Dr. Balázs L. György

Az elmúlt évtizedben a szerkezetmegerősítés új anyagai jelentek meg, amelyek nagy szilárdságúak, elektrolitikus korrózióval szemben ellenállóak, kis térfogatsúlyuk miatt könnyen kezelhetők, és csekély vastagságuk miatt esztétikus megoldási lehetőséget biztosítanak. Ezen új anyagok a szálerősítésű polimerek, azok közül is elsősorban a szénszálerősítésű polimerek. Az első szénszálas megerősítést hazánkban 1996-ban végezték, és azóta szerkezeti elemek széles skáláján alkalmazták: födémlemez, gerenda (közbülső oszlop eltávolítása miatt), függőfolyosó, siló peremgyűrűje, előregyártott feszített hídgerenda, födémáttörés és rácsos főtartó. Jelen cikk ezen megerősítési mód fő műszaki jellemzőit és az eddigi összes jelentősebb hazai alkalmazást szándékozik bemutatni.

Kulcsszavak: megerősítés, szálerősítéses anyagok, szénszál, ágyazóanyag, szalag, szövet, tönkremeneteli módok, tartósság
 

1. BEVEZETÉS

Szerkezeti elemeink megerősítése szükségessé válhat az igénybevétel növekedése, vagy a szerkezeti elem teherbírásának csökkenése miatt. Az igénybevétel növekedése bekövetkezhet a teher növekedése, vagy a statikai váz módosulása következtében. Teherbírás-csökkenés viszont bekövetkezhet az elem sérülése, vagy anyagszerkezeti károsodás folytán. Mindezek magukban foglalhatják az acélbetét korrózióját (pl. elégtelen betonfedés, vagy a hóolvasztó sózás miatt), ill. a szerkezet funkciójának megváltozását (pl. födémáttörés igényét lépcső, vagy liftakna miatt), stb. 

A megerősítés új anyagaiként megjelentek a szálerősítésű polimerek (angolul: fiber reinforced polymer = FRP, németül Hochleistungsfaserverbund-Werkstoff = HLV). A szál anyaga lehet szén, aramid, vagy üveg (Balázs, 1996; Kollár-Kiss, 1998). A szálak átmérője 8-10 mm. Szilárdságuk 3000-5000 N/mm², amely jóval meghaladja még a feszítőacél szilárdságát is. Rugalmassági modulusuk és szakadó nyúlásuk az anyag típusától és összetételétől függ. Az üvegszálak és az aramid szálak rugalmassági modulusa kisebb, mint az acélé. Szénszálakból azonban gyártanak olyanokat is, amelyek rugalmassági modulusa kisebb, közel egyenlő, vagy nagyobb, mint az acélé. A szálak viselkedése tökéletesen rugalmas és rideg. Szilárdsági, tartóssági és fáradási tulajdonságait egyaránt figyelembe véve, a fenti három szál közül a szénszál tekinthető a legkedvezőbbnek az építőipari felhasználás szempontjából (Taerwe, 1995), ezért az alábbiakban csak ezzel foglalkozunk részletesen.

A megerősítésre szoruló szerkezetek közé tartozhatnak az épületszerkezetek, a csarnokszerkezetek, silók, tartályok, hidak, stb. A szerkezeti elem típusa lehet lemez, fal, oszlop vagy gerenda.

A megerősítendő szerkezeti elem anyaga lehet minden olyan anyag, amihez a szénszálas megerősítő anyag kellő lehorgonyzódását tapadással (azaz általában mechanikus lehorgonyzó elem nélkül) biztosítani tudjuk, azaz: 

A legtöbb szénszálas megerősítést eddig vasbetonszerkezeteken végezték, de a többi anyagon készült megerősítésre is találhatunk példákat.

A megerősítő szalagok alkalmazhatók feszítve vagy feszítés nélkül. A feszített megerősítő lemezek alkalmazása jelenleg még kivitelezési nehézségeket jelent. Helyszíni alkalmazásra használható módszer még nem vált széleskörűen ismertté, holott tudjuk, hogy kísérletek folynak Svájcban, Németországban és Angliában is. Egy lehetséges megoldást Luke, Leeming és Skwarski (1998) cikkéből ismerhetünk meg. Az esetek túlnyomó részében feszített alkalmazásra nincs szükség, némely esetben azonban elengedhetetlen lenne.

