Реферат способы армирования. Нетрадиционные способы армирования
 Скачать 100 Kb.
|
|
РЕФЕРАТ Тема: Нетрадиционные способы армирования. Содержание
Введение Углеродное волокно, карбоновые ткани, кевлар, арамид, углеволоконный греющий кабель – так или иначе о данных продуктах техники знает каждый, даже не будучи строителем и технологом. Товары на основе углеволокон – а это самые разные материалы, от кевларовой защитной одежды, углеродного ровинга и эпоксидых гелькоутов с микроармирующим углеволокном до монолитного углебетона - востребованы в строительстве и медицине, в спорте и туризме, в автомобильной промышленности (супер-тюнинг), в монолитном бетонировании, в авиастроении и космической промышленности, а также и в производстве бижутерии: разброс поистине глобальный. Углеродное волокно - уникальный по свойствам материал, преимущественно состоит из атомов углерода, соединенных в микрокристаллы-нити, причем эти нити в кристалле параллельны, что и объясняет высокую прочность композитов. Толщина одной нитки всего 5-15 микрон (для сравнения – толщина человеческого волоса 40 – 120 мкм), а выровненные кристаллы из таких нитей исключительно прочны на растяжение при крайне малой массе. При массе намного меньшей по сравнению с тяжелым армированным бетоном углебетон дает показатели прочности на сжатие в 3-5 раз выше. Кроме того, углеволокно химически инертно и имеет очень низкий коэффициент теплового расширения. Первое углеродное волокно придумал еще Эдисон в конце 19-го века, но до промышленного производства карбоновых композитов прошло еще без малого полтора столетия. Что касается углебетона, то этот материал все еще называют инновационным, а цена углебетонного монолита пока что запредельна для частного строителя. Первый большой интерес к неметаллической арматуре появился ещё в середине 20-го столетия по таким обстоятельствам как: - Широко стали применяться армированные конструкции из бетона в серьезных сооружениях, которые должны был использоваться в агрессивных средах. В таких условиях трудно соблюдать необходимую коррозионную стойкость при эксплуатации стальной арматуры. - Возникла потребность предоставить необходимые антимагнитные и диэлектрические свойства многих изделий и важных конструкций. Например, центры медицинской помощи, в которых установлены обычно МРТ, и научно-исследовательские институты. - Разработка строительных проектов, которые отличаются своей сложностью и высокотехнологичностью, требует повышенной прочности и легкости сооружений. Такие условия могла обеспечить лишь композитная арматура совместно с высокопрочным бетоном, известным по названиям полимербетон и фибробетон. - Недостаток по добыче руд, которые бы подходили для возмещения непрерывно растущих потребностей в стали и как обычно дефицит легирующих присадках. Первая беспрерывная технология выпуска композитной арматуры Ø 6 мм была разработана в 70-е годы в СССР. В то время арматура изготовлялась из стойкого щелочного стекловолокна с малоциркониевым составом. Её механические и физические свойства тщательно исследовались и изучались. За несущую основу в высокопрочной арматуре из неметалла было сначала взято сплошное щелочестойкое стеклянное волокно Ø 10-15 микрон, пучок которой объединялся благодаря синтетическим смолам в монолитный стержень. Внимательно изучали долговечность, химическую стойкость стекловолокна и арматуры в бетоне в разных агрессивных средах. В дальнейшем появилась возможность получить арматуру из стеклопласта со следующими показателями: - до 1500 МПа - временное сопротивление разрыву, - 50 000 МПа - начальный модуль упругости, - 1,8-2 т/м3 – плотность (весовое содержание стекловолокна составляет 80%), - предельная деформация достигает 2,5-3% к моменту, когда на рабочей диаграмме показывается растяжение прямолинейное вплоть до разрыва, - долговременная прочность арматуры составляет 65% от временного сопротивления, это при обычных температурных и влажностных условиях, - 5,5-6,5*10-6 - коэффициент линейного расширения. Под действием статических нагрузок были исследованы изначально напряженные изгибаемые элементы с представленной арматурой. Подготовлены технологические правила по изготовлению арматуры и составлены предложения