Wpływ zbrojenia rozproszonego na pracę posadzek na gruncie

*****
Temat zachowania się posadzek przemysłowych z dodatkiem zbrojenia rozproszonego ma charakter interdyscyplinarny i wymaga wiedzy nie tylko konstrukcyjnej, ale również geotechnicznej  materiałowej. Jednak pomimo rosnącej wiedzy i doświadczenia, fibrobeton nadal budzi nieufność. W związku z tym celem artykułu było przedstawienie wybranych zagadnień oraz badań dotyczących płyt na gruncie ze zbrojeniem rozproszonym. Opisane artykuły potwierdziły pozytywny wpływ dodatku, jak i zwiększonej ilości włókien stalowych oraz syntetycznych na nośność płyt. Dodatkowo stwierdzono, że w wyniku zastosowania odpowiedniej mieszanki z włóknami stalowymi możliwe jest ograniczenie lub nawet rezygnacja ze stalowych siatek zbrojeniowych oraz rekompensacja słabego stopnia zagęszczania podłoża gruntowego. Potwierdzono również korzystny wpływ włókien stalowych i syntetycznych na rysoodporność, ciągliwość oraz zmniejszenie wartości ugięć i przemieszczeń. Na koniec artykułu opisano planowane badania Wydziału Budownictwa Politechniki Śląskiej płyt na gruncie z dodatkiem włókien syntetycznych. Celem tych badań będzie określenie wpływu włókien oraz właściwości podparcia na nośność na przebicie, deformacje i zarysowania obciążanych punktowo płyt.

Influence of fiber reinforcement on the performance of ground slabs

The subject of fiber reinforced concrete (FRC) industrial floors has an interdisciplinary nature and requires not only structural, but also geotechnical and material knowledge. However, despite growing awareness and experience, FRC still arouses distrust. Therefore, the purpose of this article was to present selected topics and studies on FRC ground slabs. The described articles confirmed the positive effect of the addition and the increased dosage of steel and synthetic fibers on the load-bearing capacity of the slabs. Moreover, it was found that, when a suitable mixture with steel fibers is used, it is possible to reduce or even resign from steel reinforcing meshes and compensate for poor ground conditions. The beneficial effect of steel and synthetic fibers on crack resistance, ductility as well as reduction of deflection and displacement values was also confirmed. At the end of the article, the planned research of the Faculty of Civil Engineering of the Silesian University of Technology of ground slabs with the addition of synthetic fibers was described. The purpose of this research will be to determine the effect of fibers and support properties on the punching shear resistance, deformation and crack propagation of point-loaded slabs.
*****

Fibrobeton to materiał kompozytowy składający się z betonu i włókien. Pomysł nie jest wprawdzie nowy, gdyż pierwsze historyczne przykłady pochodzą ze starożytnej Babilonii i Egiptu. Trzciny używano bowiem do wzmocnienia gliny, a słomy i końskiego włosia do wzmacniania cegieł i tynków. Praktyczne wykorzystanie włókien jako zbrojenia rozproszonego rozpoczęło się jednak w drugiej połowie XX wieku [1].

Czytaj też: Zastosowanie wzmocnień kompozytowych w istniejących konstrukcjach

Aktualnie przestrzeniami, gdzie fibrobeton jest najczęściej wykorzystywany, są hale przemysłowe oraz parkingi. Włókna, zazwyczaj stalowe lub syntetyczne, stosuje się bowiem w tych obiektach do kształtowania posadzek na gruncie. Ich wykorzystanie w tego typu elementach jest korzystne z kilku powodów. Włókna efektywnie mostkują zarysowania, szczególnie na etapie twardnienia betonu, kiedy nie ma on jeszcze wystarczającej wytrzymałości [2]. Ponadto, badania potwierdzają ich korzystny wpływ na nośność betonu.

Oczywiście włókna stalowe mają większy wpływ, gdyż przewyższają włókna syntetyczne wytrzymałością na rozciąganie i sztywnością. Należy jednak pamiętać, że włókna niemetaliczne ze swoją odpornością korozyjną mają przewagę nad włóknami stalowymi oraz tradycyjnym zbrojeniem prętowym [3]. Jest to szczególny atut, kiedy posadzka ma zwiększony kontakt z wodą lub innymi szkodliwymi czynnikami. Dodatkowo, beton po dodaniu do niego włókien zyskuje pewną ciągliwość, nie niszczy się więc krucho, a jego odporność na uderzenia jest większa [4]. Hale przemysłowe są narażone na tego typu obciążenia, dlatego fibrobeton jest rozwiązaniem często tam stosowanym. Zastosowanie włókien w betonie stwarza więc możliwości do projektowania rysoodporniejszych, trwalszych i wytrzymalszych, a co za tym idzie cieńszych płyt.

Do tej pory przeprowadzono liczne testy mające na celu zbadanie właściwości samych włókien, ale również ocenę ich wpływu na właściwości fizyczne oraz mechaniczne betonu [5–7]. Głównie są to jednak testy na kostkach, walcach, belkach i innych próbkach o małej skali. Istnieje za to ograniczona liczba badań poświęconych testom elementów konstrukcyjnych na próbkach wielko- lub pełnoskalowych. Takie testy są szczególnie wartościowe, ponieważ dostarczają szerszej i bardziej realistycznej wiedzy na temat pracy elementu.