A szénszálas megerősítő anyag és megerősítési mód előnyei:

Esetleges hátrányok:

A szénszálas megerősítés elsősorban az acéllemezes megerősítés és némely esetben a feszítéssel törénő megerősítés alternatívájaként merült föl. A hajlítási megerősítés egyik széleskörűen alkalmazott módszere volt a felragasztott acéllemezes megerősítés (Bódi-Farkas, 1995; DIB, 1995), amellyel kapcsolatban nehézséget jelentett a nagy súlyú acéllemezek mozgatása, korlátozott hossza, állványzati igénye és esetenként a tapadás időbeni leromlása az acéllemez és a ragasztóréteg között az acéllemez korróziója miatt.

A cikk célja, hogy bemutassa a szénszálas megerősítési mód fő jellemzőit és az eddigi jelentősebb hazai alkalmazásokat. Ez az alkalmazás sokak számára újdonságot jelent mind az anyagtulajdonságok oldaláról, mind pedig az alkalmazástechnika oldaláról. Jelentősége a jövőben még növekedhet. Egy következő cikk a mértezési kérdéseket fogja tárgyalni.

2. KITEKINTÉS

A szénszálas szalagok felragasztásával végzett megerősítés Európában mintegy tíz éves múltra tekint vissza. Európán kívül elsősorban Japánban és az Egyesült Államokban végeztek ilyen jellegű szerkezeti megerősítéseket (JCI, 1997).

Tudomásunk szerint a kísérletek 1987-ben kezdődtek az EMPA-nál a Sika AG megbízásából. A kezdeti kísérleti eredményeket a Svájci Mérnök és Építész Szövetség által szervezett konferencia anyagából ismerhetjük meg (EMPA, 1995). A kedvező tapasztalatokat követően az első megerősítésre 1991-ben került sor a svájci Luzernben, ugyanis az 1969-ben épült, folytatólagos, többtámaszú, faszerkezetű híd egyik feszítőkábele elszakadt. A megerősítést szénszálas lemezekkel végezték, amelyek összsúlya 6,5 kg volt. Ha acélt használtak volna, akkor 175 kg-ra lett volna szükség. A folyamatosan végzett megfigyelés a szerkezet megfelelő viselkedését mutatta.

Egy másik jól ismert példa a rajnán Oberriet és Meiningen között átívelő acél főtartókból és vasbeton pályalemezből álló híd pályalamezének keresztirányú megerősítése. A megerősítést a megnövekedett forgalom indokolta. A pályalemez megerősítését szénszálas szalagok fölragasztásával végezték.
 

1. ábra. Kísérletek szénszálas szalagokkal megerősített tartókon (Deuring, 1993.) a) Oldalnézet b) Keresztmetszet c) Erő - lehajlás ábrák

Deuring (1993) kísérleti eredményei jól szemléltetik a megerősítés hatását (1. ábra). A fejlemezes vasbeton gerendákra szénszálas szalagokat ragasztottak föl feszített és nem feszített állapotban. A feszített szalagos kísérletek során a szálakat előzetesen megfeszítették, majd a gerendát fölülről engedték daruval a szalagokra. Ez a megoldás természetesen csak laboratóriumi vizsgálatok során lehetséges. Az 1. ábrán bemutatott kísérleti eredményekből levonható megállapítások:

A fentieken kívül világviszonylatban már több száz esetben került sor szénszálas megerősítésre a legkülönbözőbb szerkezeti elemeken. Számos megerősítést végeztek például Japánban a kobei földrengés után. Sok kutatóhelyen (beleértve a Budapesti Műszaki Egyetemet) foglalkoznak az anyagtulajdonságok meghatározásával, a kedvező alkalmazási mód kikísérletezésével valamint modellezési kérdésekkel. Ez a megerősítési mód tehát már beépült a mindennapi gyakorlatba, de kutatása még tovább folyik pl. az anyagtulajdonságok és tönkremeneteli módok meghatározásának irányában. Végleges szabályozása még nem készült. (A helyzet hasonló, mint a szálerősítésű betonok területén.)

