Kompozytowe materiały budowlane. Drewno kompozytowe

Przesyłanie dobrych prac do bazy wiedzy jest łatwe. Skorzystaj z poniższego formularza

Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.

Opublikowano w dniu http://www.allbest.ru/

• Wstęp
• 1. Ogólne informacje o materiałach kompozytowych
• 2. Skład i struktura kompozytu
• 3. Ocena osnowy i wzmacniacza w kształtowaniu właściwości kompozytu
• 3.1 Kompozyty z osnową metaliczną
• 3.2 Materiały kompozytowe z osnową niemetaliczną
• 4. Materiały konstrukcyjne – kompozyty
• 4.1 Polimery w budownictwie
• 4.2 Kompozyty i beton
• 4.3 Aluminiowe panele kompozytowe
• Wniosek
• Wykaz używanej literatury
• WSTĘP
• Na początku XXI wieku ludzie zadają pytania dotyczące przyszłych materiałów budowlanych. Szybki rozwój nauki i technologii utrudnia prognozowanie: cztery dekady temu nie było szerokie zastosowanie polimerowe materiały budowlane i nowoczesne „prawdziwe” kompozyty znane były jedynie wąskiemu kręgowi specjalistów. Można jednak założyć, że głównymi materiałami budowlanymi będą także metal, beton i żelbet, ceramika, szkło, drewno i polimery. Materiały budowlane będą tworzone na tej samej bazie surowcowej, ale z wykorzystaniem nowych receptur komponentów i metod technologicznych, co dadzą wyższą jakość jakość wykonania a co za tym idzie, trwałość i niezawodność. Maksymalnie wykorzystywane będą odpady z różnych gałęzi przemysłu, produkty zużyte, odpady lokalne i bytowe. Materiały budowlane będą dobierane według kryteriów środowiskowych, a ich produkcja będzie oparta na technologiach bezodpadowych.
• Już teraz istnieje mnóstwo marek materiałów wykończeniowych, izolacyjnych i innych, które w zasadzie różnią się jedynie składem i technologią. Ten przepływ nowych materiałów wzrośnie, a ich właściwości użytkowe poprawią się, biorąc pod uwagę trudne warunki warunki klimatyczne i oszczędzanie zasobów energetycznych Rosji.
• 1. OGÓLNE INFORMACJE O MATERIAŁACH KOMPOZYTOWYCH
• Materiał kompozytowy to heterogeniczny materiał stały składający się z dwóch lub więcej składników, wśród których możemy wyróżnić elementy wzmacniające, które zapewniają niezbędne właściwości mechaniczne materiału, oraz matrycę (lub spoiwo), która zapewnia wspólne działanie elementów wzmacniających.
• O mechanicznym zachowaniu kompozytu decyduje zależność między właściwościami elementów wzmacniających a osnową, a także siła wiązania między nimi. Wydajność i wydajność materiału zależą od prawidłowego doboru oryginalnych komponentów oraz technologii ich połączenia, zaprojektowanej tak, aby zapewnić mocne połączenie pomiędzy komponentami przy jednoczesnym zachowaniu ich pierwotnych właściwości.
• W wyniku połączenia elementów wzmacniających i osnowy powstaje zespół właściwości kompozytu, który nie tylko odzwierciedla początkowe cechy jego składników, ale obejmuje także właściwości, których nie posiadają izolowane składniki. W szczególności obecność styków między elementami wzmacniającymi a osnową znacznie zwiększa odporność materiału na pękanie, a w kompozytach, w przeciwieństwie do metali, wzrost wytrzymałości statycznej nie prowadzi do zmniejszenia, ale z reguły do wzrost charakterystyki odporności na pękanie.
• Zalety materiałów kompozytowych:
• wysoka wytrzymałość właściwa
• wysoka sztywność (moduł sprężystości 130-140 GPa)
• wysoka odporność na zużycie
• wysoka wytrzymałość zmęczeniowa
• Z CM można wykonać stabilne wymiarowo konstrukcje
• Ponadto różne klasy kompozytów mogą mieć jedną lub więcej zalet. Niektórych korzyści nie da się osiągnąć jednocześnie.
• Wady materiałów kompozytowych
• Większość klas kompozytów (ale nie wszystkie) ma wady:
• wysoki koszt
• anizotropia właściwości
• zwiększona wiedza intensywność produkcji, zapotrzebowanie na specjalny drogi sprzęt i surowce, a co za tym idzie rozwinięta produkcja przemysłowa i baza naukowa kraju
• 2. SKŁAD I STRUKTURA KOMPOZYTU
• Kompozyty to materiały wieloskładnikowe składające się z polimeru, metalu, węgla, ceramiki lub innego podłoża (osnowy), wzmocnione wypełniaczami z włókien, wiskersów, drobnych cząstek itp. Dobierając skład i właściwości wypełniacza i osnowy (spoiwa), ich stosunek, orientacja napełniacza, możliwe jest uzyskanie materiałów o wymaganej kombinacji właściwości użytkowych i technologicznych. Zastosowanie kilku osnów (materiały kompozytowe polimatrycowe) lub wypełniaczy o różnym charakterze (materiały kompozytowe hybrydowe) w jednym materiale znacznie rozszerza możliwości regulacji właściwości materiałów kompozytowych. Wypełniacze wzmacniające pochłaniają większość ładunku materiałów kompozytowych.
• Ze względu na budowę napełniacza materiały kompozytowe dzielą się na włókniste (wzmocnione włóknami i wąsami), warstwowe (wzmocnione foliami, płytami, wypełniaczami warstwowymi), wzmocnione dyspersyjnie lub wzmocnione dyspersyjnie (wypełniaczem w postaci drobnych cząstek). ). Osnowa w materiałach kompozytowych zapewnia trwałość materiału, przenoszenie i rozkład naprężeń w wypełniaczu, determinuje ciepło, wilgoć, ogień i chemikalia. trwałość.
• Ze względu na charakter materiału osnowy wyróżnia się kompozyty polimerowe, metalowe, węglowe, ceramiczne i inne.
• W budownictwie i technologii najpowszechniej stosowane są materiały kompozytowe wzmacniane włóknami ciągłymi o dużej wytrzymałości i wysokim module sprężystości. Należą do nich: polimerowe materiały kompozytowe na bazie termoutwardzalnych (epoksydowych, poliestrowych, fenolowo-formalnych, poliamidowych itp.) i spoiw termoplastycznych, wzmocnionych szkłem (włóknem szklanym), węglem (włóknem węglowym), org. (organoplasty), bor (boroplasty) i inne włókna; metaliczny materiały kompozytowe na bazie stopów Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Cr, wzmacnianych włóknami boru, węgla lub węglika krzemu, a także drutu stalowego, molibdenowego lub wolframowego;
• Materiały kompozytowe na bazie węgla wzmocnionego włóknami węglowymi (materiały węglowo-węglowe); materiały kompozytowe na bazie ceramiki wzmacnianej węglem, węglikiem krzemu i innymi włóknami żaroodpornymi oraz SiC. Przy zastosowaniu włókien węglowych, szklanych, aramidowych i borowych zawartych w materiale w ilości 50-70% powstały kompozycje (patrz tabela) z szokiem. wytrzymałość i moduł sprężystości 2-5 razy większy niż w przypadku konwencjonalnych materiały budowlane i stopy. Ponadto włókniste materiały kompozytowe przewyższają metale i stopy pod względem wytrzymałości zmęczeniowej, odporności na ciepło, odporności na wibracje, pochłaniania hałasu, udarności i innych właściwości. Tym samym wzmacnianie stopów Al włóknami boru znacząco poprawia ich właściwości mechaniczne i umożliwia podniesienie temperatury pracy stopu z 250-300 do 450-500°C. Zbrojenie drutem (od W i Mo) oraz włóknami ze związków ogniotrwałych służy do tworzenia żaroodpornych materiałów kompozytowych na bazie Ni, Cr, Co, Ti i ich stopów. Zatem żaroodporne stopy niklu wzmocnione włóknami mogą pracować w temperaturze 1300-1350 °C. Przy wytwarzaniu materiałów kompozytowych z włóknami metalowymi nakładanie metalowej osnowy na wypełniacz odbywa się głównie ze stopu materiału osnowy, poprzez osadzanie elektrochemiczne lub napylanie katodowe. Formowaniem wyrobów zajmuje się Ch. przyr. poprzez impregnację ramy wykonanej z włókien wzmacniających roztopionym metalem pod ciśnieniem do 10 MPa lub poprzez połączenie folii (materiału osnowy) z włóknami wzmacniającymi metodą walcowania, prasowania, wytłaczania z ogrzewaniem. do temperatury topnienia materiału matrycy.
• Jedna z powszechnych metod technologicznych wytwarzania materiałów polimerowych i metalicznych. włókniste i warstwowe materiały kompozytowe – hodowanie kryształów wypełniacza w matrycy bezpośrednio podczas procesu wytwarzania części. Metodę tę stosuje się np. przy tworzeniu eutektyki. stopy żaroodporne na bazie Ni i Co. Stapianie stopów z węglikami i międzymetalikami. związki, które po ochłodzeniu w kontrolowanych warunkach tworzą włókniste lub płytkowe kryształy, prowadzą do wzmocnienia stopów i umożliwiają podniesienie ich temperatury pracy o 60-80 oC. materiały kompozytowe na bazie węgla łączą niską gęstość z wysoką przewodnością cieplną, chemiczną. trwałość, stałość wymiarów przy nagłych zmianach temperatury, a także wzrost wytrzymałości i modułu sprężystości po podgrzaniu do 2000 ° C w obojętnym środowisku. Aby zapoznać się z metodami wytwarzania materiałów kompozytowych węgiel-węgiel, zobacz Tworzywa sztuczne węglowe . Materiały kompozytowe o wysokiej wytrzymałości na bazie ceramiki uzyskuje się poprzez wzmacnianie wypełniaczami włóknistymi, a także metalowymi. i ceramiczne rozproszone cząstki. Wzmocnienie ciągłymi włóknami SiC pozwala uzyskać materiały kompozytowe charakteryzujące się wyższą wytrzymałością lepkość, wytrzymałość na zginanie i wysoką odporność na utlenianie w wysokich temperaturach. Jednak wzmacnianie ceramiki włóknami nie zawsze do tego prowadzi. zwiększenie jego właściwości wytrzymałościowych ze względu na brak stanu sprężystego materiału wysoka wartość jego moduł sprężystości. Wzmocnienie rozproszonym metalem cząsteczki pozwalają na tworzenie ceramiki i metalu. materiałów (cermetali) o wyższej zawartości wytrzymałość, przewodność cieplna, odporność na szok termiczny. W produkcji ceramiki Materiały kompozytowe stosuje się zwykle poprzez prasowanie na gorąco, prasowanie ostatnim. spiekanie, odlewanie (patrz także Ceramika). Wzmocnienie materiałów rozproszonymi materiałami metalicznymi. cząstek prowadzi do gwałtownego wzrostu wytrzymałości w wyniku tworzenia barier dla ruchu dyslokacji. Takie wzmocnienie rozdz. przyr. stosowany