по проектированию конструкций из бетона с арматурой из неметалла, обозначены разумные области их использования. Были подготовлены опытные образцы электроизолирующих траверс опор ЛЭП, разработанные экземпляры монтированы на экспериментальных участках линии электропередач в России, Белоруссии и других бывших союзных республиках. Произведены исследования по использованию арматуры из стеклопластика в опорах контактной сети и в напорных трубах. Арматура из стеклопластика широко применяется на предприятиях цветной металлургии в ваннах из полимербетона в цехах электролиза, используется на производственных предприятиях в химической промышленности, в плитах оснований и перекрытий на складах минеральных удобрений. Однако в то время применить в полной мере стеклопластиковую арматуру в масштабах заводского производства не удалось. Неметаллическая арматура широко применялась в 70-е годы 20-го века в сооружениях из лёгкого бетона, в электролизных ваннах, в фундаментах, в сваях, балках и ригелях эстакад, плитах крепления откосов, опорных сооружениях конденсаторных батарей и в безизоляторных траверсах. Композитная арматура Арматура из композитов представляет собой стержни неметаллические из стеклянных, базальтовых или углеродных волокон, на поверхности которых выполняются поперечные или спиральные ребра. Неметаллические стержни также могут быть в песчаной обсыпке, которые специально пропитываются термореактивными или термопластичными полимерными связующими. При этом получают: стеклоармированный бетон, который характеризуется высокой прочностью и сниженной водо- и газопроницаемостью; высокопрочный и непроницаемый базальтовый бетон . К преимуществам армированного композитными материалами бетона относятся следующие характеристики: повышается прочность и долговечность конструкции; значительно снижается риск появления трещин в бетоне; появляется возможность изготавливать бетонные изделия практически любой формы; армирование повышает прочность бетона на растяжение и изгиб; увеличивается стойкость к перепадам температур; объемное армирование повышает ударную вязкость бетона, снижает его истираемость; использование объемного армирования фиброй позволяет уменьшать толщину стяжек при сохранении их несущих способностей. Усиление углеволокном бетонных конструкций Усилить бетонную ленту, перекрытие, балку, стойку можно как минимум двумя решениями: Проложить углеволоконный текстиль при бетонировании – по каждому слою заливаемого бетона. В итоге бетонируемая конструкция имеет несколько внутренних армирующих слоев. Перед бетонированием выполняются все стандартные операции – готовится основание, устанавливается и раскрепляется опалубка, но вместо металлического армокаркаса применяют арматуру из углеродного волокна. При этом есть интересный бонус: практически все нормы по защитному слою бетона, предназначенному для защиты корродирующей на воздухе стальной арматуры – больше не актуальны. На подбетонку можно устанавливать углеволоконные сетки с защитным слоем не 50-70 мм, что неплохо экономит бетонную смесь. То же касается и торцов балок, и поверхности ленты, армосетка может находится даже по верху бетонируемого элемента. Армирование углеволокном Исходный вид углеволокон – это тончайшая микрофибра, пригодная для армирования и монолитного бетона, и эпоксидного гелькоата. Толщина фибры – 5-10 микрон, длина волокон различна. Укрепляют углеволокном и отделочные поверхности, и несущие элементы в массиве. Закладного армирования выполняется в строительстве «традиционно» - переработанными УВ-продуктами: карбоновым текстилем различных видов, холстами, ровингом, стержневой арматурой на полимерных смолах. Последний вариант – пример работы карбоновых волокон не в качестве микроармирования для несущего элемента, но для надежного крепежа и фиксации. По качествам прочности (в том числе на сдвиг и скручивание) и фиксации углеволоконная фибра во много раз превосходит стеклянную, полимерную и металлическую. Усиление перекрытия углеволокном Перекрытие, так же как и любую другую несущую конструкцию здания, можно усилить сеткой, ламелью или лентой из углеволокна методом наклейки в напряженной зоне (по расчету, но чаще всего это нижняя грань плиты в центре