A Nemzetközi Betonszövetség (fib) munkabizottságot hozott létre “Szálerősítésű polimerek betonszerkezetekhez betétként, feszítőbetétként vagy megerősítésként” címmel, amelynek egyik feladata egy nemzetközileg elfogadott tervezési előírás létrehozása szénszálas anyagokkal megerősített vasbetonszerkezetek méretezésére.

3. A SZÉNSZÁLAS MEGERŐSÍTÉS ANYAGAI

3.1 Szalag vagy szövet

Az alkalmazás módját tekintve a szerkezetek megerősítéséhez két eltérő formában használhatjuk föl a szénszálakat:

A szövetek egy speciális alkalmazását mutatja a 2. ábra. A megerősítésre szoruló hídpillér köpenyezését egy automatizált berendezés végzi, amellyel vezérelhető a nyalábok menetemelkedése, a szövet száltartalma és vastagsága. A szövet gyantába itatása végezhető a tekercselő fejben.
 

2. ábra. Automatizált szövetes köpenyezés (fib, 1999)

A pultrudált szalagok esetén kevesebb helyszíni munkát kell végezni, viszont a szalagok kevésbé tudják követni a szerkezeti elem íves vonalvezetését.

A szövetek esetén a jelentősebb helyszíni munka egyúttal lehetővé teszi az előzőnél több rétegű alkalmazást is. Mivel a szálak gyantában itatása kézzel történik, a kialakuló réteg húzási merevsége kisebb, mint a pultrudált szalagok esetén. Kis görbületi sugarak, vagy töréspontokkal rendelkező keresztmetszetek megerősítése során azonban csak az utóbbi változat alkalmazható.

3.2 A szénszál

Az építőipari alkalmazások során szokásos, 8–10 mm átmérőjű szénszálakat általában poliakrilnitril- (PAN)-ből égetik 1300–3000°C-on. A szenesítési folyamat hőmérsékletének megválasztásával befolyásolható a szálak szilárdsága, rugalmassági modulusa, sűrűsége és elektromos vezetőképessége. Minél nagyobb rugalmassági modulust szeretnénk elérni, annál kisebb szilárdságot (és szakadó nyúlást) várhatunk el. 

A világviszonylatban legismertebb szénszál a Toray márkanevet viseli és Japánban gyártják. A Toray T700 SC típusú szál mechanikai tulajdonságaival szemben támasztott követelmények például:

tengelyirányú húzószilárdság: ł 4 800 N/mm²,

rugalmasszági modulus szálirányban: ł 200 000 N/mm²,

szakadónyúlás szálirányban: ł 2%.

A szénszálgyártás Magyarországon is megkezdődött. A ZOLTEK cég magyarországi leányvállalata gyártja a PANEX 30 nevű szénszálat, melynek fő műszaki jellemzői (ZOLTEK, 1999):

húzószilárdság:3 800 N/mm²,

rugalmassági modulus szálirányban: 228 000 N/mm²,

szakadónyúlás szálirányban: 1,5%,

térfogatsúly: 18 kN/m³,

széntartalom: 94%.

A szövethez alkalmazott gyanta egyúttal a megerősítendő elemhez való tapadást is biztosítja. Az 1. táblázatban példaként bemutatjuk a Sika CarboDur márkanevű szénszálas megerősítő szalagok műszaki jellemzőit. Látható, hogy ma már többféle szilárdságú, rugalmassági modulusú és szakadó nyúlású anyag áll rendelkezésre. Tudnunk kell azonban, hogy minél nagyobb a rugalmassági modulus, annál kisebb a szilárdság és a szakadó nyúlás, és egyúttal annál drágább is az anyag. A rugalmassági modulus lehet az acéllal gyakorlatilag azonos, de annál kisebb, vagy nagyobb is. A tervezőnek kell erőtani és gazdaságossági szempontok alapján mérlegelnie, hogy melyiket választja.
 

1. táblázat. A Sika CarboDur szénszálas szalagok műszaki adatai (száltartalom > 68%) (Sika, 1999)

3.3 Az ágyazóanyag és a ragasztóanyag

Az ágyazóanyag feladata, hogy összefogja a szálakat, védelmet nyújtson a környezeti hatások ellen és csökkentse a szálak érzékenységét lokális hatásokkal szemben. A gyanta lehet poliészter, uretán, vinilészter, vagy epoxi gyanta. Legtöbb esetben epoxigyantát alkalmaznak.

