Строительная отрасль одна из крупнейших потребителей полимерных композитов в мире.
Неармированные полимерные композиционные материалы используются в строительной отрасли в течение многих лет в качестве отделки, облицовки и т. п. В последнее десятилетие предпринимались шаги по внедрению армированных полимерных композитов в строительную отрасль. Потенциальными преимуществами армированных полимерных композитов являются высокая удельную прочность, высокую удельную жесткость, долговечность с учетом индивидуальных требований, универсальность изготовления и низкие затраты на обслуживание.
В результате, армированные полимерные композиты исследуются применительно для восстановления и модернизации конструкций, а также как альтернативное армирование для бетона.
На сегодняшний день существует ряд проблем, который способствует медленному внедрению армированных полимерных композитов в строительную отрасль. Такие, как стоимость, отсутствие кодексов проектирования, отсутствие отраслевой стандартизации, плохое понимание композитов как конструкции.
Ключевые слова: полимерный композиционный материал, армированный полимерный композит, неармированный полимерный композит, строительные материалы, волокнистые композитные материалы, бетон, кодекс проектирования, стандартизация.
The construction sector is one of the world’s largest consumers of polymer composites. Unreinforced polymer composite materials have been used by the construction industry for many years in non-load bearing applications such as trimmings, kitchenware, vanities and cladding. In the last decade there has been a concerted effort to migrate reinforced polymer composites into the construction industry. Potential advantages commonly expounded by proponents of reinforced polymer composite materials include high specific strength, high specific stiffness, tailorable durability, good fatigue performance, versatile fabrication and lower maintenance costs. As a result reinforced polymer composites are being investigated in applications such as rehabilitation and retrofit, alternative reinforcent for concrete and, in rare cases, entire fibre composite structures. However, to date the number of primary structural applications of reinforced polymer composites in construction remains relatively low and there appears to be a number of issues contributing to their slow uptake by the construction industry. Issues such as cost, absence of design codes, lack of industry standardization. However, this paper proposes that as issues of sustainability become increasingly important to material choice, some fibre composite materials could be at an advantage over traditional materials.
Keywords: polymer composites, construction materials, civil structures, fibre composites, natural fibre composites, biocomposites, advanced materials, design codes, industry standardization.
Композитные материалы включают в себя два или более различных материала для получения
одного материала, который по своим свойствам намного превосходит любой из основных входящих в него материалов. Композитные материалы использовались в строительстве на протяжении тысячелетий. Солома использовалась для укрепления кирпичей более 2000 лет, и этот метод используется до сих пор. А также есть доказательства использования металла для усиления натянутой поверхности бетонных балок в Греции почти 1000 лет назад.
В 1999 году строительный сектор был вторым по величине потребителем в мире полимерные композиты, занимающие 35 % мирового рынка [1]. В последнее время композитные материалы все чаще рассматриваются в качестве несущих конструкций в строительной отрасли и зарекомендовали себя как жизнеспособный и конкурентоспособный вариант восстановления и модернизации существующих строительных конструкций, как замена стали в железобетоне и, в меньшей степени, новые строительные конструкции.
Полимерные композиты — это многофазные материалы, получаемые путем комбинирования полимерных смол, таких как полиэстер, винилэфир и эпоксидная смола, с наполнителями и армирующими волокнами для получения сыпучих материалов со свойствами лучше, чем у отдельных основных материалов. Наполнители часто используется для увеличения объема материала, снижения затрат, снижения объемной плотности. Волокна используются для усиления полимера и улучшения механических свойств, таких, как жесткость и прочность. Высокопрочные волокна из стекла, арамида и углерода используются для восприятия нагрузки, а полимерная смола защищает волокна и связывает их в единую структурную единицу.
Бетонные конструкции, армированные волокнистыми композитами
Бетон, армированный полимерными волокнами, исследовался еще 1960-х гг. Ненапряженное армирование представлено в ряде форм, включая ребристый стержень из стеклопластика, по внешнему виду похожий на деформированную сталь, арматурный стержень, недеформированный стержень из углеродного волокна, переплетенный полиэстером, винилэстером или эпоксидная смолой, сетка из Е-стекла, сделанная из плоских стержней, стеклопластика и сборных арматурных каркасов с использованием плоских стержней и коробчатых профилей [3].
Напряженное армирование также доступно. И обычно представляет собой состоящий пучки стержней или нитей армированного волокном полимера, идущих параллельно. Они используются аналогично обычным стальным стержням [4]. Некоторые [3, 5] считают, что долговечность полимерных волокон в бетонных конструкциях возможное решение проблемы коррозии стальной арматуры, что является основным фактором снижение прочности бетонных конструкций. Также такие конструкции обладают такими преимуществами, как повышенная скорость монтажа и погрузочно-разгрузочных работ.
Структурные характеристики
Удельная прочность и удельная жесткость
Часто утверждается, что волокнистые композитные материалы обладают потенциальными преимуществами за счет высокой удельной жесткости и высокой удельной прочности. Это в первую очередь связано с возможностью изготавливать конструкции, обладающие высокой удельной прочностью и высокой удельной жесткостью с низким собственным весом. Возможные преимущества, обусловленные малым весом конструкции, включают свободу изготовления более крупных конструкций, более крупных компонентов на заводе, снижение затрат на транспортировку и монтаж, а также уменьшение размеров оснований и фундаментов. Разумное использование некоторых волокнистых композитных материалов вместо традиционных материалов может потенциально привести к экономии, но это может быть трудно реализуемо.
Например, в настоящее время запатентованная мостовая палуба из армированных композитных материалов может стоят в десятки раз дороже сборных железобетонных конструкций для однопролетного двухполосного автодорожного моста. Использование более легкой палубы может привести к снижению транспортных расходов на 75 %. быть получена небольшая экономия средств за счет снижения затрат на подъем и экономии на бетонном основании, хотя эта экономия в большинстве случаев не будет считаться значительной.
Настраиваемые механические свойства
Часто утверждают, что волокнистые композитные материалы предлагают проектировщикам строительных конструкций повышенную универсальность по сравнению с традиционными материалами за счет свободы конструирования материала как часть процесса проектирования. Этого можно добиться, варьируя тип волокна и смолы, ориентацию и расположение армирующих волокон для создания структур с комбинацией эксплуатационных характеристик, таких как прочность, жесткость, долговечность, ударопрочность.
Перспектива
В настоящее время ведутся значительные исследовательские работы по разработке природных материалов и изучению их использование в строительстве. Это исследование необходимо продолжить вместе с разработкой традиционных композитных материалов для принятия решений, которые позволят шире использовать натуральные композитные материалы в строительной сфере в будущем.
Литература:
- Уивер, A., 1999, «Композитные материалы: Мировые рынки и возможности»,
- Карс, A., 1997, «Щелочно-кремнеземная реакция», Австралии;
- Гоуриполан, Н., 1999, «Применение армированного волокном полимера для предварительно напряженные бетонные мосты», Австралия
- Гоуриполан, Н., 2000, “Конструктивные соображения для предварительно напряженных бетонных балок с армированными волокнами полимерными», Австралия
- [Ко К., 1997, «Композитные материалы, Австралийское общество Композитных конструкций», Австралия.