do tworzenia żaroodpornych stopów chromowo-niklowych. Materiały otrzymuje się poprzez wprowadzenie drobnych cząstek do roztopionego metalu ostatnim. konwencjonalne przetwarzanie wlewków na produkty. Wprowadzenie do stopu np. ThO2 lub ZrO2 umożliwia otrzymanie wzmocnionych dyspersyjnie stopów żaroodpornych, które długo pracują pod obciążeniem w temperaturze 1100-1200°C (granica wydajności konwencjonalnych stopów żaroodpornych w w tych samych warunkach wynosi 1000-1050°C). Obiecującym kierunkiem tworzenia materiałów kompozytowych o wysokiej wytrzymałości jest wzmacnianie materiałów wąsami (wąsami), które dzięki małej średnicy są praktycznie wolne od defektów występujących w większych kryształach i charakteryzują się dużą wytrzymałością. maks. praktyczny Interesujące są kryształy Al2O3, BeO, SiC, B4C, Si3N4, AlN i grafitu o średnicy 1-30 mikronów i długości 0,3-15 mm. Takie wypełniacze stosuje się w postaci zorientowanej przędzy lub izotropowych materiałów warstwowych, takich jak papier, tektura i filc. materiały kompozytowe na bazie osnowy epoksydowej i wąsów ThO2 (30% wag.) charakteryzują się wytrzymałością na rozciąganie 0,6 GPa i modułem sprężystości 70 GPa. Wprowadzenie kryształów wąsów do kompozycji może nadać jej niezwykłe kombinacje właściwości elektrycznych i magnetycznych. Wybór i przeznaczenie materiałów kompozytowych w dużej mierze zależą od warunków obciążenia i eksploatacji części lub konstrukcji, technolu. możliwości. Najbardziej dostępnymi i opanowanymi polimerowymi materiałami kompozytowymi jest szeroka gama osnów w postaci termoutwardzalnych i termoplastycznych. polimers zapewnia szeroki wybór materiałów kompozytowych do prac począwszy od negatywów. temperatura do 100-200°C - dla tworzyw organoplastycznych, do 300-400°C - dla tworzyw szklanych, węglowych i borowych. Polimerowe materiały kompozytowe z osnową poliestrową i epoksydową pracują w temperaturze do 120-200°C, z fenolowo-formaldehydowymi do 200-300°C, poliimidowymi i silikonowymi. - do 250-400°C. Metaliczny materiały kompozytowe na bazie Al, Mg i ich stopów, wzmacniane włóknami B, C, SiC, stosowane są do temperatur do 400-500°C; materiały kompozytowe na bazie stopów Ni i Co pracują w temperaturach do 1100-1200°C, bazujące na metalach i związkach ogniotrwałych. - do 1500-1700°C, na bazie węgla i ceramiki - do 1700-2000°C. Zastosowanie kompozytów jako wyposażenia konstrukcyjnego, termoochronnego, przeciwciernego, radiowego i elektrycznego. i inne materiały pozwalają zmniejszyć ciężar konstrukcji, zwiększyć zasoby i moc maszyn i jednostek oraz stworzyć zasadniczo nowe jednostki, części i konstrukcje. Wszystkie rodzaje materiałów kompozytowych znajdują zastosowanie w przemyśle chemicznym, tekstylnym, górniczym, metalurgicznym, budowie maszyn, transporcie, do produkcji sprzętu sportowego itp.
• konstrukcja z kompozytu polimerowo-aluminiowego
• 3. OCENA MATRYCY I REINFORMERA W FORMOWANIU WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTU
• 3.1 MATERIAŁY KOMPOZYTOWE Z MATRYCĄ METALOWĄ
• Materiały kompozytowe składają się z osnowy metalowej (zwykle Al, Mg, Ni i ich stopów), wzmocnionej włóknami o dużej wytrzymałości (materiały włókniste) lub drobno zdyspergowanymi cząstkami ogniotrwałymi, które nie rozpuszczają się w metalu nieszlachetnym (materiały wzmocnione dyspersyjnie). Metalowa osnowa spaja włókna (rozproszone cząstki) w jedną całość. Włókno (rozproszone cząstki) plus spoiwo (matryca), które tworzą tę lub inną kompozycję, nazywane są materiałami kompozytowymi.
• 3.2 MATERIAŁY KOMPOZYTOWE NA OSŁONIE NIEMETALICZNEJ
• Szerokie zastosowanie znalazły materiały kompozytowe z osnową niemetaliczną. Jako osnowy niemetaliczne stosuje się materiały polimerowe, węglowe i ceramiczne. Najszerzej stosowanymi matrycami polimerowymi są żywice epoksydowe, fenolowo-formaldehydowe i poliamidowe. Matryce z węgla koksowanego lub pirowęglowego otrzymuje się z polimerów syntetycznych poddawanych pirolizie. Matryca spaja kompozycję, nadając jej kształt. Wzmacniaczami są włókna: szklane, węglowe, borowe, organiczne, na bazie kryształów wąsów (tlenki, węgliki, borki, azotki i inne) oraz metale (druty), które charakteryzują się dużą wytrzymałością i sztywnością. Właściwości materiałów kompozytowych zależą od składu składników, ich kombinacji, stosunku ilościowego i siły wiązania między nimi. Materiały wzmacniające mogą mieć postać włókien, pasm, nici, taśm, tkanin wielowarstwowych. Zawartość utwardzacza w materiałach zorientowanych wynosi 60-80% obj., w materiałach nieorientowanych (z dyskretnymi włóknami i wąsami) 20-30% obj. Im wyższa wytrzymałość i moduł sprężystości włókien, tym wyższa wytrzymałość i sztywność materiału kompozytowego. Właściwości osnowy decydują o wytrzymałości kompozycji na ścinanie i ściskanie oraz odporności na uszkodzenia zmęczeniowe. Ze względu na rodzaj wzmocnienia materiały kompozytowe dzielą się na włókna szklane, włókna węglowe z włóknami węglowymi, włókna borowe i włókna organiczne. W materiałach warstwowych włókna, nici, taśmy impregnowane spoiwem układa się równolegle do siebie w płaszczyźnie układania. Płaskie warstwy są łączone w płyty. Właściwości są anizotropowe. Aby materiał zadziałał w wyrobie, ważne jest uwzględnienie kierunku działających obciążeń. Możliwe jest tworzenie materiałów o właściwościach zarówno izotropowych, jak i anizotropowych. Włókna można układać pod różnymi kątami, zmieniając właściwości materiałów kompozytowych. Sztywność na zginanie i skręcanie materiału zależy od kolejności ułożenia warstw na całej grubości opakowania. Stosuje się wzmocnienia z trzech, czterech lub więcej nici. Najpowszechniej stosowaną konstrukcją jest struktura trzech wzajemnie prostopadłych wątków. Wzmocnienia mogą być rozmieszczone w kierunku osiowym, promieniowym i obwodowym. Materiały trójwymiarowe mogą mieć dowolną grubość w postaci bloków lub cylindrów. Tkaniny o dużej objętości zwiększają wytrzymałość na odrywanie i ścinanie w porównaniu do tkanin laminowanych. Układ czterech nitek powstaje poprzez rozłożenie zbrojenia wzdłuż przekątnych sześcianu. Struktura czterech nitek jest równowagowa i ma zwiększoną sztywność na ścinanie w głównych płaszczyznach. Jednak tworzenie materiałów czterokierunkowych jest trudniejsze niż tworzenie materiałów trójkierunkowych.
• 4 . MATERIAŁY BUDOWLANE - KOMPOZYTY
• 4.1 POLIMERY W BUDOWNICTWIE
• Mówiąc o zastosowaniu nowych materiałów na bazie tworzyw sztucznych w budownictwie warto zwrócić uwagę na następujące kwestie. Jeśli w inżynierii lądowej stosuje się głównie materiały „tradycyjne”, to w sektorach takich jak budowa mostów, koleje, mosty itp. kompozyty polimerowe są dobre perspektywy.
• Konstrukcja to niejasne pojęcie, które obejmuje szeroką gamę obciążeń mechanicznych, począwszy od lekkich obciążeń, jakim poddawane są panele, obudowy, gniazda zabezpieczające sprzęt lub ściany dźwiękoszczelne, aż po ekstremalne wysokie ciśnienie, jakie podpory mostów są w stanie wytrzymać. Aby znaleźć rozwiązania mające zastosowanie w tych odmiennych sytuacjach, w inżynierii lądowej stosuje się oczyszczone tworzywa sztuczne lub kompozyty:
• - Zwykle stosowane w lekkich konstrukcjach budowlanych.
• - Sporadycznie stosowany w konstrukcjach specjalistycznych (niszowych) - Przeznaczony wyłącznie do dużych konstrukcji budowlanych, takich jak mosty.
• Rysunek 1 przedstawia kilka przykładów.
• Rysunek 1: Konstrukcje budowlane w inżynierii lądowej .
• W inżynierii lądowej wykorzystuje się tradycyjne materiały, takie jak beton i stal, które charakteryzują się niskimi kosztami komponentów, ale wysokimi kosztami przetwarzania i instalacji oraz niską obrabialnością. Skutkiem wprowadzenia tworzyw sztucznych może być: :
• - Redukcja kosztów końcowych.
• - Zwiększona produktywność.
• - Utrata masy ciała.
• - Zwiększone możliwości projektowania w porównaniu z drewnem i metalami.
• - Odporność na korozję.
• - Łatwy w obróbce i montażu.
• - Niektóre polimery mogą przepuszczać światło, a nawet być przezroczyste.
• - Łatwa konserwacja.
• - Właściwości izolacyjne.
• Z drugiej strony należy wziąć pod uwagę starzenie i odporność mechaniczną. Jednak niektóre projekty zbudowane w połowie lat pięćdziesiątych XX wieku przy użyciu poliestru wzmocnionego włóknem szklanym wykazały znaczną trwałość.
• Branża inżynierii lądowej jest branżą konserwatywną, a barierami w rozszerzaniu wykorzystania tworzyw sztucznych i kompozytów są: :
• - Słaba wiedza i małe doświadczenie w pracy z tymi materiałami w przemyśle inżynieryjnym.
• - Trudność w transferowaniu doświadczeń zdobytych w innych branżach.
• - Trudności w wyborze i wymiarowaniu tych materiałów.
• - Trudność w wzajemnym zrozumieniu pomiędzy przedstawicielami różne zawody z bardzo różną mentalnością.
• - Opinia o tworzywach sztucznych, która rozwinęła się w społeczeństwie.
• - Trudne warunki środowiskowe na placu budowy.
• - Trudne warunki stosowania, które nie do końca pokrywają się z praktyką i kwalifikacjami budowniczych.
• Stopniowa reakcja tworzyw sztucznych na rosnące wymagania budownictwa: od rafinowanych tworzyw termoplastycznych po kompozyty z zorientowanego włókna węglowego Kompozyty cieszą się szczególnym zainteresowaniem przemysłu budowlanego ze względu na ich wysoki stosunek wydajności do masy i kosztu końcowego.
• Co więcej, możliwość ustawienia kierunku zbrojenia kompozytowego poszerza możliwości projektowe w porównaniu ze stalą.
• W tabeli 1 porównano kilka przypadków, ale istnieją także inne rozwiązania pośrednie.
• Tabela 1: Przykłady właściwości oczyszczonych tworzyw termoplastycznych do kompozytów jednokierunkowych