Szalagok esetén a szálakat felhasználás előtt itatják gyantába, szövet esetén pedig felhasználás közben.

A szénszálas megerősítés egyik kulcskérdése a megerősítendő elem és a megerősítő anyag közötti tapadás. A szalagok esetén a tapadást ragasztó réteg helyszíni felhordásával biztosítjuk. Ez a ragasztóanyag nem azonos a szálak ágyazóanyagával, de szintén műgyanta (általában epoxigyanta) kötésű.

Mind az ágyazóanyag, mind pedig a ragasztóanyag fő jellemzői: a rugalmassági modulusa, zsugorodása, üvegesedési hőmérséklete, hőtágulási együtthatója és fazékideje (ami a bedolgozás maximális időtartamát adja meg). A ragasztóanyag szilárdulási sebessége függ a környezeti hőmérséklettől (melegben gyorsabban szilárdul).
 

4. HAZAI ALKALMAZÁSOK

Hazánkban 1996-ban került sor az első szénszálas megerősítésre. Azóta a szerkezeti elemek széles skáláján alkalmazták. Ezek a következők voltak.

A következőkben összefoglaljuk ezen megerősítések fő jellemzőit. Minden esetben megemlítjük a megerősítés helyét, okát, a kivitelezés időpontját és az alkalmazott szénszálas anyag típusát, ill. mennyiségét.
 

4.1 Födém megerősítése

A Budapest, VII. ker. Erzsébet krt. 32. sz. épület 1. emeleti zeneiskola mennyezetéről betondarabok kezdtek lehullani. A leválás valószínűsíthető oka a födém átázása volt a fölötte üzemelő fürdőszoba miatt.

A feltárás során kiderült, hogy a századfordulón épült födém tartószerkezetét 0,85 m-enként elhelyezett I 160-as acél tartók alkotják, amelyek közét salakbeton tölti ki.

Az acélgerendák korróziója miatt a födém megrősítésére volt szükség. Mivel a salakbeton túlzottan porózus és szilárdsága kicsi volt, nem a betonra, hanem az acél I tartók alsó felületére kerültek szénszálas lemezek (3. ábra).
 
 

3. ábra. A Budapest, VII. ker. Erzsébet krt. 32. sz. épület I. emeletén lévő zeneiskola födémének megerősítése (1996. június, megerősítő szalagok: Sika CarboDur S512-70m, tervező: Dr. Balázs L. György, kivitelező: Schöck és Tsa. Bt.)

4.2 Födémgerenda megerősítése oszlop eltávolítása miatt

A Stollwerk budapesti gyárában, a gyártási folyamat módosítása miatt egy fejlemezes vasbeton gerendát alátámasztó közbülső vasbeton oszlop eltávolítása vált szükségessé.

A statikai váz módosulásamiatt megnövekedett igénybevételek elemzése rámutatott, hogy a nyomatéki megerősítés elvégezhető szénszálas szalagokkal, viszont szükség volt a nyírási teherbírás növelésére is. A megkívánt nyírási teherbírás biztosítására külső, vezetésű, lemez alakú acél kengyelek kerültek elhelyezésre. A kengyelek lehorgonyzását a gerendákkal egybebetonozott födémlemez tetején biztosították. A megerősített tartó oldalnézetét, valamint a megerősítés utáni fényképfelvételét a 4. ábra mutatja. (Az eltávolított oszlop helyét nyíl mutatja. A fényképfelvételen a nyírási kengyeleket már vakolat takarja.)
 

4. ábra. Födémgerenda megerősítése oszlop eltávolítása miatt a Stollwerck Budapest Kft. IX. ker. Vágóhíd u. 20 sz. alatti gyárában (1996. július, megerősítő szalagok Sika CarboDur S512-44m, tervező: Dr. Balázs L. György, Dr. Hamza István és Dr. Visnovitz György, kivitelező: ISOPLAN Kft. a) A megerősített gerenda b) Fényképfelvétel a megerősítés után

4.3 Függőfolyosó megerősítése

A Budapest VII. ker. Péterfy Sándor u. 31. sz. alatti épület természetes kőből készült függőfolyosói helyenként életveszélyes állapotba kerültek. A kialakult repedések veszélyeztették a lemezdarabok állékonyságát.

