojenie są odporne na korozję, w tym również na oddziaływanie bardzo silnych chemikaliów – wyjaśnia dr hab. inż. Marta Kosior-Kazberuk, prof. PB. – Są neutralne magnetycznie, elektrycznie i cieplnie, mają mniejszą masę w stosunku do stali, są łatwiejsze w transporcie.

Co jeszcze odróżnia dotychczasowe stalowe zbrojenie od prętów niemetalicznych?

– Pręty kompozytowe mają kilkukrotnie większą wytrzymałość na rozciąganie w stosunku do zbrojenia stalowego – mówi Rektor Politechniki Białostockiej. – Oczywiście to duże uproszczenie charakterystyki wytrzymałościowej kompozytów.

Ponieważ konstrukcje zbrojone muszą pracować w warunkach zróżnicowanych obciążeń, przed badaczami jest konkretne wyzwanie.

– Pręty kompozytowe mają kilkakrotnie mniejszy moduł sprężystości podłużnej – przyznaje prof. Kosior-Kazberuk. – To wymaga opracowania nowego podejścia do projektowania elementów zbrojonych zbrojeniem niemetalicznym.

Dlatego naukowcy z Politechniki Białostockiej nieprzerwanie szukają najbardziej dogodnych materiałów mogących zastąpić korodującą stal.

– Mówiąc zbrojenie niemetaliczne mam na myśli zarówno pręty kompozytowe, czyli włókna zatopione w matrycy żywicznej, z których formujemy pręty podłużne, a także strzemiona, ale również same włókna i nowość – mikropręty, które stosujemy jako zbrojenie rozproszone – tłumaczy prof. Kosior-Kazberuk. –  Do produkcji prętów kompozytowych wykorzystywane są przede wszystkim włókna węglowe, szklane, bazaltowe, aramidowe. Stosuje się też mieszaniny włókien. Wtedy powstają pręty hybrydowe.

Rektor Politechniki Białostockiej największą przeszkodę w stosowaniu zbrojenia niemetalicznego widzi  w braku uregulowań normowych, które mogłyby obowiązywać w Polsce. Wówczas konstruktorzy mieliby jasne wytyczne pomagające w prawidłowym dobieraniu komponentów konstrukcji betonowych.

– Niezbędne są badania nad wykorzystaniem zarówno zbrojenia podłużnego w formie prętów, jak też i zbrojenia rozproszonego w formie włókien i mikroprętów, żebyśmy mogli na tej podstawie przygotować wytyczne do projektowania, upowszechniać je, przekonywać projektantów konstrukcji, że zbrojenie niemetaliczne to przyszłość konstrukcji z betonu – mówi dr hab. inż. Marta Kosior-Kazberuk, prof. PB.

W hali Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej można znaleźć szereg belek betonowych czekających na szczegółowe testy pod obciążeniem.

– To innowacyjne badania, dlatego że jest to zbrojenie niemetaliczne, więc sprawdzamy  nośność  belek na zginanie i ścinanie, a także obserwujemy strefę odkształceń, pod obciążeniem doraźnym – wyjaśnia dr inż. Julita Krassowska, adiunkt w Katedrze Konstrukcji Budowlanych i Mechaniki Budowli. – Środowisko naturalne zyskuje dzięki  zmniejszonej emisji dwutlenku węgla, ponieważ nie ograniczamy stosowanie zbrojenia stalowego, które powoduje dużą emisję CO₂.

Gdzie można stosować takie zbrojenie?

– Na przykład w takich konstrukcjach, które są narażone na działanie wód gruntowych, na działanie wody morskiej, na cykliczne zamrażanie i rozmrażanie czyli wszystkie konstrukcje, które są narażone na działanie czynników atmosferycznych i są bardziej podatne na korozję – wylicza dr Krassowska. – Konstrukcje ze zbrojeniem niemetalicznym będą znacznie odporniejsze.

W nauce niezastąpione są kontakty mistrz-uczeń, stąd liczni doktoranci zajmujący się tematyką badań rozpoczętą przed dekadą w Katedrze Konstrukcji Budowlanych i Mechaniki Budowli na Wydziale Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej. Abel Belay z Etiopii swoje badania prowadzi pod kierownictwem prof. Kosior-Kazberuk. Przy maszynie wytrzymałościowej krząta się też mgr inż. Rafał Kostro.

– Już od pierwszych zajęć z konstrukcji betonowych bardzo polubiłem akurat ten materiał konstrukcyjny – mówi Kostro. – Myślę, że jest w nim duży potencjał. Nie ma chyba żadnego budynku, w którym nie byłoby ani jednej części bez betonu, na przykład fundamenty. Więc to jest też bardzo ważny materiał konstrukcyjny i jego dalszy rozwój powinien być intensywnie badany.

Widać, że praca w laboratorium to jego pasja.

– Już na studiach angażowałem się w badania związane z budownictwem – wspomina Kostro. – Wtedy bardzo się zaraziłem tą dziedziną nauki, badaniami i interpretacją wyników. Wiedziałem, że będę chciał kontynuować pracę na uczelni, jak również pracę ze studentami. Zbrojenie niemetaliczne ma bardzo duży potencjał i uważane jest za bardziej ekologiczne niż zbrojenie stalowe. Myślę, że to jest przyszłościowy materiał, nad którym warto pracować i warto go badać.

A zatem niedaleko pada jabłko od jabłoni. Ciekawe studia mogą być początkiem udziału w ulepszaniu świata.

– W laboratorium konstrukcji budowlanych dysponujemy infrastrukturą naukowo-badawczą, która pozwala nam prowadzić zarówno badania materiałów, jak też i modeli elementów oraz elementów w skali naturalnej – przypomina dr hab. inż. Marta Kosior-Kazberuk, prof. PB, Rektor Politechniki Białostockiej. – To istotnie przyczynia się do rozwoju badań i uzyskania wyników, które wykorzystamy do tworzenia wytycznych do projektowania konstrukcji ze zbrojeniem kompozytowym.

Autor: Jerzy Doroszkiewicz