Rafinowane tworzywa sztuczne i tworzywa wzmocnione krótkimi włóknami szklanymi
Charakterystyczny	Poliuretan wytwarzany metodą ulepszonego formowania wtryskowego reakcyjnego	Polimetakrylan metylu do ścian dźwiękoszczelnych
Włókno szklane,%
Gęstość, g/cm3
Wytrzymałość na rozciąganie, MPa
Napięcie przy zerwaniu,%
Moduł zginania, GPa
Wpływ karbu wg Izoda, kJ/m2
Wzmocnione włóknem szklanym tworzywo termoutwardzalne do BMC (przedmieszka do formowania tłocznego wypełniona szkłem) i SMC (materiał do formowania arkuszowego)
Charakterystyczny
Waga włókna szklanego
Gęstość, g/cm3
Wytrzymałość na rozciąganie, MPa
Napięcie przy zerwaniu,%
Moduł zginania, GPa
Wpływ karbu Izod, J/m
Żywica epoksydowa wzmocniona jednokierunkowym włóknem węglowym
Masa włókna węglowego,%
Gęstość, g/cm3
Wytrzymałość na rozciąganie, MPa
Napięcie przy zerwaniu,%
Moduł zginania, GPa

Na rysunku 2 przedstawiono wykres wzrostu sprawności mechanicznej w zależności od wzmocnienia polimerowego.

Rysunek 2: Sprawność mechaniczna tworzyw sztucznych.

Koszty materiałów kompozytowych zawsze przewyższają koszty metali, a najdroższe jest wzmocnienie włóknem węglowym (patrz rysunek 3). Koszty tworzyw sztucznych i kompozytów są równoważone przez inne korzyści.

Rysunek 3: Porównanie kosztów kompozytów i metalu.

W zamian za wysoki koszt materiału kompozyty oferują unikalny zestaw interesujących właściwości:

Redukcja masy - Obniżone koszty montażu - Instalacja - Obniżone koszty operacyjne - Obniżone koszty finansowe - Odporność na korozję - Bezpieczeństwo.

Redukcja masy Gęstość stali przewyższa gęstość kompozytów o następujące czynniki:

3,9 w porównaniu z żywicą epoksydową wzmocnioną włóknem szklanym.

5.1 w porównaniu z żywicą epoksydową wzmocnioną włóknem węglowym.

5.8 w porównaniu z żywicą epoksydową wzmocnioną włóknem kevlarowym.

Potencjał oszczędności masy wynikający z zastosowania kompozytów zamiast stali jest mniej znaczący. W większości obecnie proponowanych rozwiązań można je szacować na około 15-30%.

4.2 KOMPOZYTY I BETON

Zalety materiałów kompozytowych są dobrze widoczne w zbrojeniu i konstrukcji betonu.

Niedrogi i wszechstronny beton jest jednym z najlepszych materiałów budowlanych dostępnych w wielu ofertach. Prawdziwy kompozytowy, typowy beton składa się ze żwiru i piasku połączonych ze sobą w matrycę cementową, z dodatkiem metalowego wzmocnienia, zwykle dodawanego w celu zwiększenia wytrzymałości. Beton zachowuje się doskonale pod wpływem ściskania, ale staje się kruchy i słaby pod wpływem rozciągania. Naprężenia rozciągające, a także skurcz plastyczny podczas utwardzania prowadzą do pęknięć wchłaniających wodę, co ostatecznie prowadzi do korozji metalowego zbrojenia i znacznej utraty integralności betonu w przypadku zniszczenia metalu.

Zbrojenie kompozytowe ugruntowało swoją pozycję na rynku budowlanym dzięki udowodnionej odporności na korozję. Nowe i zaktualizowane wytyczne projektowe oraz protokoły testów ułatwiają inżynierom wybór wzmocnionych tworzyw sztucznych.

Tworzywa sztuczne wzmacniane włóknem (włókno szklane, tworzywo bazaltowe) od dawna uważane są za materiały mogące poprawić właściwości betonu.

Zbrojenie kompozytowe: uznana technologia.

W ciągu ostatnich 15 lat kompozytowe pręty zbrojeniowe przestały być eksperymentalnym prototypem i stały się skutecznym substytutem stali w wielu projektach, zwłaszcza w obliczu wzrostu cen stali. „Często stosuje się pręty zbrojeniowe z włókna szklanego, a jest to bardzo konkurencyjny rynek”.

W przypadku niektórych projektów projektowych, takich jak sprzęt do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego w szpitalach lub bliskość punktów poboru opłat, które korzystają z technologii RFID w celu identyfikacji, kto już zapłacił, jedynym wyborem jest zbrojenie kompozytowe. Nie można zastosować zbrojenia stalowego, ponieważ zakłóca ono sygnały elektromagnetyczne. Oprócz tego, że są przezroczyste elektromagnetycznie, kompozytowe pręty zbrojeniowe są również wyjątkowo odporne na korozję, lekkie – stanowią około jedną czwartą masy stali – i są izolatorem termicznym, ponieważ zapobiegają przedostawaniu się ciepła do konstrukcji budynku.

Siatki kompozytowe w prefabrykowanych płytach betonowych: Siatki węglowo-epoksydowe C-GRID o wysokim potencjale zastępują tradycyjną stal lub pręty zbrojeniowe w konstrukcjach prefabrykowanych jako zbrojenie wtórne.

C-GRID to duża krata holownicza z żywicy węglowej/epoksydowej. Stosowany jako zamiennik zbrojenia z siatki stalowej pochodzącej z recyklingu w panelach betonowych i zastosowaniach architektonicznych. Rozmiar oczek różni się w zależności od betonu i rodzaju kruszywa, a także wymagań wytrzymałościowych panelu

Beton zbrojony włóknami: pojawienie się wytrzymałości.

