Синтетични фибри за армиране на тунелни облицовки и предварително отлети бетонни тунелни сегменти

Фибрите, в тяхната им първична форма, са били употребявани като армировка в комбинация с различен тип материали още от появата на първата строителна активност на човека. Използването на треви, добавени в кал за изграждане на колиби датира от хилядолетия. От времето на Средните векове, в Европа се е използвала слама размесена с кал и глина за направа къщи от плет, а в различни точки на света, добавянето на конски косми към мазилки се прави от незапомнени времена.

Въпреки това, в днешния силно регулиран и високотехнологичен свят, фибрите в бетона се разглеждат от някои инженери, като нов феномен, някак си недоказан или не напълно проучен. Изглежда, заслепени от светлината на повсеместното наложило се през последните 200 години използване на стоманените армиращи пръти и мрежи, забравяме корените си и не забелязваме потенциала и историческата стойност на дисперсното армиране с фибри.

Днес синтетичните фибри от гамата BarChip се използват за армиране на крепежи от пръскан бетон в 90% от мините на Австралия. В Норвегия бяха построени повече от 200 км тунели, използвайки фибри BarChip в качеството им на единствена армировка, включително на тунели с дължина повече от 7 км, преминаващи на дълбочина над 250 м под морското ниво. В Испания фибрите BarChip са използвани за армиране на първичната и вторичната облицовки на тунели, които са част от високоскоростна жп линия и прокопани в екстремно трудни почвени условия. Специалистите се довериха на фибрите BarChip при прокарването на серия хидротехнически тунели, простиращи се през обширните аридни терени на Каталуния. Пред завършване е двутръбният магистрален тунел Овит в Турция с дължина на всяка от тръбите 12.6 км.

Какво представляват синтетичните фибри и как работят?
Структурните синтетични фибри BarChip, чиято якост на опън е 640MPa, са произведени от полимер с висока издръжливост на механично натоварване, който преминава процес на обработка, базирана на сериозни предварителни проучвания. (Декларираната якост на опън на голяма част от армиращата стомана е около 500MPa).
Армиращата способност на синтетичните фибри е функция от връзката им с бетонната матрица по протежение на цялата дължина и в краищата им. По тази причина фибрите BarChip се произвеждат с грапава, щанцована повърхност. Това е гаранция за постигане на максимални експлоатационни характеристики в комбинация с всеки от класовете бетон.

Изпитване и проектиране
Ролята на стоманените или синтетичните фибри в бетона е да осигурят жилавост на матрицата. Важният въпрос е как да измерим тези експлоатационни характеристики? Съществуват два различни начина. В съответствие с днешните възприети по света методи за изпитване, се провеждат тест с греда или тест с плоча.
Числата, получени в процеса на изпитване по тези методи, отговарящи на експлоатационните характеристики на съответното количество фибри в комбинация с конкретен клас бетон, могат да бъдат използвани като входни данни на софтуер за анализа на крайните елементи (Ansys и Atena). На тази база, в комбинация с геометрията на тунелни сегменти или специфични тунелни профили с крепеж от пръскан бетон, както и стандартните (съгласно кодовете за проектиране) ограничения за експлоатационните натоварвания и пълните натоварвания, които се очаква да бъдат реализирани в случаите на различни класове скали, могат да бъдат осъществени изчисления на армирани със синтетични фибри тунелни облицовки, прилагайки традиционните за целта методи.

Еквивалентност и повече
Серия „прозрачни“ изпитвания за определяне на изчислителните входни данни, проведени от независими лаборатории, в комбинация с международно признатите изчислителни методи и софтуер дават възможност производителите на фибри да демонстрират ясно не само еквивалентността на експлоатационните характеристики на фибрите с тези на армиращите стоманени пръти и мрежи, но също и да покажат как използването на фибрите може да предложи по-високи функционални ползи, в частност контрола на микропукнатините, така че тяхното разпространяване да бъде строго ограничено, а развитието на широки пукнатини трудно осъществимо.

Екологичният аспект на синтетичните фибри
Използването на синтетични фибри води не само значителни икономии на средства за складиране, инсталиране и транспорт, но производството и прилагането им са свързани със 70% по-ниски нива на отделен в атмосферата въглероден диоксид в сравнение с производството на стоманените фибри.

Корозия и загуба на експлоатационни характеристики
Независими изпитвания, проведени в Австралия, показват, че напукани плочи от армиран със стоманени фибри бетон, тествани една година след като са изложени на въздействието на природните стихии, губят над 45% от способността си да поглъщат енергия, сравнено с измервания на 28-мия ден. Същите плочи, армирани със синтетични фибри изложени на същите условия и период от време, губят само 0.2% от експлоатационните си характеристики. Това е факторът, който промени в положителна посока отношението на много проектанти към синтетичните фибри.

Не всички синтетични фибри са еднакви
Истината е, че не всички синтетични фибри са еднакви и че на пазара има някои материали, които не би трябвало да се прилагат в подземното строителство. Ето защо беше прието изискване всички фибри, използвани в строителството, да носят СЕ маркировка, която да гарантира определени параметри, отнасящи се до качеството на продукта и неговите минимално изискуеми експлоатационни характеристики, съответните измерими отклонения, както да бъдат сертифицирани от официални акредитирани организации.

Заключение
Очевидно, проектантите и предприемачите са забелязали множеството ползи, които структурните синтетични фибри допринасят в сектора на подземното строителство, в резултат на което много от конструкциите днес са реализирани, използвайки армировка от структурни синтетични фибри: като се започне с пътища и велосипедни пътеки, дренажи за летища, индустриални настилки, предварително отлети бетонни резервоари, и се стигне до пътни тунели, железопътни тунели, хидротехнически тунели и метрополитени.