Преимущества композитных материаловотлично проявляются в строительных работах и при армировании бетона.
Бетон есть недорогим и многогранным стройматериалом, что употребляется во многих приложениях.В данной статье дана информация о том,как сделать бетон стойким к разным внешним действиям инагрузкам, что разрешит обеспечить его долгое функционирование.
Бетон есть истинымкомпозитом и складывается из песка и гравия, каковые связаны между собой при помощи цемента, а железная арматура в большинстве случаев добавляется для усиления прочности бетона.
Бетон великолепно ведет себя при нагрузках на сжатие, но при растяжении делается хрупким и непрочным. Растягивающие напряжения, как и усадка бетона на протяжении отверждения, приводят к появлению трещин, в каковые попадает вода.
Это со своей стороны ведет к коррозии железной арматуры, ее разрушению и значительной утрата целостности бетона.
Источник: Hughes Bros.Пластики, усиленные волокнами(базальтопластик и стеклопластик) уже давно рассматриваются в качестве материалов, разрешающих улучшить характеристики бетона. другие Бетона группы и Институт Америки, такие как Японское Сообщество Гражданских Инженеров, помогли создать спецификации и способы тестированияматериалов на базе усиленных волокнами пластиков, многие из которых уже допущены к применению и прочно закрепились в строительных работах, где употребляется бетонные конструкции и бетон. «В дополнение к конструкторским документам сейчас имеется и методики тестирования материалов», — говорит Джон Бюсел, глава ACIs Committee 440, общества, основанного в первой половине 90-ых годов XX века с цельюобеспечения конструкторов и инженеров информацией о композитных материалах. Методики тестирования обрисованы в управлении ACIs Committee 440. «Мы кроме этого продолжаем с уверенностью трудиться над редакцией отечественного доклада 1996 года, что обеспечит экспертов по бетону обновленной информацией с указанием рынков и новых приложений», — скажи Бюсел.
Композитная арматура и изготовленные из нее армирующие сеткинаходят использование в разных приложениях. Кроме этого ужеразработаны материалы на базе усиленного волокнами бетона, материала, в котором для армирования употребляются металлические либо полимерные волокна. Такие усиленные волокнами бетоны (фибробетоны) употребляются при изготовлениинастилов, сборных и напольных плит конструкционных частей.
КОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРА
За последние 15 лет композитная арматура прошла путь отэкспериментальных прототипов до действенного заменителя стали во многих приложениях. «Стеклопластиковая арматура употребляется частенько, и это очень конкурентный рынок», — говорит Дуг Гремел, начальник направления армирования неметаллами компании Hughes Bros. (Seward, Neb.), известного производителя армированных изделий. «На данный момент база знаний об этом материале значительно более полная, чем 10 лет назад».
Для некоторых проектов, таких как оборудование для магниторезонансной томографии в поликлиниках, либо пункты взимания дорожной платы, где употребляется радиочастотная идентификация определения уже оплативших клиентов,единственно дешёвым материалом есть композитная арматура.
Применять металлическую арматуру не представляется вероятным, т.к. она взаимодействует с электромагнитными сигналами, генерируемыми оборудованием.
Композитная арматура, в отличие от металлической, владеет электромагнитной необычайной стойкостью и прозрачностью к коррозии, помимо этого композитная арматура легкая– ее вес образовывает около одной четверти от веса подобной металлической арматуры, а теплоизоляционные особенности композита мешает протеканию тепла в стройконструкциях.
Два самых больших производителя композитной арматуры — компания Hughes и компания pultrall (Thetford Mines, Canada).
Для производства композитной арматуры в большинстве случаев употребляется разработка пултрузии, где армирующим наполнителем есть ровинг из Е-стекла, а связующим винилэфирная смола. Продукты марки Aslan от компании Hughes производятся с спиральной закруткой, что придает им волнообразный профиль, а прутки марки V-ROD от компании pultrall являются ровными.
Оба вида арматуры имеют наружное песочное покрытие, которое наносится в ходе производства.
Это нужно для придания шероховатости на поверхности арматуры, что содействует наилучшей адгезии в бетоне. По словам Гремела, для производства арматуры нужна отличная винилэфирная волокна и смола намерено подобранного размера, что разрешает обеспечить прочность арматуры и достичьнаилучшей коррозионной стойкости к щелочной среде вцементе.