Stosowanie krótkich włókien w betonie w celu poprawy jego właściwości jest technologią ustaloną od dziesięcioleci, a nawet stuleci, biorąc pod uwagę, że w Cesarstwie Rzymskim zaprawy wzmacniano włosiem końskim. Zbrojenie włóknem zwiększa wytrzymałość i elastyczność betonu (zdolność do odkształcenia plastycznego bez pękania), zatrzymując część obciążenia w przypadku uszkodzenia osnowy i zapobiegając wzrostowi pęknięć.

„Dodanie włókien pozwala materiałowi odkształcić się plastycznie i wytrzymać obciążenia rozciągające”.

Do wykonania sprężonych belek mostowych użyto betonu zbrojonego włóknami. Stosowanie zbrojenia nie było konieczne ze względu na wysoką elastyczność i wytrzymałość materiału, którą nadano mu stalowymi włóknami wzmacniającymi dodanymi do mieszanki betonowej.

4.3 ALUMINIOWE PANELE KOMPOZYTOWE

Aluminiowy materiał kompozytowy to panel składający się z dwóch arkuszy aluminium i wypełniacza z tworzywa sztucznego lub mineralnego pomiędzy nimi. Kompozytowa struktura materiału nadaje mu lekkość i dużą wytrzymałość w połączeniu z elastycznością i odpornością na pękanie. Obróbka chemiczna i malarska powierzchni zapewnia materiałowi doskonałą odporność na korozję i wahania temperatury. Dzięki połączeniu tych unikalne właściwości, aluminiowy materiał kompozytowy jest jednym z najpopularniejszych w budownictwie.

Kompozyt aluminiowy ma wiele znaczące zalety co z roku na rok zapewnia jej rosnącą popularność jako materiału wykończeniowego.

Minimalna waga połączona z dużą sztywnością. Panele AKM charakteryzują się niską wagą dzięki zastosowaniu aluminiowych blach wierzchnich i lekkiej warstwy środkowej w połączeniu z dużą sztywnością, wynikającą z kombinacji powyższych materiałów. Ta okoliczność odróżnia AKM od innych konstrukcji elewacyjnych materiały alternatywne takich jak blacha aluminiowa i stalowa, granit ceramiczny, płyty z cementu włóknistego. Zastosowanie aluminiowego materiału kompozytowego znacznie zmniejsza całkowitą masę konstrukcji elewacji wentylowanej.

Płaskość materiału. Aluminiowy materiał kompozytowy jest odporny na skręcanie. Powodem jest nakładanie wierzchniej warstwy metodą walcowania. Płaskość zapewnia zastosowanie walcowania zamiast konwencjonalnego prasowania, co daje dużą równomierność nakładania warstw. Maksymalna płaskość wynosi 2 mm na długość 1220 mm, co stanowi 0,16% tej ostatniej.

Zrównoważony rozwój powłoka malarska wpływać środowisko. Dzięki niezwykle stabilnej wielowarstwowej powłoce materiał nie traci intensywności koloru przez długi czas pod wpływem działania słoneczny kolor i agresywnych składników atmosferycznych.

Szeroki wybór kolorów i faktur. Materiał produkowany jest z powłokami wykonanymi z farb: kolorów jednolitych i kolorów metalicznych w dowolnej gamie barw i odcieni, powłok do kamienia i drewna. Dodatkowo panele z powłoką chromową i złotą, panele z teksturowaną powierzchnią, panele z powłoką polerowaną stal nierdzewna, tytan, miedź.

Ogólna odporność na zużycie. Panele AKM mają złożoną strukturę utworzoną z blach aluminiowych i wypełniacza warstwy środkowej. Połączenie tych materiałów zapewnia panelom sztywność połączoną z elastycznością, co sprawia, że ​​AKM jest odporny na obciążenia i odkształcenia powodowane przez środowisko. Materiał nie traci swoich właściwości przez wyjątkowo długi czas.

Odporność na korozję. O odporności materiału na korozję decyduje zastosowanie w konstrukcji paneli blach ze stopu aluminium, zabezpieczonych wielowarstwową powłoką malarską. W przypadku uszkodzenia powłoki powierzchnia arkusza jest chroniona poprzez utworzenie warstwy tlenku

Właściwości dźwiękoszczelne. Kompozytowa budowa panelu AKM zapewnia dobrą izolację akustyczną, pochłaniając fale dźwiękowe i wibracje.

Skrawalność materiału. Panele łatwo poddają się takim rodzajom obróbki mechanicznej jak gięcie, cięcie, frezowanie, wiercenie, walcowanie, spawanie, klejenie, nie uszkadzając powłoki i nie naruszając struktury materiału. Pod wpływem obciążeń powstających podczas zginania płyt, w tym promieniowych, nie dochodzi do rozwarstwień płyt i uszkodzeń warstw wierzchnich w postaci pęknięć blach aluminiowych i powłoki malarskiej. Podczas produkcji w fabryce panele zabezpieczane są przed uszkodzeniami mechanicznymi specjalną folią, którą usuwa się po zakończeniu prac montażowych.

Modelacja. Panele z łatwością przyjmują niemal dowolny kształt, np. promień. Przydatność materiału do lutowania pozwala na uzyskanie skomplikowanych geometrii wyrobów, co jest niemożliwe w przypadku żadnego innego materiału okładzinowego z wyjątkiem aluminium, nad którym AKM ma znacznie większą masę.

Estetyczny projekt. Zastosowanie aluminiowego materiału kompozytowego pozwala na tworzenie paneli elewacyjnych o różnych rozmiarach i kształtach, co czyni ten materiał niezbędnym do rozwiązywania złożonych problemów architektonicznych.

Długa żywotność. AKM są odporne na długotrwałe działanie środowisko zewnętrzne, takie jak światło słoneczne, opadów atmosferycznych, obciążenia wiatrem, wahań temperatury, dzięki zastosowaniu stabilnej powłoki oraz połączeniu sztywności i elastyczności uzyskanej w materiale. Szacowana żywotność paneli na zewnątrz wynosi około 50 lat.

Minimalna konserwacja podczas pracy. Obecność wysokiej jakości powłoki pomaga panelom samooczyszczać się z zanieczyszczeń zewnętrznych. Panele można także łatwo czyścić nieagresywnymi środkami czyszczącymi.

WNIOSEK

Otwierają się dwie obiecujące ścieżki połączone materiały, wzmocnione włóknami lub rozproszonymi ciałami stałymi.

Te pierwsze wprowadzają najdrobniejsze, wysokowytrzymałe włókna ze szkła, węgla, boru, berylu, stali lub nitkowatych monokryształów do osnowy z nieorganicznego metalu lub organicznego polimeru. W wyniku tego połączenia maksymalna wytrzymałość łączy się z wysokim modułem sprężystości i niską gęstością. Są to materiały przyszłości, czyli materiały kompozytowe.

Materiał kompozytowy to materiał konstrukcyjny (metalowy lub niemetalowy), który zawiera elementy wzmacniające w postaci nici, włókien lub płatków mocniejszego materiału. Przykłady materiałów kompozytowych: tworzywa sztuczne wzmacniane borem, węglem, włóknami szklanymi, pasmami lub tkaninami na ich bazie; aluminium wzmocnione gwintami stalowymi i berylowymi.

Łącząc objętościową zawartość składników, można uzyskać materiały kompozytowe o wymaganych wartościach wytrzymałości, odporności cieplnej, module sprężystości, odporności na ścieranie, a także stworzyć kompozycje o niezbędnych właściwościach magnetycznych, dielektrycznych, radiochłonnych i innych specjalne właściwości.

WYKAZ WYKORZYSTANYCH BIBLIOGRAFII

Gorchakov G.I., Bazhenov Yu.M. Materiały budowlane. - M.: Stroyizdat, 1986.

Mikulsky V.G., Gorchakov G.I., Kozlov V.V., Kupriyanov V.N., Orentlikher L.P., Rakhimov R.Z., Sakharov G.P., Khrulev V.M. Materiały budowlane / Pod redakcją V.G. Mikulski. - M.: ASV, 1996, 2000.

Rybyev I.A., Arefieva T.N., Baskakov N.S., Kazenova E.P., Korovnikov B.D., Rybyeva T.G. Kurs ogólny materiałów budowlanych / wyd. I.A. Rybiewa. M.: Szkoła wyższa, 1987.

Khigerovich M.I., Gorchakov G.I., Rybyev I.A., Domokeev A.G., Erofeeva E.A., Orentlikher L.P., Popov L.N., Popov K.N. Materiały budowlane / Pod redakcją G.I. Gorczakowa. - M: Szkoła wyższa, 1982.

Evald V.V. Materiały budowlane, ich wytwarzanie, właściwości i badania. - S. -Pb. -L. -M: 1896-1933, wyd. 14.

Materiały kompozytowe o strukturze włóknistej K., 1970.

Konkin A.A., Węgiel i inne żaroodporne materiały włókniste, M., 1974.

Materiały kompozytowe, przeł. z języka angielskiego, t. 1-8, M., 1978.

Wypełniacze do polimerowych materiałów kompozytowych, trans. z języka angielskiego, M., 1981.

Saifulin R.S., Nieorganiczne materiały kompozytowe, M., 1983.