пролета). Цель усиления перекрытия – повысить несущую способность по изгибающим моментам. Это относится и к сборным элементам – усиливают и монолитные и пустотные плиты по сходной технологии. В приопорных зонах для элементов перекрытий любого вида минимизируют развитие наклонных трещин – для этого применяют углеродные ленты или сетки в виде U-образных хомутов. Возможно усиление не только ж/б, но и металлического, и деревянного перекрытия. Усиление деревянных балок углеволокном Деревянные элементы можно усилить обмоткой карбоновым полотном, ровингом, углетканью любого вида – в виде лент, лоскутов, фрагментов на наиболее нагруженных участках. В частности, это узел опирания и центральный растянутый участок балки, а в стропильных деревянных системах – соединения и фиксация арок и ферм к подстропильному брусу (мауэрлату). Оклеивание выполняют на эпоксидных смолах, также содержащих микроволокно углерода. Шпатлевка с углеволокном Акриловые окраски, венецианские декоративные штукурки, полимерный пол – все это примеры отличных, эстетичных и модных отделок. Но без армирования в массе многие декоры слишком хрупки и непрочны, поэтому применение углеволокна в качестве фибры, а также закрепление стыков и швов панелей и облицовок под окраску с применением углеволоконного текстиля (ленты, полотна) – идеальное решение. Применяют карбоновые ткани и при финишной отделке, и для выравнивания стен при штукатурке. Отдельная широкая сфера применения - авто-тюнинг и ремонт. Внешнее армирование углеволокном Системы внешнего армирования (СВА) применяют для всех видов строительных конструкций и для практически всех стройматериалов (древесина, железобетон, металлы, камень). Цель внешнего усиления при восстановлении и реконструкциях – устранить последствия коррозий и разрушений вследствие природного негатива и долгой эксплуатации. Перспективны СВА и в сейсмостроительстве. Методика внешнего армирования позволяет не изменять структуры и схемы конструкций, по сути это поверхностное усиление суперпрочными углеродными сетками, тканями, ламелями и другими продуктами на основе углеволокна. При новом строительстве СВА включают обмотку несущего элемента (балка, армопояс, стойка, лента и т.д.) углеродным полотном или толстым ровингом, далее заливают защитный слой из бетона на тонком наполнителе (кварцевый мелкофракционный песок). Один из плюсов метода – практически полное исключение коррозии внутренней стальной арматуры: внешнее усиление и защитный пескобетонный слой заключает элемент в прочную обойму. Но основная цел СВА – усиление прочности и снижение веса строительных конструкций и элементов. Композитная арматура для фундамента Композитные прутки при закладке фундамента используются аналогично стальным. Из них собирается каркас согласно рекомендациям для определенного типа основания с нужным шагом, а в местах пересечения элементы арматуры скрепляются стяжками или вязальной проволокой. Разработчики и производители не дают рекомендаций запрещающих применение композитного армирования для возведения какого-либо вида фундамента. То есть при желании застройщика, любые основания для малоэтажной постройки могут быть выполнены с использованием стеклопластиковой арматуры. Зато можно точно определить, в каких фундаментах композитные пруты зарекомендовали себя с наилучшей стороны. Речь идет о ленточных или столбчатых способах для строений высотой не более чем в три этажа. Тем, кто желает построить: частный дом, коттедж, баню, гараж, основательное строение хозяйственного назначения. Срок службы элементов неметаллического происхождения достаточно велик – 80 лет по минимальным расчетам. Их стоимость, возможно, лишь слегка отличается от цены на привычные стальные пруты, зато на транспортировке сэкономить вполне реально. Арматура, упакованная в бухту, без труда влезет в багажник легкового авто. Условия возведения и технологии бывают различными. Там, где железобетонные конструкции будут эксплуатироваться при наличии агрессивной для металла среды, имеет смысл применять неметаллическое армирование. Композитная арматура, подобранная с равной прочностью железобетонному каркасу, создаст надежную основу. И еще прослужит гораздо дольше (за счет противостояния