A 2,2 m hosszú kőlemezeket keresztirányban kő konzolok támasztották alá, míg hosszirányban belső szélük a falazatra támaszkodott. A szükséges két szalagot a kőlemez külső szélén és közbülső részén a konzolok fölött is folyamatosan végigvezették a kellő lehorgonyzás biztosítása érdekében (5. ábra). A függőfolyosó alsó felületének vakolata a megerősítő szalagokat eltakarta, így azok egyáltalán nem hatnak zavarólag.
 

5. ábra. A Budapest, VII. ker. Péterfy Sándor u. 31. sz. alatti épület természetes kőből készült függőfolyosóinak megerősítése (1997. május, megerősítő lemezek: Sika CarboDur S512-240m, tervező: Dr. Balázs L. György, kivitelező: Schöck és Tsa. Bt.) a) Keresztmetszet b) Fényképfelvétel a megerősítés után

4.4 Siló vasbeton peremgyűrűjének megerősítése

A berettyóujfalui egyik Bentall-Simplex típusú gabonasiló peremgyűrűjét összefogó 4 db 7-eres feszítőpászma közül az egyik, (korróziós okokra visszavezethetően) elszakadt, s így a gyűrűirányú alakváltozást gátló hatás lecsökkent. A megmaradt pászmák szakadása a korróziós folyamat előrehaladottsága miatt szintén rövid időn belül várható volt.

A négy darab feszítőbetétet négy darab, gyűrűirányban futó Sika CarboDur szalaggal helyettesítették. A megerősítési munkálatok során váltakozva került sor egy szalag fölragasztására és egy feszítőbetét elvágására (az első szalagot kivéve, amely esetén a feszítőbetét már szakadt volt). A tervezés során az alakváltozási kritérium volt mértékadó, annak érdekében, hogy az előregyártott vasbeton cikkelyek közül a gabona ne tudjon kifolyni. A szalagok lehorgonyzását semmilyen mechanikus lehorgonyzóelem nem biztosítja, csupán átfedésben végződnek. A megerősítés módját a 6. ábra mutatja.
 

6. ábra. A berettyóújfalui Bentall-Simplex típusú gabonasiló vasbeton peremgyűrűjének megerősítése a gyűrűirányú feszítőbetétek korróziója miatt (1997. június, megerősítő lemezek: Sika CarboDur S612-152m, tervező: Dr. Balázs L. György, kivitelező: ISOBAU Rt. a) A siló fényképe b) Oldalnézet c) Metszet az ürítőtölcsérről (nagyított lépték) d) alulnézet (az ürítőtölcsér előregyártott vasbeton cikkelyeinek feltüntetésével e) A megerősített szalagok fölragasztása

4.5 Előregyártott feszített hídgerendák megerősítése

Erre már két hazai példát is be tudunk mutatni.

4.5.1 A Petőfi-híd Boráros téri felüljárója

A Petőfi-híd Boráros téri felüljárója EHGT típusú előregyártott, előfeszített hídgerendás ortotróp pályalemezzel. A villamosmegálló alatti szélső főtartó alsó pászmasorában 5 db feszítőpászma teljesen, további 4 db pedig részlegesen elkorrodált.

Több változat átgondolása után a szénszálas szalagokkal való megerősítés mellett döntöttek. 5 db, 28 m hosszú szénszálas szalag került fölragasztásra a 2-es villamos éjféli üzemzárása és hajnali indítása közötti 4,5 óra időtartamba. A három, különböző rugalmassági modulusú és szilárdságú szalag közül az acéllal azonos modulusúra esett a választás (7. ábra).

A megerősített tartó alsó övére végezetül sóvédő bevonat és mechanikus sérülés elleni védőlemezek kerültek.

Mivel a tartó mért kloridtartalma a megengedett szintet már a megerősítés előtt is meghaladta, további feszítőbetétek szakadása nincs kizárva. A tartó ezért folyamatos megfigyelés alatt áll.
 

7. ábra. A Petőfi-híd Boráros-téri feljárójában lévő előfeszített EHGT tartó megerősítése (1997. szeptember, megerősítő lemezek: Sika CarboDur M914-56m és  M614-84m, tervező: BME Vasbetonszerkezetek Tanszéke: Dr. Balázs L. György és Dr. Farkas György, kivitelező: Pannon Freyssinet Kft.) a) A híd keresztmetszete b) A megerősített tartó keresztmetszete c) A megerősítő lemez s-e diagramja d) A megerősített hídgerenda fényképe

4.5.2 Az M5 autópálya M0 autópályát keresztező hídja

Az M5 autópályán Budapest irányában közlekedő kamion sérülést okozott az átívelő M0 autópálya előregyártott gerendákból készült legszélső és harmadik gerendáiban.

