До сих пор предварительное напряжение стальной арматуры в основном происходит гидравлически. Для этого необходимы кабель-каналы, анкеры для передачи усилия, а также гидравлические домкраты. По мнению некоторых исследователь, гидравлический метод уже устарел.
В течение примерно 15 лет исследовательской работы эксперты из Empa (Швейцарской Федеральной лаборатории материаловедения и технологий — прим.) нашли альтернативный метод предварительного напряжения для серийного производства: использовать запоминающие при нагревании форму сплавы на основе железа, которые будут постоянно напрягать бетонную конструкцию. Таким образом, можно отказаться от гидравлического предварительного напряжения — достаточно нагревать сталь с помощью электрического тока или инфракрасных лучей. Новый строительный материал будет продаваться под названием «memory-steel» («запоминающая сталь»). Уже успешно реализовано несколько пилотных проектов, таких как укрепление различных железобетонных плит.
Как разрабатывалась «запоминающая сталь»
Разработка этого материала началась еще в 2000-х годах. До этого Empa уже стали инициаторами укрепления железобетона с помощью армированных углеродным волокном полимеров (CFRP). Так появилась идея использовать сплавы с памятью формы, чтобы предварительно напрягать железобетон. Первые испытания сплавов никель-титан были успешными, однако материал, очень популярный в медицине, оказался слишком дорогим для использования в строительном секторе. В 2009 году исследователям Empa удалось получить сплав с памятью формы на основе железа, который они сразу же запатентовали.
Новые возможности для старых построек
В первую очередь «запоминающая сталь» будет использована для укрепления старых зданий. В промышленных зданиях необходимо увеличить грузоподъемность старой подвесной плиты. Благодаря «запоминающей стали» такие задачи теперь также могут быть легко решены в ограниченном пространстве: полоска специальной стали закрепляется под потолком с помощью дюбелей, а затем нагревается электричеством или инфракрасным излучателем. В качестве альтернативы также может быть установлена арматура в бетоне: сначала на поверхности бетонной плиты создается канавка, затем в канавку вставляется ребристый арматурный стержень из «запоминающей стали» и заполняется специальным раствором. Наконец, профиль нагревается с помощью прямого тока и, таким образом, он предварительно напрягается. Другой вариант — встраивание арматурного стержня в дополнительный слой торкрет-бетона.
Сборные бетонные элементы с особенной геометрией
В будущем «запоминающая сталь» также может стать основой надежного метода изготовления сборных железобетонных деталей с ранее неизвестной геометрией. Гидравлическое предварительное напряжение, используемое до сегодняшнего дня, создает трение в изогнутых структурах, что значительно ограничивает использование этого метода. Благодаря встроенному в бетон профилю с «памятью», будут возможны и изогнутые конструкции: при нагревании профиль сжимается равномерно по всей его длине без потерь на трение и переносит напряжение на бетон.
Рынок «запоминающей стали»
Готовые к монтажу профили из «запоминающей стали» производятся компанией Voestalpine Böhler Edelstahl GmbH & Co KG в Австрии. Компания работает с лабораторией Empa над усовершенствованием состава сплава.