Обзор композитных материалов для усиления железобетонных конструкций | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 18 июля, печатный экземпляр отправим 22 июля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №20 (310) май 2020 г.

Дата публикации: 16.05.2020

Статья просмотрена: 14 раз

Библиографическое описание:

Кракович, И. А. Обзор композитных материалов для усиления железобетонных конструкций / И. А. Кракович. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 20 (310). — С. 115-117. — URL: https://moluch.ru/archive/310/70074/ (дата обращения: 10.07.2020).



В статье авторы рассматривают основные композитные материалы, используемые для усиления железобетонных конструкций

Ключевые слова: композит, усиление, железобетонные конструкции

Введение

За последнее десятилетие в связи с износом зданий и сооружений возросла потребность в усилении конструкций, в частности железобетонных, как одного из самых распространенных типов строительных конструкций. Такая потребность существовала издревле, поэтому к настоящему времени предложено большое количество способ. Помимо восстановления первоначальной несущей способности железобетонных элементов во время ремонта, реконструкции или по условиям эксплуатации зачастую возникает необходимость в увеличении их несущей способности. «Чаще всего увеличение нагрузки связано с дополнительной надстройкой уже существующих зданий и сооружений, изменением условий их эксплуатации, размеров и конструктивной схемы, установкой нового технологического оборудования или повышением пропускной способности мостовых конструкций». [1, с.4] Их можно разделить на две группы: изменение площади поперечного сечения и изменение конструктивной схемы. Первый способ довольно ограничен и используется редко.

Хорошей альтернативой классическому усилению железобетонных конструкций сталью является усиление композитными материалами. Эти материалы относительно новы и недавно вышли на широкий рынок.

В связи с этим рассмотрим основные материалы, используемые при усилении железобетонных конструкций. На микроуровне композиционные материалы состоят из двух или более компонентов. Непрерывная фаза называется матрицей, а второй компонент — наполнителем, или армирующей фазой, которая служит для изменения в нужном направлении свойств матрицы.

Композиционные материалы могут иметь керамическую, металлическую или полимерную матрицу. Наполнитель в виде волокон обычно изготавливают из прочных и жестких материалов (углерод, стекло, арамид, полиэтилен, сталь, бор и др.). Наполнитель в одном из измерений, как правило, имеет небольшой размер — менее 500 мкм. Форма и размеры наполнителя являются одними из основных параметров, определяющих поведение композиционного материала под нагрузкой.

Если непрерывные волокна уложены в одном направлении, материал называют однонаправленным. Многослойные материалы (ламинаты) состоят из нескольких однонаправленных слоев или тканей, уложенных в различных направлениях и имеющих определённую последовательность укладки слоев.

Прочность композиционного материалы во многом определяется диаметром волокна, согласно [2, с.31] зависимость можно представить так (рис.1):

Untitled-1

Рис. 1. Зависимость прочности при растяжении от диаметра стеклянных волокон

Материалы волокна вКМ

Подробнее рассмотрим те материалы, которые непосредственно используются при усилении железобетонных конструкций (рис.2): углепластик (CFRP), стеклопластик (GFRP), материалы на основе арамидных волокон (AFRP).

C:\Users\User\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\Untitled-1.png

Рис. 2. Типы волокон

Стеклянные волокна

Стеклянные волокна — самые дешевые, это объясняет большие объемы их производства. Стекло основано на диоксиде кремния SiO2, который является одним из самых распространенных элементов земной коры. Различают несколько типов стекловолокна, используемого в композиционных атериалах: E-стекло и S-стекло. S-волокна примерно на 35 % прочнее Е-волокон и более термостойки согласно [3, c.52].

Углеродные волокна

Структура углеродного волокна состоит из тонких и изогнутых кристаллов графита. Структура атомной решетки атомной решетки представляет собой наложенные друг на друга пластины графита.

Углеродные волокна получают высокотемпературной обработкой полиакрилонитрильных (ПАН), пековых или вискозных волокон.

Арамидные волокна

Арамидные волокна получают методом гель-формования. Плотность арамидных волокон примерно в 1.7 и в 1.25 раз меньше плотности стеклянных и углеродных соответственно. Эти волокна обладают высокой ударной прочностью. Волокна гидрофильны, термостойки и стойки к большинству растворителей и оснований.

В различных источниках данные по прочности и модулю упругости волокон различаются, что связано с множеством технологий производства и марок производимых волокон. В таблице 1 приведены одни из таких характеристик.

Таблица 1

Прочность имодуль упругости различных волокон

Прочность на растяжение, Мпа

Модуль упругости, ГПа

Стекло

E-стекло

1900–3000

70–75

S-стекло

3500–4800

85–90

Углерод

Выскопрочный

3500–4800

215–235

Ультравыскопрочный

4800–6000

215–235

Высокомодульный

2500–3100

350–500

Ультравысокомодульный

2100–2400

500–700

Арамид

Низкомодульный

3500–4100

70–80

Выскомодульный

3500–4000

3500–4000

Литература:

  1. А. А. Ш. Внешнее армирование железобетонных конструкций композиционными материалами. Стройиздат, 2007. — c.4.
  2. Берлин А. А. Современные полимерные композиционные материалы (ПКМ) // Соросовский Образовательный Журнал. 2005. –c.31.
  3. Баженов С. Л. Механика и технология композиционных материалов: Научное издание. Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2014.–c.52.
Основные термины (генерируются автоматически): волокно, материал, композиционный материал, атомная решетка, конструктивная схема, AFRP, GFRP, CFRP, конструкция, усиление.