A megerősítést szénszálas szalagok fölragasztásával végezték. A ragasztási munkálat elvégezhető volt a forgalom részleges korlátozásával (egypályás lezárással).

4.6 Födémáttörés melletti lemezmegerősítés

A ZOLTEK Rt. kísérleti laboratóriumában az 5,8×6,8 m-es vasbeton zárófödém 3,5×3,5 m-es áttörése vált szükségessé. Az áttörés melletti lemezmezők megerősítéséhez 120 mm széles szalagok voltak szükségesek, amelyek az áttörés mellett futnak (8. ábra, Kiss-Sapkás, 1999).
 

8. ábra. Födémáttörés melletti lemezmegerősítés a ZOLTEK Rt. kísérleti laboratóriumában (1998. augusztus, ,egerősítő lemezek: Sika CarboDur M1214-25m, tervező:Dr. Kiss Rita, Sapkás Ákos, kivitelező: Fischer-Bau)

4.7 Vasbeton rácsos főtartó megerősítése

Az Electrolux jászberényi gyáregységében kiütött tűz után az egyik csarnokrészben a rácsos főtartók betonja csupán felületi károsodást szenvedett. Igényként merült azonban még föl a rácsostartók teherbírásának egyidejű növelése is.

A megerősítést több rétegű szénszálas szövettel végezték 1999. márciusában.
 

5. FŐ TERVEZÉSI ELVEK

A tervezési elvek részletes ismertetéséhez ezen cikk keretei nem elegendőek, így azokat külön cikkben tervezzük összefoglalni. Itt csupán néhány alapvető tervezési szempontra hívjuk fel a figyelmet:

9. ábra. Alakváltozási ábrák a megerősítés előtti és utáni állapotokhoz a) A megerősítés előtti alakváltozások b) A megerősítéskori állapot fölötti terhekből származó alakváltozások c) A megerősített tartó alakváltozásai

A lehetséges tönkremeneteli módok a következők lehetnek (10. ábra, Deuring, 1993):

10. ábra. Szénszálas anyaggal megerősített tartó lehetséges tönkremeneteli módjai a nyomatéki zónában (Deuring, 1993) 1 - A szénszálak szakadása 2 - A nyomott betonöv tönkremenetele 3 - Az acélbetétek szakadása 4 - A betonfedés leválása 5 - A megerősítő réteg berepedése 6 - A ragasztóanyag berepedése 7 - A beton és a ragasztó elválása 8 - A szalag és a ragasztó elválása

Az utolsó, legveszélyesebbnek tartott tönkremeneteli módot mutatja be részletesebben a 11. ábra kísérleti eredménye (Hollaway, Leeming, 1999). A hajlított-nyírt gerendán a teher növekedése során először kialakultak a hajlítási, majd a nyírási repedések, de végül is a tönkremenetel a megerősítő lemez leválása miatt következett be úgy, hogy a betonfedés egy része a megerősítő szalaggal együtt levált.
 

11. ábra. A lehorgonyzás tönkremenetele növekvő teher alatt Hollaway, Leeming, 1999)

Megemlítjük, hogy a gyártás során kialakuló kovalens kötések miatt a szálak hosszirányú szilárdsága nagyon nagy, de keresztirányú szilárdsága kisebb. A tervezés során ezt feltétlenül figyelembe kell vennünk, vagyis, a szénszálas megerősítő rétegekre nagy keresztirányú igénybevétel nem hárítható.

6. ALKALMAZÁSTECHNIKA

Az alábbi 1-5 és a 8-10 pontokat mind szénszálas szalag, mind pedig szövet alkalmazásakor el kell végezni. Az 6-7. pontok elsősorban a szalagokra vonatkoznak. A megerősítési munkálatokat a következő munkafázisoknak megfelelően kell végezni. Ezen speciális megerősítési módnál különös gondot kell fordítanunk az előírt munkafázisok pontos betartására.