Podręcznik materiałów kompozytowych, pod redakcją D. Lubina, op. z języka angielskiego, książka. I 2, M., 1988.

Główne kierunki rozwoju kompozytowych materiałów termoplastycznych, M. . 1988.

Opublikowano na Allbest.ru

...

Podobne dokumenty

Informacje o materiałach kompozytowych składających się z dwóch składników: elementów wzmacniających i osnowy. Ich zalety. Zachowanie mechaniczne kompozytu, wydajność i właściwości użytkowe materiału. Skład i struktura kompozytu. Właściwości materiałów kompozytowych.

streszczenie, dodano 08.02.2009


Klasyfikacja materiałów kompozytowych: osnowa polimerowa, metalowa i nieorganiczna (ceramiczna). Skład, struktura i właściwości kompozytu oraz przewidywanie jego właściwości. Główne kryteria łączenia komponentów i ich efektywność ekonomiczna.

streszczenie, dodano 20.11.2010


Ogólne informacje o materiałach budowlanych. Wpływ różnych czynników na właściwości mieszanek betonowych. Skład, technologia wytwarzania i zastosowanie w budownictwie ceramicznych pokryć dachowych, rur drenażowych i kanalizacyjnych, kruszyw betonowych.

test, dodano 07.05.2010


Ogólne informacje o materiałach budowlanych. Struktura i skład chemiczny beton, jego właściwości fizyczne i mechaniczne. Najbardziej znane rodzaje cegieł, ich cechy wizualne i geometryczne. Wilgotność drewna i związane z nią właściwości.

prezentacja, dodano 19.02.2014


Historia konstrukcyjnych stopów aluminium, ich właściwości fizyko-mechaniczne, asortymenty, sposoby łączenia. Podstawowe zasady projektowania konstrukcje aluminiowe w budownictwie. Cechy połączeń spawanych, nitowych, śrubowych i klejonych.

praca na kursie, dodano 13.12.2011


Skuteczna aplikacja murarstwo w budownictwie. "Wentylacja" połączone ściany. Termoefektywne obudowy budynków mieszkalnych i budynki cywilne. Fizyczne podstawy normalizacji właściwości cieplnych cegieł i kamienia ceramicznego.

praca na kursie, dodano 02.04.2012


Klasyfikacja materiałów budowlanych. Wymagania stawiane elementom betonowym, czynniki wpływające na ich wytrzymałość i urabialność. Beton komórkowy i komórkowy, jego zastosowanie w budownictwie. Materiały do ​​farb i lakierów i metale, ich zastosowanie w budownictwie.

test, dodano 05.05.2014


Konstruktywne rozwiązanie dla 9-piętrowego budynku mieszkalnego z paneli. Podstawowe materiały stosowane w budownictwie przemysłowym. Panele na ściany zewnętrzne. Elementy konstrukcyjne budynki mieszkalne. Metody układania cegieł. Nazewnictwo fabryki wyrobów żelbetowych.

raport z praktyki, dodano 22.06.2015


Zastosowanie drewna w budownictwie, ocena jego pozytywnych i negatywnych właściwości. Sposoby łączenia elementów konstrukcje drewniane. Obliczenia konstrukcji podestu roboczego, płyty dachowej i płatwi, belek klejonych, centralnie ściskanej zębatki (słupa).

praca na kursie, dodano 12.03.2015


Ogólne informacje o materiałach okładzinowych. Cechy funkcjonalne paneli na bazie płyt wiórowych, pilśniowych, MDF oraz materiałów stosowanych do dekoracji ścian. Tynk dekoracyjny, panele plastikowe. Nietradycyjne materiały do ​​​​dekoracji wnętrz.

Rozważono wiele obszarów zastosowania PCM w budownictwie w Rosji i za granicą, rozważono zalety i wady PCM w porównaniu z tradycyjnymi materiałami. Przedstawiono kierunki rozwoju technologii wytwarzania i stosowania takich wyrobów jak zbrojenie kompozytowe i kompozytowe płyty mostowe. Zidentyfikowano główne czynniki ograniczające rozwój rynku PCM do celów budowlanych w Rosji.

Obecnie na rynku światowym obserwuje się wzrost wykorzystania PCM w budownictwie. Tym samym w 2010 roku wolumen rynku polimerowych materiałów kompozytowych (PCM) w segmencie „budownictwo” wyniósł ~3,1 mln dolarów (~17% całkowitego wolumenu). Według ekspertów wolumen tego segmentu wzrośnie do 2015 roku do 4,4 mln dolarów. Zastosowanie PCM w budownictwie umożliwia zmniejszenie ciężaru konstrukcji budowlanych, zwiększenie odporności na korozję i niekorzystne czynniki klimatyczne, wydłużenie czasu między naprawami oraz przeprowadzanie napraw i wzmacnianie konstrukcji przy minimalnych nakładach zasobów i czasu. Należy jednak zaznaczyć, że rozwój krajowego rynku PCM dla celów budowlanych, jak i całego rynku PCM jako całości, jest znacznie gorszy od światowego. W ostatnich latach podjęto szereg działań mających na celu rozwój technologii i produkcji PCM, m.in. utworzenie w 2010 roku platformy technologicznej „Polimerowe Materiały Kompozytowe i Technologie”. Jednym z inicjatorów powstania platformy technologicznej jest VIAM, który bierze czynny udział w rozwoju przemysłu kompozytowego i tworzeniu rynku materiałów kompozytowych i technologii pokrewnych w Federacji Rosyjskiej, nie tylko w segmencie przemysłu lotniczego , ale także w innych segmentach, w tym w budownictwie.

Jak wskazano powyżej, segment „budownictwo” zajmuje znaczną część rynku PCM. Główne obszary zastosowań PCM to: zbrojenie i połączenia elastyczne; grodzice i ogrodzenia; płyty warstwowe, profile okienne i drzwiowe; elementy konstrukcji mostowych (kładki dla pieszych, przejazdy, elementy nośne, elementy ogrodzeń, pomosty, kable wantowe); zewnętrzne systemy wzmacniające.

Biorąc pod uwagę pilną potrzebę budowy nowych i przebudowy istniejących obiektów infrastruktury transportowej na dużą skalę, w artykule główna uwaga zostanie poświęcona takim obszarom zastosowań PCM, jak zbrojenie kompozytowe i elementy konstrukcji mostowych.

Za granicą powszechne wprowadzenie zbrojenia kompozytowego jako materiału wzmacniającego do budowy konstrukcji betonowych rozpoczęło się w latach 80-tych ubiegłego wieku, przede wszystkim przy budowie mostów i dróg. W Związku Radzieckim prace badawczo-rozwojowe nad opracowaniem i zastosowaniem zbrojenia kompozytowego rozpoczęły się w latach 50-tych ubiegłego wieku. W 1963 r. uruchomiono w Połocku warsztat pilotażowej produkcji zbrojenia z włókna szklanego, a w 1976 r. w NIIZHB i ISiA opracowano „Zalecenia dotyczące obliczeń konstrukcji ze wzmocnieniem z włókna szklanego”. W ten sposób w Związku Radzieckim stworzono bazę naukową i techniczną do produkcji zbrojenia kompozytowego. Zbrojenie kompozytowe na bazie wypełniacza z włókien ciągłych i osnowy polimerowej ma szereg istotnych zalet w porównaniu ze zbrojeniem stalowym (m.in powłoka antykorozyjna), w tym niska gęstość (4 razy lżejsza od stali), wysoka odporność na korozję, niskie przewodnictwo cieplne, właściwości dielektryczne i większa wytrzymałość. Niska gęstość oraz wysoka odporność korozyjna i chemiczna są szczególnie istotne przy budowie infrastruktury transportowej (drogi, mosty, wiadukty), obiektach przybrzeżnych i portowych.

W ostatnich latach w Rosji nastąpił gwałtowny wzrost zainteresowania produkcją zbrojenia kompozytowego przeznaczonego do wzmacniania betonowych konstrukcji budowlanych. Jako wypełniacz wzmacniający we zbrojeniu można zastosować włókno szklane, ciągłe włókno bazaltowe i włókno węglowe. Najpopularniejszą metodą wytwarzania zbrojenia ze szkła kompozytowego lub tworzywa bazaltowego jest pultruzja beztłokowa (igłowa, zwykła truzja). Wśród krajowych producentów zbrojenia z tworzywa sztucznego ze szkła i bazaltu są Biysk Fiberglass Plant LLC, Galen LLC, Moskwa Plant LLC materiały kompozytowe"i wiele innych. Wzmocnienie z włókna węglowego jest produkowane przez Composite Holding Company. W tabeli Na rysunkach 1 i 2 przedstawiono charakterystykę zbrojenia kompozytowego krajowego i zagranicznego.