разрушающему воздействию среды и «полному безразличию» к процессу коррозии). Для массивных строений из бетона применяют следующие типы армирования стеклопластиком: Внешнее. Оправдано в тех случаях, когда конструкции из бетона подвергаются разрушительному воздействию, находясь в неблагоприятной среде. Характеристики композитной арматуры, выпускаемый специально для этих целей, позволяет создать защитный барьер вокруг сооружения. Он непроницаем ни для воздуха, ни для воды. Такой способ именуется сплошным. Иногда, применяя его, поступают наоборот. Сначала изготавливают каркас, а потом уже заливают его бетоном. Дискретный метод означает, что композитные сетки или полосы из арматуры укрепляют основание с внешней стороны. Внутреннее. Тоже делится на два способа. Дискретное армирование предполагает, что внутрь конструкции будут заложены композитные сетки, отдельные пруты или даже объемные каркасы, созданные из многих элементов. Дисперсный способ несколько проще - измельченные стекловолокна добавляются в общую массу для заливки. Полученный материал получил название стеклофибробетон. Совместное. Комбинированный способ получил свое название не только из-за одновременного использования двух видов армирования, но и потому, что допускает сочетание прутков из стеклопластика и металла. Применяют его в том случае, когда на фундамент предполагаются значительные весовые нагрузки. Диаметр композитной арматуры Металлическая арматура благодаря своим конструктивным особенностям обладает несколькими показателями, характеризующими диаметр: внешний измеряется по ребрам, выступающим по профилю; внутренний принадлежит самому стержню; номинальный, который выражается целым числом, является номером профиля. Они не совпадают, диаметр, измеренный по внешней стороне, превышает номинальный показатель. Следует быть крайне внимательным, чтобы ориентируясь по этим размерам не купить арматуру меньшего диаметра, чем требуется. Определение вышеназванных размеров у арматуры из стеклопластика имеет нюансы. Внешний диаметр определяется у нее точно так же, как и у стальной. При попытке получить значения внутреннего размера возникают некоторые трудности. Дело в том, что композитная арматура не имеет идеально круглой формы стержня. Это обусловлено тем, что многочисленные линии, выпускающие данный стройматериал в силу определенных особенностей не могут соблюдать такую точность. Так что стержни из стеклопластика на срезе имеют форму, стремящуюся к овалу. И чем больше у прутка диаметр, тем овал четче просматривается. Измеряя такое изделие в первый раз, потребитель получит один результат. Развернув стержень на 90 °, повторив процедуру, он увидит другие цифры. Показатели следует суммировать и разделить на 2. Результат может считаться усредненным показателем внутреннего диаметра композитной арматуры. Способы соединения композитной арматуры Среди перечисленных выше достоинств композитной арматуры, одним из пунктов указывалось, что ее применение не подразумевает сварочные работы. Прутки собирают в каркас путем связывания между собой. Пластиковые стяжки применяются реже, а вот вязальную проволоку, строители ценят больше. Этот материал более традиционный и пока новыми веяниями не искорененный. Его осуществляют следующими способами: применяя автоматический пистолет; с помощью вязального крючка для строительства (простой конфигурации); используя винтовой (механизированный) строительный вязальный крючок. Популярность последних двух вариантов объясняется доступностью инструмента. Редко кто может себе позволить приобрести недешевый пистолет ради постройки одного фундамента. Некоторые крупные компании, правда, практикуют сдачу в аренду дорогостоящего, но весьма упрощающего работу инвентаря. И если такая возможность выпадет, то стоит ей воспользоваться. Среди доводов «за автоматизацию» процесса вязки можно перечислить следующие: совершенно очевидно, что механизированный труд более результативен и продуктивен; имея такого «помощника» можно не переплачивать наемным рабочим. С его применением один человек справится с обвязкой самостоятельно; пистолет выполняет одинаково ровные и прочные узлы на всем каркасе; инструмент функционален при любой температуре; мощный аккумулятор