Похожие статьи

Использование стекловолокна как современный метод укрепления...

Похожие статьи. Усиление металлических конструкций композитными материалами.

Усиление композиционными материалами, как метод восстановления и увеличения

Polymeric fibers including aramid fibers (AFRP); Carbon fibers including pan-based carbon and...

Cовременные проблемы применения композиционных...

В статье описаны преимущества технологии усиления железобетонных конструкций с применением композиционных материалов, армированных волокнами. Автор рассказывает о системе усиления и представляет различные свойства материалов.

Применение композиционных материалов в конструкции БПЛА

Композитные материалы представляют собой металлические и неметаллические матрицы

При использовании композиционных материалов для подкрепления основных силовых

выбор материалов и схем армирования с учетом величины и характера действующих нагрузок

Композитные материалы на основе углеродных волокон

Углеродное волокноматериал, состоящий из тонких нитей диаметром от 5 до 15 мкм

Применение углеродных волокон для упрочнения композитов было начато в 1963 году в

Регулирование свойств полимерных композиционных материалов на основе углеродных...

Реконструкция мостов с использованием композитных...

Рис. 2. Усиление с помощью композитных материалов. В зависимости от типа волокон композитные материалы подразделяют на основе углеродных волокон, арамидных волокон и стекловолокон. В композиционных материалах на основе стекловолокон используются...

Усиление металлических конструкций композитными...

Усиление композиционными материалами, как метод восстановления и увеличения несущей способности конструкций, успешно используется по всему миру в течение более двух десятилетий и является неоспоримым инновационным достижением в области строительных...

Регулирование свойств полимерных композиционных...

Композитные материалы на основе углеродных волокон. Благодаря ценным свойствам углеродные волокна и ткани на их основе применяются для армирования композиционных материалов, они применяются с эпоксидными. В таблице 2 приведена сравнительная...

Разработка методики выбора параметров армирования для...

Конструкции из композиционных материалов успешно применяются в аэрокосмической, морской, автомобильной и

Рис. 1. Трехосная схема армирования трубчатого элемента. Объемное содержание радиальных и осевых волокон определяется нижеуказанным образом

Использование композиционных материалов при...

В статье описаны преимущества использования композиционных материалов при

Обобщая результаты сравнения свойств композитов, выявлен оптимальный материал для производства элементов ветрогенераторов.

Si и O не образуют кристаллическую решетку, и поэтому...

Современный способ усиления деревянных балок в объектах...

Усиление композиционными материалами, как метод восстановления и увеличения несущей способности конструкций, успешно используется по всему миру в течение более двух десятилетий и является неоспоримым инновационным достижением в области строительных...

Похожие статьи

Использование стекловолокна как современный метод укрепления...

Похожие статьи. Усиление металлических конструкций композитными материалами.

Усиление композиционными материалами, как метод восстановления и увеличения

Polymeric fibers including aramid fibers (AFRP); Carbon fibers including pan-based carbon and...

Cовременные проблемы применения композиционных...

В статье описаны преимущества технологии усиления железобетонных конструкций с применением композиционных материалов, армированных волокнами. Автор рассказывает о системе усиления и представляет различные свойства материалов.

Применение композиционных материалов в конструкции БПЛА

Композитные материалы представляют собой металлические и неметаллические матрицы

При использовании композиционных материалов для подкрепления основных силовых

выбор материалов и схем армирования с учетом величины и характера действующих нагрузок

Композитные материалы на основе углеродных волокон

Углеродное волокноматериал, состоящий из тонких нитей диаметром от 5 до 15 мкм

Применение углеродных волокон для упрочнения композитов было начато в 1963 году в

Регулирование свойств полимерных композиционных материалов на основе углеродных...

Реконструкция мостов с использованием композитных...

Рис. 2. Усиление с помощью композитных материалов. В зависимости от типа волокон композитные материалы подразделяют на основе углеродных волокон, арамидных волокон и стекловолокон. В композиционных материалах на основе стекловолокон используются...

Усиление металлических конструкций композитными...

Усиление композиционными материалами, как метод восстановления и увеличения несущей способности конструкций, успешно используется по всему миру в течение более двух десятилетий и является неоспоримым инновационным достижением в области строительных...

Регулирование свойств полимерных композиционных...

Композитные материалы на основе углеродных волокон. Благодаря ценным свойствам углеродные волокна и ткани на их основе применяются для армирования композиционных материалов, они применяются с эпоксидными. В таблице 2 приведена сравнительная...

Разработка методики выбора параметров армирования для...

Конструкции из композиционных материалов успешно применяются в аэрокосмической, морской, автомобильной и

Рис. 1. Трехосная схема армирования трубчатого элемента. Объемное содержание радиальных и осевых волокон определяется нижеуказанным образом

Использование композиционных материалов при...

В статье описаны преимущества использования композиционных материалов при

Обобщая результаты сравнения свойств композитов, выявлен оптимальный материал для производства элементов ветрогенераторов.

Si и O не образуют кристаллическую решетку, и поэтому...

Современный способ усиления деревянных балок в объектах...

Усиление композиционными материалами, как метод восстановления и увеличения несущей способности конструкций, успешно используется по всему миру в течение более двух десятилетий и является неоспоримым инновационным достижением в области строительных...

Задать вопрос