Šveicarų mokslininkai pasiekė reikšmingą pažangą, siekdami prailginti senstančių betoninių tiltų eksploatavimo laiką. Jie sukūrė išmanų, formą atsimenantį plieną, kuris įkaitintas pats susiveržia, užtaiso plyšius ir gali net dvigubai padidinti konstrukcijos tvirtumą.
Naujoji tiltų stiprinimo sistema sujungia itin didelio našumo pluoštais armuotą betoną (UHPFRC) ir formą atsimenantį plieną. Kaitinamas šis plienas grįžta į pradinę formą, todėl konstrukcijoje sukuria įtempimą. Sistemą sukūrė Šveicarijos federalinių medžiagų mokslo ir technologijos laboratorijų „Empa“ mokslininkai.
Tyrėjų teigimu, itin tvirtas UHPFRC betonas gali būti tiesiogiai užnešamas ant tiltų perdangų plokščių. Ši medžiaga yra labai tanki ir atspari vandeniui. Siekiant dar labiau padidinti konstrukcijos laikomąją gebą, į tokį betoną įprastai įbetonuojami armatūriniai plieno strypai.
„Empa“ Konstrukcijų inžinerijos laboratorijos doktorantė ir tyrėja Angela Sequeira Lemos pabrėžia, kad šios sistemos privalumas – paprastumas: strypus tereikia įtvirtinti ir įkaitinti, o toliau jie „dirba“ patys.
„Gijantys“ tiltai
Bandomuosiuose bandymuose ši hibridinė sistema atkūrė pažeistas tiltų perdangų plokštes, uždarė esamus plyšius ir dvigubai padidino jų laikomąją gebą. Toks sprendimas itin aktualus, nes didelė dalis tiltų buvo pastatyti iki 9-ojo dešimtmečio ir artėja prie projektinės eksploatavimo trukmės pabaigos.
Šiuo metu dažniausiai tiltai stiprinami užnešant UHPFRC sluoksnį ant perdangos plokščių ir naudojant tradicinę armatūrą. Naujojoje koncepcijoje įprastą armatūrą pakeičia geležies pagrindu pagaminto formą atsimenančio lydinio (Fe-SMA) strypai. Įkaitinti maždaug iki 200 °C, šie strypai susitraukia.
Aktyvavus Fe-SMA strypus, jie siekia grįžti į anksčiau „užprogramuotą“ formą. Kadangi juos varžo aplink esantis betonas, konstrukcijoje susidaro vidinis įtempimas. Tokios jėgos gali užverti plyšius, pakelti deformuotas konstrukcijos dalis ir prailginti tilto tarnavimo laiką, nenaudojant sudėtingų įtempimo įrenginių.
Mokslininkų komanda tyrė, kaip Fe-SMA strypai sukimba su UHPFRC betonu, ir siekė optimaliai suderinti šias dvi medžiagas. Vėliau idėja buvo išbandyta su penkiomis natūralaus dydžio betoninėmis plokštėmis, kurių kiekvienos ilgis siekė 5 metrus. Taip pat buvo tiriami modeliniai konsoliniai tiltų perdangų fragmentai.
Naujas tilto stiprinimo standartas
Siekdami atkartoti realią žalą, tyrėjai plokštes tyčia sutrūkinėjo dar prieš stiprinimą. Viena plokštė palikta nepakeista kaip kontrolinis pavyzdys, o kitos buvo sustiprintos arba vien UHPFRC sluoksniu, arba UHPFRC deriniu su išmaniuoju plienu.
Inžinieriai nuolat stebėjo plokščių deformacijas. Plyšiams fiksuoti buvo naudojamos skaitmeninės kameros, o išilgai strypų įmontuoti itin maži šviesolaidiniai jutikliai. Pasak A. Sequeira Lemos, bandymai parodė, kad sistema ne tik veikia, bet ir realiai gali „atgaivinti“ esamus tiltus.
Tyrėja paaiškina, kad naudojami jutikliai veikia panašiai kaip šviesolaidiniai kabeliai telekomunikacijose, tik vietoje užkoduotos informacijos perdavimo analizuojama atspindėta šviesa. Taip galima tiksliai nustatyti, kaip deformuojasi strypai.
Bandymų rezultatai parodė, kad hibridinė sistema kasdienėmis sąlygomis, pavyzdžiui, esant įprastam transporto srautui, pranoksta tradicinį armavimą. Vis dėlto Fe-SMA lydinys kol kas yra brangus, todėl mokslininkai siūlo technologiją pirmiausia taikyti stipriai deformuotai ar jau pažeistai infrastruktūrai.
Galimos taikymo sritys apima balkonus, plokščius stogus ir kitas betoninių konstrukcijų dalis, kur ypač svarbūs kompaktiški ir efektyvūs stiprinimo sprendimai. Jei pavyktų šią sistemą pritaikyti realiam tiltui, pramonės susidomėjimas, tikėtina, sparčiai augtų, o didėjant paklausai mažėtų ir medžiagos kaina. Tuomet ši technologija galėtų iš esmės pakeisti tiltų renovacijos praktiką.
Projektą finansavo Šveicarijos inovacijų agentūra „Innosuisse“. Jis buvo vykdomas bendradarbiaujant su Rytų Šveicarijos taikomųjų mokslų universitetu, „Empa“ įmone „re-fer“ ir Šveicarijos cemento pramonės asociacija.