дает возможность бесперебойно работать целый день. Фундамент с композитной арматурой и строительство в сейсмоопасных районах Еще одним доказательством великолепных прочностных характеристик композитной арматуры можно считать ее применение и в других сферах строительства, требующих противостояния значительным нагрузкам: стены и полы зданий, дорожное полотно, береговые конструкции, мосты. Но редко где можно встретить упоминание о том, что композитная арматура может выдержать и внушительные подземные толчки. НИИ строительных конструкций имени Кучеренко около пяти лет назад занимались вопросом поведения этого материала при больших динамических нагрузках. Арматуру диаметром 8 мм испытывали «землетрясением» от 5 до 10 баллов. С ее помощью армировали опытные образцы панелей, которые и подвергали соответствующим нагрузкам, ставили на виброплатформы. Материал оставался неповрежденным вплоть до девятибалльной сейсмоактивности! Стеклопластиковая арматура – прочный и удобный в применении материал. На сегодня он является достойной заменой металлическим стержням, а применение его для заливки фундаментов под малоэтажное строительство, можно считать не просто оправданным, но и крайне желательным действием со стороны застройщика. Именно поэтому так много положительных отзывов о композитной арматуре среди частных застройщиков. Главным достоинством стеклополимерной арматуры считается свойственный ей высокий предел разрушающего воздействия — почти в 2,5 раза выше, чем у стали. Выполнять работу по компенсации растягивающих воздействий в бетонном массиве у композитной арматуры получается намного лучше, чем у стали. Особенно если учитывать, что в ходе производства пластиковым стержням можно обеспечить фактуру поверхности, способствующую максимально эффективному сцеплению с бетонной массой. Другой очевидный плюс — крайне высокая устойчивость к агрессивным средам. Бетонные конструкции, перманентно находящиеся в условиях высокой увлажнённости или подверженные воздействию солевых растворов, в случае армирования композитными материалами имеют гораздо более продолжительный срок службы. Нельзя забывать и о проявлениях электролиза: диэлеткрические свойства пластика могут быть как плюсом, так и минусом. Не обходится и без ложки дёгтя: стеклопластиковая арматура необратимо теряет свои свойства при нагреве. Это вынуждает пересмотреть целесообразность её применения с точки зрения пожарной безопасности. При нагреве до 150–200 °С армирование лишается своих прочностных свойств, если же в качестве связующего были применены термореактивные полимеры — арматура теряет прочность необратимо. Ещё один недостаток композитной арматуры — низкий модуль упругости, то есть малое сопротивление изгибу. Из-за этого в конструкциях с сосредоточенными воздействиями требуется закладка стеклопластиковой арматуры в количествах, до 4-х раз превышающих норму содержания по сечению в сравнении со стальным армированием Углебетон Разработан углебетон в техническом университете Дрездена, и если сравнивать со знакомым любому строителю армированным бетоном, то особой разницы нет – просто металлический армокаркас заменен на углеродный. Улеволокна применяется для строительного бетона и усиления конструкций в виде нетканых полотен, сеток, ровинга и самого различного углеволоконного текстиля. Поскольку углеродные нити сверхпрочные, то комбинации из десятков тысяч подобных нитей дают уникальные качества прочности несущим конструкциям. Углебетон в монолитном строительстве Для приготовления углебетона используется углеткань – нетканые полотна, нити в которых имеют толщину, измеряемую в микронах. Но полотно из десятков тысяч этих нитей – сверхпрочная основа материалов, называемых углеволоконным текстилем. Также применяют сетки, микроармирующую фибру. Основное применение углебетона в новом строительстве и реконструкции. Углебетонные несущие элементы и конструкции не идут в сравнение с армированным бетоном по массе – они в несколько раз легче. Перекрытие, стена, колонна из углебетона при аналогичной железобетону прочности возможны намного более тонкие и легкие. В свою очередь, снижение веса здания при условии стабильных грунтов основания позволяет применить гораздо менее массивный