Tabela 1

Charakterystyka rosyjskiego zbrojenia kompozytowego

Charakterystyczny
	włókno szklane			włókno węglowe
	TU 2296-001-20994511-2006 (Biysk Fabryka Włókna Szklanego LLC)	TU 5714-007-13101102-2009 (Galen LLC)	TU 5769-001-09102892-2012 (Moskiewska Fabryka Materiałów Kompozytowych LLC)	TU 1916-001-60513556-2010 (HC „kompozytowy”)
Wytrzymałość na rozciąganie, MPa

Tabela 2

Charakterystyka obcego zbrojenia kompozytowego

Charakterystyczny	Charakterystyczne wartości zbrojenia kompozytowego
	włókno szklane		włókno węglowe
	Szklany pręt typu V HM (Pultrall)	Aslan 100 (Hughes	Aslana 200 (Hughes
Wytrzymałość na rozciąganie przy wytrzymałość na rozciąganie, MPa
Moduł sprężystości przy rozciąganiu, GPa
Wydłużenie przy zerwaniu,%

Można zauważyć, że rosyjskie próbki zbrojenia kompozytowego nie mają gorszych właściwości niż ich zagraniczne odpowiedniki. Jednak zbrojenie kompozytowe nie jest jeszcze powszechnie stosowane w praktyce budowlanej w Federacji Rosyjskiej. Zdaniem autorów jedną z przyczyn takiego stanu rzeczy są niewystarczające ramy regulacyjne i techniczne regulujące produkcję i zastosowanie zbrojenia kompozytowego. Chociaż producenci zbrojenia przeprowadzili znaczną pracę, aby ułatwić szybkie utworzenie GOST dla zbrojenia kompozytowego, wymagane jest opracowanie szeregu standardów i zaleceń dla projektantów i budowniczych. Dla porównania w Stanach Zjednoczonych Instytut Betonu (ACI) wydał w 2012 roku trzecie wydanie podręcznika projektowania wydanego po raz pierwszy w 1999 roku, natomiast krajowe zalecenia dotyczące projektowania konstrukcji wzmocnionych włóknem szklanym opracowano w 1976 roku. Ponadto bardziej aktywne wykorzystanie zbrojenia kompozytowego utrudnia ograniczone doświadczenie w pracy z nim zarówno przez budowniczych, projektantów, jak i architektów.

Obecnie za granicą można wyróżnić dwa główne kierunki rozwoju technologii wytwarzania zbrojeń kompozytowych: zastosowanie zbrojenia dwuwarstwowego z rdzeniem kompozytowym wzmocnionym włóknami ciągłymi i powłoką zewnętrzną wzmocnioną wypełniaczem z włókien ciętych oraz rozwój technologie wytwarzania zbrojenia z wykorzystaniem termoplastycznej matrycy polimerowej. Jako przykład rozważmy rozwój Composite Rebar Technologies Inc. i Plasticomp LLC. Pierwszym osiągnięciem Uniwersytetu w Oregonie jest puste zbrojenie kompozytowe i sposób jego wytwarzania. Zbrojenie kompozytowe obejmuje pusty rdzeń składający się z żywicy termoutwardzalnej wzmocnionej włóknami ciągłymi oraz warstwę zewnętrzną - otoczkę składającą się z żywicy wzmocnionej włóknami ciętymi. Zewnętrzna powłoka jest chemicznie i fizycznie połączona z rdzeniem w jednym punkcie w procesie ciągłym. Średnicę zewnętrzną i wewnętrzną zbrojenia, ich stosunek, a także skład powłoki zewnętrznej można zmieniać w dość szerokim zakresie, co daje znaczne możliwości dostosowania produktu do potrzeb szerokiego grona konsumentów. Wśród zalet takiego zbrojenia kompozytowego warto zwrócić uwagę na możliwość wykorzystania wnęki wewnątrz rdzenia do ułożenia kabli elektrycznych lub światłowodowych oraz umieszczenia w nich czujników stanu konstrukcji; niezamarzające przęsło mostu. Obecność pustego rdzenia umożliwi łączenie ze sobą sekcji zbrojenia, co również rozszerzy możliwości jego zastosowania. Warstwa zewnętrzna wzmocniona włóknem ciętym chroni rdzeń przed uszkodzeniami mechanicznymi podczas transportu i użytkowania, a także zapobiega przedostawaniu się wilgoci do rdzenia wzmacniającego.

Drugim rozwinięciem firmy Plasticomp LLC jest technologia wytwarzania wzmocnień kompozytowych z wykorzystaniem osnowy termoplastycznej. Proces rozpoczyna się od przygotowania premiksu poprzez wciśnięcie ciągłego wypełniacza włóknistego do strumienia stopionego spoiwa termoplastycznego pod wysokim ciśnieniem i o dużej szybkości. Nóż obrotowy umieszczony wzdłuż ścieżki przepływu tnie włóknistą mieszaninę wypełniacza i matrycy na krótkie odcinki. Następnie mieszalnik śrubowy miesza posiekane włókno i matrycę termoplastyczną w stopioną masę nadającą się do dalszego wytłaczania. Powstałą masę wprowadza się do głowicy wytłaczarki w kształcie litery T, gdzie nanosi się ją na ciągły wypełniacz wzmacniający, wstępnie impregnowany polimerem termoplastycznym (na przykład klasyczną technologią pultruzji). W ten sposób uzyskuje się wzmocnienie kompozytowe na bazie termoplastycznej matrycy polimerowej, składające się z rdzenia wzmocnionego ciągłym wypełniaczem włóknistym oraz zewnętrznej powłoki również wykonanej z termoplastycznej matrycy wzmocnionej ciętym włóknem. Zaletami takiego systemu są: większa odporność osnowy termoplastycznej na uderzenia i powstawanie mikropęknięć, możliwość nagrzania i nadania wymaganego kształtu prętowi zbrojeniowemu, możliwość wykorzystania surowców polimerowych pochodzących z recyklingu oraz recykling samego zbrojenia kompozytowego . Dodatkowo zastosowanie do matrycy termoplastycznej materiałów pochodzących z recyklingu, a także potencjalne przyspieszenie procesu wytwarzania produktu (nie wymaga czasu utwardzania żywicy, jak ma to miejsce w przypadku termoplastu), może sprawić, że proces będzie bardziej opłacalny niż tradycyjnie stosowane technologie produkcji prętów zbrojeniowych.

Głównymi kierunkami rozwoju krajowej produkcji zbrojeń kompozytowych jest zastosowanie ciągłego włókna bazaltowego jako napełniacza wzmacniającego oraz modyfikacja składów spoiw i urządzeń technologicznych w celu poprawy właściwości i zwiększenia produktywności produkcji.

Dzięki małej gęstości i dużej odporności na negatywne wpływy środowiska PCM mogą zapewnić znaczną przewagę nad materiałami tradycyjnie stosowanymi w budowie infrastruktury, w tym w budowie mostów. Mosty, wiadukty, wiadukty to złożone konstrukcje inżynierskie, którym podlegają wysokie wymagania dotyczące niezawodności i trwałości. W Ameryce Północnej i Europie trwają aktywne prace nad wykorzystaniem PCM w budowie mostów. Mosty z wykorzystaniem elementów PCM buduje się już od ponad 15 lat, a wolumen budowy takich mostów wzrasta. Zmienia się także klasa mostów – od pierwszych eksperymentalnych mostów dla pieszych po mosty drogowe o długości do 20 m. Za granicą głównymi obszarami zastosowania PCM w budownictwie mostowym są zbrojenia kompozytowe, pomosty mostowe i kładki dla pieszych. Trwają prace nad opracowaniem i wykonaniem kabli podwieszonych z PCM, a także mostów prefabrykowanych z wykorzystaniem elementów konstrukcji nośnych z PCM. Według autora pracy najbardziej obiecującymi obszarami zastosowań PCM są kładki dla pieszych i pomosty mostowe. Warto zauważyć, że w Federacji Rosyjskiej aktywnie trwają prace nad opracowaniem technologii produkcji i projektowania kompozytowych mostów dla pieszych, zbudowano i z powodzeniem działają liczne obiekty, jednocześnie opracowując, projektując i stosując pomosty mostowe materiałów kompozytowych lub hybrydowych wykorzystujących PCM do samochodów i mosty kolejowe poświęca się mniej uwagi.

Płyty mostowe używane za granicą dzielą się ze względu na sposób montażu: układane na podporach mostu lub na belkach podłużnych; a także ze względu na konstrukcję: wielokomórkowe (takie jak struktury plastra miodu) lub płyty warstwowe (płyty kompozytowe z rdzeniem piankowym pomiędzy nimi). Przy produkcji pokryć dachowych stosuje się pultruzję i nawijanie (produkcja płyt oraz konstrukcji rurowych/skrzynkowych pomiędzy płytami), a przy produkcji płyt warstwowych technologię RTM. Jako ciągły włóknisty wypełniacz wzmacniający stosuje się włókno szklane, a jako matrycę polimerową stosuje się żywice poliestrowe, epoksydowe i winyloestrowe. Do łączenia elementów konstrukcyjnych tarasu stosuje się klejenie i/lub mocowanie mechaniczne. Głównymi metodami mocowania podłóg PCM zarówno do elementów nośnych, jak i między sobą są: metoda mechaniczna(zwykle za pomocą połączenie śrubowe) i klejenie. Tradycyjnie stosowana metoda mocowania mechanicznego jest metodą niezawodną i sprawdzoną, jednak konieczność wykonywania otworów pod mocowanie w elementach posadzki pogarsza właściwości wytrzymałościowe i zwiększa wrażliwość konstrukcji na czynniki środowiskowe. Sposób mocowania na klej jest bardziej postępowy, gdyż zapewnia mocne i szybkie połączenie bez naruszania struktury materiału (nie ma konieczności wykonywania otworów pod łączniki), ma jednak szereg wad, jak np. trudność w łączeniu wymagania dotyczące przygotowania powierzchni i warunków środowiskowych podczas klejenia podczas prac na budowie, obecny brak metod rzetelnej, nieniszczącej kontroli jakości klejenia na budowie - wiązanie klejowe nie sprawdza się w aspekcie „rozwarstwiania”.