Badanie posadzek na gruncie z włóknami stalowymi

Literatura

1. M. A. Glinicki, „Beton ze zbrojeniem strukturalnym”, w „XXV Ogólnopolskie Warsztaty Pracy Projektanta Konstrukcji”, Szczyrk, 10–13 marca 2010, s. 279–308.
2. Ł. Drobiec, J. Blazy, „Współczesne niemetaliczne zbrojenie rozproszone stosowane w konstrukcjach betonowych”, „IZOLACJE” 5/2020, s. 70–84.
3. J. Blazy, R. Blazy, „Polypropylene fiber reinforced concrete and its application in creating architectural forms of public spaces”, „Case Studies in Construction Materials”, t. 14, 2021, s. e00549, doi: 10.1016/j.cscm.2021.e00549.
4. J. Blazy, Ł. Drobiec, P. Wolka, „Flexural tensile strength of concrete with synthetic fibers”, „Materials”, t. 14, nr 16, 2021, s. 4428, doi: 10.3390/ma14164428.
5. J. Blazy, Ł. Drobiec, „Wpływ włókien polipropylenowych na ściskanie i rozciąganie betonu w świetle norm PN-EN 206-1 i PN-EN 14651”, „Inżynieria i Budownictwo”, t. 8, 2021, s. 391–396.
6. J. Blazy, Ł. Drobiec, „Analiza wyników badań fibrobetonu z włóknami polimerowymi”, „Inżynieria i Budownictwo”, t. 9–10, 2021, s. 477–481.
7. J. Blazy, R. Blazy, Ł. Drobiec, „Glass Fiber Reinforced Concrete as a Durable and Enhanced Material for Structural and Architectural Elements in Smart City — A Review”, „Materials”, t. 15, nr 2754, 2022, doi: 10.3390/ma15082754.
8. Z. Bonić, E. Zlatanović, N. Davidović, N. Romić, N. Marinković, „Proposal of modification of Eurocode 2 in terms of calculation of the punching shear capacity of RC column footings”, „Facta Universitatis. Architecture and Civil Engineering”, t. 19, nr 2, 2021, s. 141–153, doi: 10.2298/FUACE211130011B.
9. Ł. Drobiec, J. Blazy, „Właściwości fibrobetonu określane w badaniach normowych – test wytrzymałości na ściskanie oraz test trzypunktowego zginania”, „Materiały Budowlane”, t. 1, nr 9, 2023, s. 8–11, doi: 10.15199/33.2023.09.02.
10. R. Cajka, Z. Marcalikova, M. Kozielova, P. Mateckova, O. Sucharda, „Experiments on Fiber Concrete Foundation Slabs in Interaction with the Subsoil”, „Sustainability”, t. 12, nr 9, 2020, s. 3939, doi: 10.3390/su12093939.
11. O. Sucharda, V. Bilek, M. Smirakova, J. Kubosek, R. Cajka, „Comparative Evaluation of Mechanical Properties of Fibre-einforced Concrete and Approach to Modelling of Bearing Capacity Ground Slab”, „Periodica Polytechnica Civil Engineering”, t. 61, nr 4, 2017, s. 972–986, doi: 10.3311/PPci.10688.
12. Z. Marcalikova, V. Bilek, O. Sucharda, R. Cajka, „Analysis of Fiber-Reinforced Concrete Slabs under Centric and Eccentric Load”, „Materials”, t. 14, nr 23, 2021, s. 7152, doi: 10.3390/ma14237152.
13. A. M. Alani, D. Beckett, „Mechanical properties of a large scale synthetic fibre reinforced concrete ground slab”, „Construction and Building Materials”, t. 41, 2013, s. 335–344, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2012.11.043.
14. The Concrete Society, „Technical Report 34. Concrete industrial ground floors. A guide to design and construction”, 3. wyd. The Concrete Society, 2003.
15. EN 1992-1-1:2004, „Eurocode 2: Design of concrete structures – Part 1-1: General rules and rules for buildings”, 2004.
16. M. Aboutalebi, A. M. Alani, J. Rizzuto, D. Beckett, „Structural behaviour and deformation patterns in loaded plain concrete ground-supported slabs”, „Structural Concrete”, t. 15, nr 1, 2014, s. 81–93, doi: 10.1002/suco.201300043.
17. A. Alani, D. Beckett, F. Khosrowshahi, „Mechanical behaviour of a steel fibre reinforced concrete ground slab”, „Magazine of Concrete Research”, t. 64, nr 7, 2012.
18. P. H. Bischoff, A. J. Valsangkar, J. Irving, „Use of Fibers and Welded-Wire Reinforcement in Construction of Slabs on Ground”, „Practice Periodical On Structural Design And Construction”, s. 41–46, 2003, doi: 10.1061 (ASCE) 1084-0680 (2003) 8:1 (41).
19. The Concrete Society, „Technical Report 34. Concrete industrial ground floors. A guide to design and construction”, 4. wyd. The Concrete Society, 2016.