и дорогой фундамент, а при том что именно стоимость фундамента составляет 25-40% общей цены дома – экономия неплоха. При капитальном ремонте и восстановлении старых построек углебетоном и углематериалами укрепляют несущее перекрытие, опорные стойки, прогоны всех видов. Специалисты и исследователи инновационного материала углебетона говорят, что усилением бетоном углеволоконным армированием можно будет реконструировать даже сооружения, до появления углебетона подлежащие сносу. Производство углеволокна Углеродное волокно относится к полимерам и представляет собой одну из форм графита (чистый углерод листового, или вернее «нитевидно-ленточного» атомарного строения). Технологическая пиролизная цепочка связана с последовательным нагревом полимера (на самом деле нагрев этот цикличный и схема его очень сложная) под названием «полиакрилонитрил», или проще по обиходному - ПАН. Постепенно и до все более высоких температур – при этом вещество теряет сначала водородные атомы, затем – при нагреве порядка 600 град начинается рост полимерных цепочек, при этом продолжается удаление газообразного водорода. Далее полимер «жарят» до 1000 град и выше – до температур карбонизации и далее графитизации – это порядка 3 000 град (энергозатраты при этом крайне существенны, что объясняет высокие цены на углеволокно). Все процессы – в инертных средах. Цепи становятся «лентами», у которых краевые атомы – азот, а структура уже полностью углеродная. Конец процесса – почти чистый углерод (на 99%) в форме графита, а это значит - плоского нитевидно-ленточного строения. Лента из сетки атомов углерода, которая «стремится» сложиться в нить – это примерное представление углеволокна без микроскопа. Далее начинается композитная технология, и в результате продукт - например, углерод-арамидная ткань. Углеродное волокно само по себе использовать невозможно, но все композитные материалы основаны именно на нем, и в результате уникально прочны для своей массы. Использовать же композиты можно практически везде – в космических кораблях и спорттоварах. Характеристики углеволокна Улеволокна показывают ряд рекордных качеств: Теплостойкость до 2000 град; Прочность порядка до 1 ГПа (гигапаскаль), модуль упругости от 20 до 450 ГПа. Инертность в кислородной и бескислородной среде (позволяет изготавливать высокотемпературные экраны); Высокая химическая стойкость (возможна фильтрации высоко-агрессивных веществ, очистка газов а также изготовление защитной одежды); Возможно получение углеволокон с высоким электросопротивлением порядка 10 000 000 Ом; Сорбентные качества. Выводы Для производства строительной композитной арматуры необходимо современное оборудование, требуется строго соблюдать технологию, использовать качественное исходное сырье. Нарушение хотя бы одного из этих условий ведет к тому, что изделия теряют свои преимущества перед сталью и приобретают множество конструктивных недостатков. В итоге это отражается на прочности и надежности объектов строительства. Тем не менее, у арматуры на основе стеклянных волокон есть большие перспективы. Предполагается, что вскоре она полностью вытеснит стальную как более дешевый, практичный и универсальный материал для армирования бетонных конструкций. Не стоит ожидать, что какой-либо строительный материал окажется уникальным и унифицированным предложением. Однако грамотное применение в соответствии с условиями эксплуатации позволяет добиться воистину выдающихся результатов. Так и с композитной арматурой: используя её положительные качества и нивелируя отрицательные, можно обеспечить продолжительную эксплуатацию при меньших материальных затратах. Главным достоинством стеклополимерной арматуры считается свойственный ей высокий предел разрушающего воздействия — почти в 2,5 раза выше, чем у стали. Выполнять работу по компенсации растягивающих воздействий в бетонном массиве у композитной арматуры получается намного лучше, чем у стали. Особенно если учитывать, что в ходе производства пластиковым стержням можно обеспечить фактуру поверхности, способствующую максимально эффективному сцеплению с бетонной массой. Список исподьзованных источников. https://cemmix.ru https://stroyfora.ru http://strport.ru https://www.rmnt.ru/ |