Aby zwiększyć niezawodność i właściwości wytrzymałościowe pomostów, a także obniżyć ich koszt, trwają prace nad stworzeniem pomostów hybrydowych z wykorzystaniem elementów betonowych lub żelbetowych. Ponadto możliwe jest zastosowanie różnych metod technologicznych. Zatem opisany w pracy sposób zewnętrznego uzwojenia pokładu, składający się z profili skrzynkowych wykonanych metodą nawijania i arkuszy kompozytowych uzyskanych metodą pultruzji, z wypełniaczem wzmacniającym, pozwala na zwiększenie nośność podłoga i jej sztywność.

Oprócz takich zalet desek PCM, jak niska gęstość, która pozwala na zmniejszenie obciążenia podpór i zmniejszenie ich zużycia materiału, łatwość montażu (wymaga sprzętu o mniejszej nośności, prostsza technologia montażu) oraz wysoka odporność na korozję, co zmniejsza koszty eksploatacji kosztów, wiąże się to z wieloma wadami i problemami. Do wad należy wysoki koszt tarasów kompozytowych (w USA koszt tarasów PCM jest 2 razy wyższy niż koszt podobnego posadzka żelbetowa); trudności w opracowaniu skutecznych konstrukcji mocujących panel do panelu i panel do belki wzdłużnej; brak kompleksowych standardów i wytycznych projektowych; niewystarczająca ilość danych na temat charakterystyk wytrzymałościowych pod łącznym wpływem obciążeń mechanicznych i czynników środowiskowych. W tym zakresie istotne są prace poświęcone systemom mocowań, opracowaniu zaleceń dotyczących projektowania i eksploatacji tarasów kompozytowych, metod przewidywania wytrzymałości, charakteru zniszczenia i trwałości zmęczeniowej tarasów PCM. Na szczególną uwagę zasługują prace nad zastosowaniem „inteligentnych” kompozytów, integracją czujników stanu naprężenia-odkształcenia konstrukcji w jej elementach kompozytowych oraz wykorzystaniem nowoczesnych systemów diagnozowania stanu konstrukcji.

Podsumowując, należy zauważyć, że w stosunku do Stanów Zjednoczonych pozostaje wiele Kraje europejskie i Chinami na wiele sposobów:

W zakresie opracowywania dokumentacji regulacyjnej i technicznej dotyczącej produkcji i stosowania zbrojenia kompozytowego oraz pomostów mostowych z PCM;

W zakresie technologii wytwarzania wyrobów PCM do celów budowlanych.

Znacznie mniej doświadczeń zgromadzono w zakresie stosowania PCM w konstrukcjach budowlanych i eksploatacji takich konstrukcji. Krajowych producentów sprzętu praktycznie nie ma. Jednakże rosnące zainteresowanie wykorzystaniem PCM w budownictwie, szereg działań rządowych mających na celu stymulację rynku materiałów kompozytowych, a także wysiłki producentów kompozytów mające na celu poprawę ram regulacyjnych i technicznych stwarzają korzystne warunki zintensyfikować prace nad rozwojem i wykorzystaniem w budownictwie konkurencyjnych, rodzimych wyrobów PCM.

LITERATURA

1. Kablov E.N. Strategiczne kierunki rozwoju materiałów i technologii ich przetwarzania do roku 2030 //Materiały i technologie lotnicze. 2012. Nr S. s. 7–17.
2. Grashchenkov D.V., Chursova L.V. Strategia rozwoju kompozycji i materiały funkcjonalne//Materiały i technologie lotnicze. 2012. Nr S. s. 231–242.
3. Zalecenia dotyczące obliczeń konstrukcji wzmocnionych włóknem szklanym (R-16-78) /NIIZhB i ISiA. M. 1976. 21 s.
4. Lugovoy A.N., Savin V.F. O standaryzacji podejść do oceny właściwości prętów wykonanych z włóknistych polimerowych materiałów kompozytowych // Stroyprofil. 2011. Nr 4. s. 30–32.
5. GOST 31938–2012 Kompozytowe zbrojenie polimerowe do wzmacniania konstrukcji betonowych. Ogólne warunki techniczne.
6. Malnati P. Ukryta rewolucja: pręt zbrojeniowy FRP zyskuje na wytrzymałości // Composites Technology 2011. Nr 12. R. 25–29.
7. Struktura prętów zbrojeniowych z pustych materiałów kompozytowych, powiązane komponenty oraz aparatura do wytwarzania i metodologia WO 2012/039872; pub. 29.05.2012.
8. Urządzenie i sposób ulepszonego elementu wzmacniającego z ciągłym środkowym elementem rdzeniowym i owinięciem termoplastycznym wzmocnionym długimi włóknami WO 2009/032980; pub. 05.12.2009.
9. Chursova L.V., Kim A.M., Panina N.N., Shvetsov E.P. Nanomodyfikowane spoiwo epoksydowe dla budownictwa //Materiały i technologie lotnicze. 2013. Nr 1. s. 40–47.
10. Keller T. Dopasowane materiałowo zastosowanie kompozytów FRP w budownictwie mostowym i budowlanym /W: Międzynarodowe seminarium CIAS. 2007. s. 319–333.
11. Zhou A., Lesko J. Stan wiedzy na temat pomostów mostowych z FRP /W: Kompozyty FRP: materiały, projektowanie i konstrukcja. Bristolu. 2006. (Zasoby elektroniczne).
12. Peng Feng, Lieping Ye Zachowania nowej generacji pomostów z FRP ze wzmocnieniem zewnętrznym z włókien ciągłych /W: Trzecia międzynarodowa konferencja na temat kompozytów FRP w inżynierii lądowej (CICE 2006). Miami. 2006. s. 139–142.
13. Wu Z.S., Wang X. Badania mostu wantowego o skali tysiąca metrów z kompozytowymi kablami światłowodowymi /W: Czwarta międzynarodowa konferencja na temat kompozytów FRP w inżynierii lądowej (CICE 2008). Zurych. 2008. s. 1–6.
14. Chin-Sheng Kao, Chang-Huan Kou, Xu Xie Statyczna analiza niestabilności mostów podwieszonych o dużej rozpiętości z kompozytowymi kablami z włókna węglowego pod obciążeniem wiatrem // Tamkang Journal of Science and Engineering. 2006. V. 9. nr 2. Str. 89–95.
15. Bannon D.J., Dagher H.J., Lopez-Anido R.A. Zachowanie nadmuchiwanych sztywnych mostów łukowych z kompozytów /W: Composites & Polycon-2009. Amerykańskie Stowarzyszenie Producentów Kompozytów. Tampie. 2009. R. 1–6.
16. Szybko rozkładany, lekki i odporny na obciążenia system łukowy: pat. 20060174549A1 USA; pub. 08.10.2006.
17. Ushakov A.E., Klenin Yu.G., Sorina T.G., Khairetdinov A.Kh., Safonov A.A. Konstrukcje mostowe z kompozytów // Kompozyty i nanostruktury. 2009. Nr 3. s. 25–37.
18. Kayler K. Największy most kompozytowy, jaki kiedykolwiek zbudowano na świecie //Magazyn JEC Composites. 2012. Nr 77. Str. 29–32.
19. Drissi-Habti M. Inteligentne kompozyty dla trwałych infrastruktur – znaczenie monitorowania stanu strukturalnego /W: 5. międzynarodowa konferencja na temat kompozytów FRP. Beising. 2010. R. 264–267.
20. Kablov E.N., Sivakov D.V., Gulyaev I.N., Sorokin K.V., Dianov E.M., Vasilyev S.A., Medvedkov O.I. Zastosowanie światłowodów jako czujników naprężeń w polimerowych materiałach kompozytowych // Wszystkie materiały. Encyklopedyczny podręcznik. 2010. Nr 3. s. 10–15.
21. Sivakov D.V., Gulyaev I.N., Sorokin K.V., Fedotov M.Yu., Goncharov V.A. Cechy tworzenia polimerowych materiałów kompozytowych ze zintegrowanym aktywnym układem siłownika elektromechanicznego opartym na piezoelektrykach //Materiały i technologie lotnicze. 2011. Nr 1. s. 31–34.

Możesz zostawić komentarz do artykułu. Aby to zrobić musisz zarejestrować się na stronie.

Zakres zastosowań kompozytów i objętości stale rośnie, wypierając stosowanie tradycyjnych metalowych materiałów budowlanych, takich jak zbrojenie, siatka wzmacniająca mur, połączenia elastyczne, profile

Co to jest materiał kompozytowy?

Do materiałów kompozytowych zalicza się materiały wykonane z kilku składników (naturalnych lub sztucznych), które różnią się właściwościami, a po połączeniu ze sobą uzyskuje się efekt synergiczny. W rezultacie takie materiały przewyższają konwencjonalne pod kilkoma względami: wytrzymałość, trwałość, odporność na agresywne środowisko, waga, przewodność cieplna i koszt.

Używanie materiały kompozytowe podczas budowy zawsze wygrasz!