 7. MEGÁLLAPÍTÁSOK

Az elmúlt évtizedben a szerkezetmegerősítés új anyagai és módjai jelentek meg, a szálerősítésű polimerek és a hozzájuk társuló alkalmazási technikák. Az üveg, az aramid és a szénszál közül a szénszál biztosítja a legkedvezőbb műszaki jellemzőket, ezért ennek az elterjedése várható leginkább. A szénszálak alkalmazhatók szövet, vagy előregyártott (pultrudált) szalagok formájában.

A szénszálas anyagokkal és megerősítéssel kapcsolatos kutatások és tervezési irányelvek (szabványok) kidolgozása ugyan még nem zárult le, de az eddigi kísérleti és alkalmazási tapasztalatok kedvezőek.

A szénszálas megerősítő anyag és megerősítési mód előnyei: elektrolitikus korrózióval szemben ellenálló, nagy szilárdságú (egyaránt rövid idejű, tartós és fárasztó teherre), kis térfogatsúlyú (kis szállítási költség, könnyű alkalmazás szűk helyen is, alátámasztó állványzatra nincs szükség), hosszkorlátozás nélkül alkalmazható, a megerősítő lemezek kis vastagsága miatt a belmagasság (ill. űrszelvény) nem csökken, egymást keresztező irányokban is alkalmazható, könnyen eltakarható, gazdaságos (a teljes bekerülési költség általában kedvező).

Esetleges hátrányok: a szénszál jelenleg aránylag drága, vandalizmussal szemben mechanikus védelmet kell biztosítani (sérülékenyebb, mint az acél), a legmagasabb üzemi hőmérséklet általában nem több, mint 50 °C a szálak ágyazóanyagaként használt gyanta miatt.

A megerősítés oka lehet: a szerkezeti elem teherbírásának csökkenése, vagy az igénybevétel növekedése (a teher növekedése, vagy a statikai váz módosulása miatt). A megerősítendő szerkezet anyaga lehet: beton, vasbeton, feszített vasbeton, természetes kő, tégla, fa vagy acél. A legtöbb alkalmazás a vasbetonépítés körében található.

Az első szénszálas megerősítést hazánkban 1996-ban végezték, és azóta szerkezeti elemek széles skáláján alkalmazták: födémlemez, gerenda (közbülső oszlop eltávolítása miatt), függőfolyosó, siló peremgyűrűje, előregyártott feszített hídgerenda, födémáttörés és rácsos főtartó.

A tervezést és a kivitelezést az anyagviselkedés és a megerősítési mód speciális tulajdonságainak figyelembevételével kell végezni.
 

8. KÖSZÖNETNYILVÁNITÁS

Szerző köszönetet mond a 0366/1977 számú MKM FKFP pályázatnak a kutatáshoz nyújtott anyagi támogatásért.
 

9. HIVATKOZÁSOK

Dr. Balázs L. György (1958) okl. építőmérnök, okl mérnöki mat. szakmérnök, PhD, Dr. habil, egyetemi docens, a BME Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék vezetője. Fő érdeklődési területei: beton, vasbeton és feszített vasbeton szerkezetek (anyagai, laboratóriumi vizsgálata és modellezése), szálerősítésű betonok, nem acél anyagú betétek, megerősítések anyagai és módjai, erőátadódás betonban, vasbeton tartó repedezettségi állapota, vasbetonszerkezetek tartóssága. A fib Használati határállapotok munkabizottság elnöke, további fib, ACI és RILEM bizottságok tagja. A fib Magyar Tagozat elnöke.
 

STRENGTHENING WITH CARBON FIBERS – HUNGARIAN EXPERIENCES

New materials and methods were developed for strengthening of structures in the last decade which are non-corrosive and have a high strength. Owing to their low weight they are easy to handle and their small thickness makes possible to cover them if necessary. These materials are the fiber reinforced polimers, especially the carbon fiber reinforced polimers. The first strengthening with carbon fibers was carried out in Hungary in 1996. Since then it was applied on a wide range of structures or structural elements like: slab, beam (by eliminating an internal support), natural stone balkony, ring beam of a silo, prestressed pretensioned bridge girder, opening of a slab and concrete truss girder. This paper intends to summarize the main characteristics of carbon fiber strengthenings and to discuss all major projects till now in Hungary.