Fiberkompositer (FRP) för betongkonstruktioner

Edited book, 2002

Om betongkonstruktioner konstrueras, utförs och underhålls på rätt sätt kan de vara mycket resistenta. För konstruktioner i aggressiva miljöer kan emellertid korrosion hos armeringsstålen utgöra ett stort problem. Exempel på konstruktioner som är i riskzonen är marina konstruktioner, broar utsatta för avisningssalt och vissa industribyggnader. Vid många institut och företag har avancerade armeringsmaterial utvecklats bestående av kontinuerliga fibrer inbäddade i en matris av en polymer. Materialen kan vara i form av stänger, linor, nät eller olika profiler. Fibrerna utgörs av kol-, aramid- och/eller glasfibrer impregnerade med epoxy-, polyester- eller vinylesterharts. Dessa armeringsmaterial kallas allmänt för "FRP" (Fiber Reinforced Polymer) och har funnit alltmer användning i betongtekniken, då de är resistenta i miljöer där stål inte är resistent. Dessutom är de starka, har låg densitet och är icke magnetiska. Utvecklingen är för närvarande mycket snabb i Japan, Kanada, USA, Danmark, Storbritannien, Norge, Schweiz, Nederländerna, Italien, Tyskland m. fl. Materialen har testats i laboratorier och en del prototypbroar har byggts med FRP-armering eller helt i FRP-material. I Sverige har fokus i huvudsak lagts på avancerade kompositers användning i förstärknings sammanhang. FRP-material skall inte ses som en konkurrent till stål utan mer som ett komplement att användas där stål är mindre lämpligt. Detta kan exempelvis vara i mycket aggressiva miljöer eller i miljöer där störning av magnetiska fält har betydelse för konstruktionen. Runt om i världen används olika typer av väv och laminat i form av tunna band av fibermaterial för förstärkning och reparation av betongkonstruktioner. Särskilt vid reparation av jordbävningsskadade konstruktioner är detta en framgångsrik metod. Härvid limmas förstärkningsmaterialet på eller lindas omkring betongkonstruktionen. I dessa fall är det vanligast att lim stryks på konstruktionen varefter väven appliceras och ytterligare lim och väv kan läggas på beroende på önskad förstärkningseffekt. Även förimpregnerade vävar, sk prepregs, kan användas. I dessa fall är fibern redan impregnerad med lim och detta aktiveras med värme. Ytterligare en metod är att förtillverka färdiga element i form av laminat av olika storlek och form. Dessa limmas mot konstruktionen i det område där förstärkning behövs. FRP-material kan inte utan vidare ersätta stål i en konstruktion. Skillnader i materialegenskaper mellan de olika materialen kräver ett speciellt hänsynstagande. Förutom att FRP-materialen kan varieras i stor utsträckning avseende såväl styvhet som hållfasthet, krävs en ingående kännedom om materialegenskaperna hos FRP-material i olika miljöer. Operativa normer har skrivits i Japan och Kanada framförallt för ingjutna och spännarmerade konstruktioner. I Storbritannien, Norge och USA (ACI) samt även inom fib (fédération internationale du béton) i Europa är motsvarande normarbete långt framskridet. Emellertid bygger dessa regler för närvarande på ännu otillräcklig kunskap. När det gäller dimensionering för förstärkning har Sverige som första nation tagit fram normer som i dag är tillämpbara och används i praktiken. I norden, finns också ett relativt nystartat nätverk ”The Nordic Network for Composites in Civil Engineering”, vilket har som syfte att ställa samman pågående forskning och utveckling inom området samt sprida denna information och vara en kontaktyta mot omvärlden. Glasfiberoptiska mätmetoder för deformationer och förändringar i konstruktionen är för närvarande på stark frammarsch. Optiska fibrer kan inneslutas i fiberkompositer. Även möjligheter att placera optiska fibrer direkt på en konstruktion finns. Information från konstruktioner med installerade optiska fibersensorer kan med hjälp av Internet samlas centralt för övervakning och utvärdering av funktionen. Sålunda skulle t ex Vägverket centralt kunna övervaka alla sina broar med hänsyn till trafikbelastning och miljöpåverkan med sådana sensorer. Svårigheten kan dock vara att tolka informationen och mer utveckling och forskning inom området behövs för att metoden skall bli praktiskt tillämpbar. Förstärkning av betongkonstruktioner (balkar, pelare, broar mm) har utförts i Sverige med pålimning av fiberkompositer. Dock är det nödvändigt att Sverige, som en framstående byggarnation, följer ännu mer aktivt och även tar tag i denna pågående utveckling. En forskning kring FRP-armerad betong måste byggas upp i betydligt större omfattning. Om forskning bedrivs på tillräckligt hög nivå, så blir den intressant för världen utanför och primär information från andra forskningsinstitut blir då tillgänglig samtidigt som man har möjlighet att påverka internationell normering.