Композитные материалы
Композитные материалы сегодня активно применяются в разных отраслях промышленности, в том числе и в строительстве при армировании бетонных элементов.
Композитный (иначе композиционный) материал состоит не из одного, а из двух и более компонентов. Целью такого сочетание является существенное улучшение физических и химических свойств материала. В составе такого сложного соединения выделяют два уровня:
- матрицу (матрицы),
- наполнитель (наполнители).
В результате грамотного соединения свойств двух и более материалов в одном удается получить более легкие материалы, которые в то же время по своим свойствам не уступают традиционным.
По их структуре композиционные материалы можно разделить на следующие классы:
- нанокомпозиты, то есть материалы, имеющие одно, два или три измерения менее 100 нанометров;
- волокнистые композиты, которые армируются волокнами и нитевидными кристаллами. Меняя размер и количество волокон удается подобрать необходимые свойства;
- дисперсно-упрочненные композиты, которые включают в себя небольшие частицы, до 0,1 мкм и их процентное содержание менее 15 процентов;
- композиты, упрочненные частицами, в этих материалах размер частиц армирующего вещества больше 1 мкм, а их содержание достигает одной пятой - одной четвертой от всего состава.
Рисунок 1. Пример использования композитных материалов в строительстве. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
К самым многочисленным относят полимерные композиты, их используют в космических разработках и авиации, они позволяют существенно уменьшить вес конструкций. К полимерным композитам относятся стеклопластики, углепластики, боропластики, органопластики, текстолиты, порошковые полимеры.
Текстолит – это композиционный полимерный материл, который армирован тканями из различных волокон. Текстолитовые пластины, полученные таким образом, имеют широкое применение. В качестве наполнителя и связующего в них используются различные материалы (хлопок, синтетика, асбестовые волокна, термоактивные и термопластичные полимеры).
Композиционные материалы могу иметь металлическую матрицу и выполняться на основе керамики.
Армирование бетонных конструкций композитными материалами
Применение композитных материалов в строительстве также обоснованно, снижается масса изделия и соответственно нагрузка на фундаменты. Для бетонных конструкций, в которых используется полимерная композитная арматура разработан СП 295.1325800.2017.В нем приведены нормативные и расчетные характеристики бетона и стальной арматуры, композитной полимерной арматуры. Также в нем можно найти расчеты конструкций без предварительного напряжения по предельным состояниям первой и второй группы и расчеты для предварительно напряженной арматуры.
При армировании используют стеклокомпозитную, углекомпозитную, комбинированную, арамидокомпозитную, базалтокомпозитную полимерную арматуру.
Композитная арматура может использоваться в следующих случаях:
- при реконструкции и усилении зданий и сооружений;
- при строительстве таких сооружений как тоннели, шахты, морских портов, в том числе для сооружений, которые эксплуатируются при высоких электромагнитных полях;
- при дорожном строительстве и строительстве инженерной инфраструктуры, зданий сельскохозяйственного назначения;
- при строительстве сооружений водоподготовки и водоочистки;
- для химических производств;
- для армирования конструкций, работающих в условиях химически агрессивных сред.
Рисунок 2. Пример использования композитной арматуры. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
При выполнении расчетов конструкций, армированных композитными материалами, выполняются расчеты по двум группам предельных состояний. По первой группе выполняется расчет прочности, устойчивости формы и положения. Для второй группы выполняется расчет по образованию трещин, раскрытию трещин и деформациям.
Расчет по прочности производится по нормальным наклонным сечениям и на местное действие нагрузки.
Применение композитных материалов при армировании конструкции может быть обосновано несколькими факторами, это могут быть и химически агрессивные среды на производствах, которые вызывают коррозию металла, и экономическая эффективность на фоне роста цен на металл, а также стремление уменьшить весь конструкции и использовать более современные решения. Арматура из композитных материалов имеет свои особенности, и они должны быть учтены в расчетах.
