Если бетонная балка залита с помощью арматурных стержней, изготовленных из материала SMA, они могут быть «активированы» посредством приложения тепла. Они пытаются вернуться к своей первоначальной форме, но из-за их бетонной оболочки они не могут этого сделать, таким образом оказывая предварительное напряжение на балку. Этот эффект можно использовать, например, для предварительного напряжения всего пролета моста. Для создания необходимой силы стержни SMA необходимо просто нагреть, пропустив через них электрический ток.
Это устраняет необходимость в использовании сложных систем натяжения и трубок рубашки, которые используются в традиционных методах предварительного напряжения.
Никель-титановые сплавы, используемые для изготовления оправ для очков или стентов, не очень подходят для использования в строительной отрасли.
Продукты SMA на основе железа намного привлекательнее, поскольку и сырье, и затраты на обработку намного дешевле. Однако на сегодняшний день камнем преткновения остается одна проблема: чтобы активировать эффект памяти, используемые в настоящее время материалы должны быть нагреты до 400 ° C, что для применений, связанных с бетоном, строительным раствором или другими термочувствительными материалами, является слишком высоким.
Исследователям Empa во главе с Кристианом Лейненбахом из Лаборатории технологий соединения и коррозии удалось разработать новый сплав SMA на основе железа, марганца и кремния, который активируется всего при 160 ° C, температуре, которая намного лучше подходит для использования с бетоном. Исследователи материаловедения "разработали" ряд виртуальных сплавов с помощью термодинамического моделирования, а затем выбрали наиболее многообещающие комбинации.
Затем они были изготовлены в лаборатории и с большим успехом протестированы на их характеристики памяти формы. Некоторые из новых материалов соответствовали требованиям инженеров-строителей, что стало важной вехой на пути к созданию экономичных стальных сплавов с памятью формы для промышленного применения – другими словами, их производство тоннами.
Долгий путь от лаборатории до готового продукта
Кристоф Чадерски из Лаборатории инженерных конструкций Empa считает, что материалы SMA на основе железа имеют многообещающее будущее в строительной отрасли, поскольку процесс предварительного напряжения проще и, следовательно, дешевле, чем при использовании традиционных методов. Кроме того, они могут позволить инженерам создавать предварительно напряженные конструкции, которые невозможно или очень трудно реализовать с помощью обычных методов. К ним относятся использование коротковолокнистого бетона, ламината, монтируемого на поверхности, обертывания колонн и ребристой армирующей стали.
Технико-экономическое обоснование, финансируемое Комиссией по технологиям и инновациям (CTI), недавно показало, что можно производить новые сплавы в промышленных масштабах, а не только несколько килограммов для лабораторного использования. Производственный процесс был разработан в сотрудничестве с Леобенским университетом (Австрия), Техническим университетом Bergakademie Freiberg (Германия) и немецкой компанией G. Rau GmbH.
Обработка литых слитков весом около 100 кг каждая в тонкие полосы толщиной около 2 мм или ребристые армирующие стальные стержни при температурах более 1000 ° требует высоких технических знаний и соответствующей инфраструктуры. Рабочий процесс также необходимо адаптировать для использования с новыми сплавами. Изготовленные таким образом металлические полосы продемонстрировали свои возможности в последующих испытаниях, в ходе которых они были вставлены в прорези, вырезанные в поверхности бетонных балок, и закреплены клеем. Для продолжения разработок, сделанных в Empa, была создана новая компания re-Fer AG.
В будущем компания будет производить и распространять SMA на основе железа для строительной отрасли. Ожидается, что стоимость новых продуктов будет примерно на том же порядке, что и стоимость материалов на основе нержавеющей стали.