Budowa nowoczesnych budynków i konstrukcji wiąże się z wykorzystaniem najbardziej wydajnych materiałów, dlatego coraz większym zainteresowaniem cieszą się kompozyty na bazie włókna szklanego, bazaltowo-plastikowego i włókna węglowego. Istnieje wiele powodów:

• — Wysoka wytrzymałość wyrobów wykonanych z kompozytów, nie gorsza i pod wieloma parametrami przewyższająca podobne wyroby metalowe. Produkty kompozytowe mają wysoką wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, ścinanie i skręcanie.
• — Przy tej samej wytrzymałości produkty wykonane z materiałów kompozytowych są kilkakrotnie lżejsze (w porównaniu z metalowymi). To znacznie zmniejsza koszty transportu, zmniejsza złożoność instalacji i obciążenie fundamentów budynków.
• — Materiały kompozytowe sprawdzają się równie dobrze zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz. Ani bezpośrednie nasłonecznienie, ani opady atmosferyczne, ani nagłe zmiany temperatury nie mają negatywnego wpływu na nowoczesne konstrukcje kompozytowe. Dzięki temu belki zespolone można bez specjalnej obróbki stosować także do budowy konstrukcji otwartych na środowisko zewnętrzne.
• — Podczas pracy w środowiska agresywne ah materiały kompozytowe nie zmieniają swoich właściwości pod wpływem najbardziej aktywnych odczynników chemicznych. Profil z włókna szklanego użyte do budowy magazynu, w którym przechowywane są kwasy lub zasady, pozostaną w tej samej postaci i będą miały takie same właściwości jak przed użytkowaniem lokalu. Wzmocnienie kompozytowe w betonie z dodatkami zapobiegającymi zamarzaniu nie ulegną przyspieszonej korozji.
• — Materiały kompozytowe nie są magnetyczne i nie przewodzą prąd elektryczny, co zapobiega występowaniu korozji elektrochemicznej; w budynkach przy wymianie okuć metalowych na kompozytowe zmniejsza się efekt ekranowania „klatki Faradaya”.
• — Elementy kompozytowe w konstrukcji budynku nie tworzą mostków termicznych, zwiększając w ten sposób ogólny opór cieplny.

Obecnie PKB Rosji stanowi 3,3% światowego PKB. Jednocześnie poziom produkcji i zużycia materiałów kompozytowych w Rosji stanowi mniej niż 1% poziomu światowego. Kompozyty są materiałem przyszłości, a strategicznym zadaniem rosyjskiej gospodarki jest zapewnienie przełomu w tej dziedzinie.

W naszym sklepie internetowym jest to możliwe kup z dostawą w Moskwie szeroki zakres produkty wykonane z materiałów kompozytowych (kompozytowe zbrojenie plastyczne, kompozytowa siatka konstrukcyjna, drogowa siatka kompozytowa, geosiatka kompozytowa, kompozytowe połączenia elastyczne, kompozytowe połączenia budowlane, profil kompozytowy), od najlepszych krajowych producentów, z którymi nawiązaliśmy dobre relacje partnerskie oraz za jakość których produktów jesteśmy pewni.

Materiały kompozytowe mają doskonałe właściwości; kompozyty są materiałami przyszłości. Takie słowa często słyszymy w radiu i telewizji, ale słyszymy je w związku z zastosowaniem kompozytów w technologii. Czy te wspaniałe materiały są wykorzystywane w budownictwie, a zwłaszcza w budowie prywatnych domów wiejskich?

Materiały kompozytowe to materiały składające się z dwóch głównych składników, z których pierwszym jest zwykle materiał włóknisty nadający produktowi wytrzymałość oraz materiał wiążący – matryca. Zazwyczaj wszystkie stałe materiały sztuczne dzielą się na konglomeraty i materiały kompozytowe. Konglomeraty są mechaniczną mieszaniną składników, a właściwości całego produktu zależą od właściwości najmniej trwałego składnika. Części tworzące szereg materiałów kompozytowych w produkcie nie funkcjonują osobno, ale razem, co nadaje kompozytom nowe właściwości. Przykładami materiałów kompozytowych są azbestowo-cement, tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem szklanym i węglowym oraz materiały na bazie włókien drzewnych. A głównymi właściwościami materiałów kompozytowych, które odróżniają je od innych, jest wysoka wytrzymałość przy niskiej wadze.

Właściwości takie jak wysoka wytrzymałość i niska waga determinują zakres zastosowań kompozytów - jest to technologia (zwłaszcza przemysł lotniczy i motoryzacyjny). Naturalnie, takie ciekawe właściwości materiały kompozytowe również przyciągają uwagę budowniczych. Czy można je wykorzystać przy budowie domów? Okazuje się, że materiały te były wykorzystywane w budownictwie od dawna, zarówno przy budowie nowoczesnych budynków wielopiętrowych, jak i przy budowie zwykłych domów wiejskich.

Kompozyty włókniste obejmują włókno szklane, płytę wiórową (płytę wiórową) i płytę pilśniową (płytę pilśniową), a także wiele innych arkuszy, płyt i materiały rolkowe. Jak wspomniano powyżej, materiał kompozytowy z włókien polimerowych obejmuje dwa główne składniki: włókna wzmacniające (lub tkaninę) i spoiwo (matrycę) - polimer lub gumę. Połączenie tak odmiennych składników w jednym materiale - włóknie (szkło, azbest, drewno itp.) i polimerze tworzy lekki materiał o dużej wytrzymałości na rozciąganie i zginanie.

Najbardziej znanym i rozpowszechnionym materiałem kompozytowym w budownictwie jest. To jest sztuczny cement materiał kamienny, wzmocniony włóknem azbestowym. Kamień cementowy ma wysoką wytrzymałość na ściskanie i słabą odporność na obciążenia rozciągające. Wprowadzenie azbestu znacznie zwiększa właściwości mechaniczne materiału, w efekcie materiał otrzymuje takie cechy jak wysoka wytrzymałość na rozciąganie, ognioodporność, trwałość, niska przewodność cieplna i elektryczna. Wyrobami azbestowo-cementowymi są: blachy profilowane na dachy (łupki) i okładziny ścian, rury wodociągowe, kanalizacyjne i wentylacyjne.

Innym rodzajem kompozytu, będącym materiałem na ściany ze sztucznego kamienia, jest beton wzmocniony włóknami. Beton zbrojony włóknami ma zwiększoną odporność na pękanie, wytrzymałość na rozciąganie, udarność i odporność na ścieranie. Do wzmacniania betonu stosuje się różne włókna metaliczne i niemetalowe. Stosowany jako włókna cienki drut, bazaltowych i azbestowych. Materiał ten jest lżejszy od żelbetu, co ułatwia montaż konstrukcji na placu budowy.

Systemy zbrojenia zewnętrznego taśmami węglowymi do rekonstrukcji dowolnych obiektów inżynierskich zyskują na popularności w Rosji. Dzięki Twojemu unikalne cechy są niezastąpione przy naprawie zniszczonych mieszkań. A wśród obiecujących rozwiązań dla nowego budownictwa: zbrojenie włóknami węglowymi i beton wzmocniony włóknami.

Systemy zbrojenia zewnętrznego z włókna węglowego przeznaczone są do naprawy i wzmacniania konstrukcji nośnych budynków w celu wyeliminowania skutków niszczenia betonu i korozji zbrojenia w wyniku długotrwałego narażenia na działanie czynników naturalnych i agresywnego środowiska podczas eksploatacji konstrukcji.

System zbrojenia zewnętrznego na etapie budowy i eksploatacji pozwala rozwiązać następujące problemy: wyeliminować błędy w projektowaniu lub wykonaniu robót, zwiększyć nośność konstrukcji wraz ze wzrostem obciążeń obliczeniowych, a także wyeliminować skutki uszkodzeń konstrukcje nośne powstałe podczas pracy.

Systemy zbrojenia zewnętrznego są niezwykle proste w użyciu. Technologia polega na naklejaniu na powierzchnię wzmocnionej konstrukcji materiałów o dużej wytrzymałości za pomocą związków epoksydowych. Korzyści ze stosowania Systemu Wzmocnienia Zewnętrznego są oczywiste. To przede wszystkim redukcja czasu i kosztów pracy. Podczas wzmacniania zbrojenia zewnętrznego za pomocą Systemu nie jest wymagany żaden dodatkowy, nieporęczny sprzęt. Prace można prowadzić bez przerywania eksploatacji budynków i budowli.

W przypadku nowej konstrukcji budynków mieszkalnych jednym z najbardziej obiecujących produktów kompozytowych z włókna węglowego są pręty zbrojeniowe z kompozytów z włókna węglowego. Główne obszary zastosowania wzmocnień z włókna węglowego w nowym budownictwie: konstrukcje o dużym znaczeniu krytycznym, wymagające unikalnych właściwości materiałowych; konstrukcje pracujące w środowiskach bardzo agresywnych; elementy o wysokiej wytrzymałości złożonych schematów i rozwiązań projektowych. Zbrojenie z włókna węglowego jest również stosowane w naprawie i rekonstrukcji żelbetu i konstrukcje kamienne jako wzmocnienie zewnętrzne. Zalety materiałowe: odporność ogniowa, odporność na ciepło, odporność chemiczna, odporność na promieniowanie, udarność itp.

Najważniejszym kierunkiem w budownictwie jest zmniejszenie energochłonności, pracochłonności i materiałochłonności wytwarzania wyrobów i konstrukcji oraz poprawa ich jakości i niezawodności. Jednym z możliwych rozwiązań tego problemu jest zastosowanie materiałów kompozytowych, których zaletą jest możliwość tworzenia z nich elementów o parametrach najlepiej odpowiadających charakterowi i warunkom eksploatacji konstrukcji.