Šveicarų mokslininkai pasiekė reikšmingos pažangos siekdami prailginti senstančių betoninių tiltų eksploatavimo trukmę. Jie sukūrė išmanų formą atsimenantį plieną, kuris įkaitintas pats susiveržia, užtaiso plyšius ir dvigubai padidina konstrukcijos tvirtumą.
Naujoji tilto stiprinimo sistema sujungia itin didelio našumo pluoštais armuotą betoną (UHPFRC) ir formą atsimenantį plieną. Kaitinant šį plieną, jis grįžta į pradinę formą ir taip įtempiamas. Sistemą sukūrė Šveicarijos federalinių medžiagų mokslo ir technologijos laboratorijų „Empa“ mokslininkai.
Anot tyrėjų komandos, itin tvirtas UHPFRC betonas gali būti tiesiogiai užnešamas ant tiltų perdangų plokščių. Jis yra labai tankus ir atsparus vandeniui. Siekiant dar labiau padidinti apkrovos laikomąją gebą, į šį betoną paprastai įbetonuojami armatūriniai plieno strypai.
Doktorantė ir tyrėja, dirbanti „Empa“ Konstrukcijų inžinerijos laboratorijoje, Angela Sequeira Lemos pabrėžia, kad šios stiprinimo sistemos grožis slypi jos paprastume. „Strypus reikia tik įtvirtinti, įkaitinti – ir visa kita jie atliks patys“, – sako A. Sequeira Lemos.
„Gijantys“ tiltai
Bandomuosiuose bandymuose ši hibridinė sistema atkūrė pažeistas tiltų perdangų plokštes, uždarė esamus plyšius ir dvigubai padidino jų laikomąją gebą. Šis sprendimas atsirado itin laiku, nes dauguma šalies tiltų buvo pastatyti iki 9-ojo dešimtmečio ir artėja prie savo projektinės eksploatavimo trukmės pabaigos.
Šiuo metu dažniausiai taikomi tiltų stiprinimo sprendimai numato UHPFRC sluoksnio užnešimą ant perdangos plokščių ir tradicinės armatūros naudojimą. Naujajame koncepciniame sprendime ši įprasta armatūra pakeičiama geležies pagrindu pagaminto formą atsimenančio lydinio (Fe-SMA) strypais. Kaitinami maždaug iki 200 °C, šie strypai susitraukia.
Aktyvavus Fe-SMA strypus, jie stengiasi grįžti į prieš tai ištemptą pradinę formą. Tačiau, kadangi juos varžo aplink esantis betonas, viduje susidaro įtemptis. Šios jėgos gali užverti plyšius, pakelti deformuotas konstrukcijų dalis ir pailginti tilto tarnavimo laiką, nereikalaujant sudėtingų įtempimo įrenginių.
Mokslininkų komanda tyrė, kaip Fe-SMA strypai sukimba su UHPFRC betonu, ir siekė optimaliai sujungti šias dvi medžiagas. Vėliau jie išbandė idėją penkiose natūralaus dydžio betoninėse plokštėse, kurių kiekvienos ilgis – 5 metrai. Taip pat buvo bandomi ir modeliniai konsoliniai tiltų perdangų fragmentai.
Naujas tilto stiprinimo standartas
Siekdami atkartoti realią žalą, tyrėjai tyčia sutrūkinėjo bandytas plokštes dar prieš jas stiprindami. Viena plokštė buvo palikta nepaliesta kaip kontrolinis pavyzdys, o kitos buvo sustiprintos vien UHPFRC sluoksniu arba UHPFRC deriniu su išmaniuoju plienu.
Inžinieriai nuolat sekė plokščių deformacijas. Betoninių paviršių plyšius stebėjo skaitmeninės kameros, o išilgai strypų buvo įmontuoti itin maži šviesolaidiniai jutikliai. „Pavyko parodyti, kad mūsų sistema ne tik veikia, bet ir iš tiesų gali atgaivinti esamus tiltus“, – teigė A. Sequeira Lemos.
„Naudojame jutiklius, kurie veikia panašiai kaip šviesolaidiniai kabeliai telekomunikacijose, – sako ji. – Tačiau vietoje užkoduotų duomenų perdavimo mes analizuojame atspindėtą šviesą.“ Taip galima tiksliai nustatyti, kaip deformuojasi strypai.
Bandymų rezultatai parodė, kad hibridinė sistema kasdienėmis sąlygomis, pavyzdžiui, veikiant įprastam kelių transporto srautui, pranoksta tradicinę armatūrą. Vis dėlto, kadangi Fe-SMA lydinys kol kas yra gana brangi medžiaga, tyrėjai siūlo šią technologiją pirmiausia taikyti stipriai deformuotai ar jau pažeistai infrastruktūrai.
Potencialios taikymo sritys – balkonai, plokšti stogai ir kitos betoninės konstrukcijų dalys, kuriose ypač svarbūs kompaktiški ir efektyvūs stiprinimo sprendimai. „Jei mums pavyks sustiprinti tikrą tiltą mūsų sistema, pramonės susidomėjimas greičiausiai sparčiai augs, – įsitikinusi A. Sequeira Lemos. – O didėjant paklausai, medžiagos kaina taip pat turėtų mažėti – tuomet ši technologija gali iš esmės pakeisti tiltų renovaciją.“
Projektą finansavo Šveicarijos inovacijų agentūra „Innosuisse“. Jis buvo plėtojamas bendradarbiaujant su Rytų Šveicarijos taikomųjų mokslų universitetu, „Empa“ įmone „re-fer“ ir Šveicarijos cemento pramonės asociacija.