Т.к. механические особенности стекла отличаются от особенностей стали, структура бетона с применением композитной арматуры разрабатывается в соответствии с ACI 440.1R-03, управлением для конструирования и проектирования бетона, армированного стеклопластиковой арматурой.Компании Hughes и pultrall являются участниками Совета Производителей стеклопластиковой арматуры, что находится под покровительством Американского Общества Производителей Композитов, и вовлеченыв разработку минимальных норм и требований для арматуры. Не смотря на то, что композитную арматуру нельзя согнуть для получения нужных конструкций, Гремел уверен в том, что это не есть проблемой. «Металлическую арматуру, покрытую слоем эпоксидной смолы, кроме этого нельзя согнуть без повреждения покрытия», — говорит Гремел. «Но мы можем изготовить изогнутую стеклопластиковую арматуру конкретно при производстве в соответствии с предоставленным проектом».
Появление новых методик тестирования бетонов, армированных композитной арматурой, дало конструкторам и собственникам гарантию, что произведенная структура будет вести себя как раз так, как и ожидается. Гремел подмечает, что управление по тестированию будет приведено с стандарту ASTM.
Арматура марки аккумуляторная-ROD компании pultrall поставляется в Соединенных Штатах эксклюзивно компанией Concrete protection products Inc. (CppI, Даллас, Техас).
Президент CppI, Сэм Стир говорит о последних проектах с применением арматуры V-ROD, среди которыхновый мост, перекрывающий шоссе I-65 в Графсте Ньютон , штат Индиана. Мост складывается из трех пролетов, неспециализированной длиной 58 метров и шириной 10,5 метров, с усиленным цементным полотном, проложенным сверху I-образных металлических балок, установленных на цементных опорах.
Плита из бетона толщиной 203 мм в нижней половине усилена металлической арматурой с эпоксидным покрытием, а в верхней половине использованы композитные прутья V-ROD. Это сделано для усиления коррозионной стойкости бетона, т.к. в верхней части плиты самый высока возможность контакта с солями, употребляющимися для противодействия обледенениюна дорогах.
Бетон в полотне был армирован двумя видами арматуры, с расстоянием от центров стержней 152 мм – арматурой#5 (16 мм в диаметре) в поперечном направлении, и арматурой #6 (19 мм в диаметре) в продольном направлении. При помощи исследователей из Университета purdue University структура была снабжена сенсорами из оптоволокна, что разрешило создавать постоянную оценку черт плиты при помощи удаленного мониторинга. Стир говорит, что это первый проект мостового плотна с применением композитной арматуры, сделанный Департаментом перевозок штата Индиана.
Арматура из стеклопластика марки Aslan 100 от компании Hughes Bros.сравнительно не так давно была использована в цементном мосту в Морисон, штат Колорадо, что был выстроен Департаментом Перевозок Колорадо при помощи Графства и Города Денвер Паркси Департамента Восстановления. При постройке моста неспециализированной длиной 13.8 метра, что перекрывает Бир Крик,стеклопластиковая арматура употреблялась в основаниях, опорах, откосных стеновых крыльях, парапетах и изогнутой монолитной цементной арке.
Цельная композитная плита, установленная наверху цементной арки, была сделана компанией Kansas Structural Composites (Russell, Kan.). В литые элементы моста была вмонтирована композитная арматура нескольких типоразмеров, включая арматуру #5, #6 and #7 (19 мм в диаметре). Гремел выделяет, что потребовалось большое количество специальных форм и изогнутых скоб, для получения конструкции в соответствии с проектом, и добавлет, что все конструкции были предварительно изготовлены на фабрике.
Инженер CDOT Марк Леонардговорит, что прошлые проекты штата с применением композитной арматуры были успешны, и арматура марки Aslan компании Hughes была выбрана из-за более низкой предложенной цены. Не обращая внимания на то, что настил моста подвергается минимальной транспортной нагрузке, Леонард говорит, что конструктор моста Парсонс Бринкерхофпри конструировании следовал всем рекомендациям ACI и применял новые методики тестирования ACI440.3R-04 для сертификации применяемых материалов.
Имеется предположение, что рынок композитной арматуры станет еще более конкурентоспособным при применении нового материала – базальтового волокна. Грахам Смит, аккуратный вице глава фирмы Sudaglass Fiber Technology (Хьюстон, Техас), производителя базальтового волокна, производство которого находится в России и на Украине, говорит, что компания уже имеет задел на производственных мощностях в северном Техасе. По словам Смита, композитная арматура из эпоксидной смолы и базальтового волокна на данный момент производится при помощи пултрузиина Украине, и находится в ходе сертификации для применения в строительных работах в Соединенных Штатах.
Владея только мало более высокой плотностью, чемстеклянное волокно, базальтовое волокно имеет значительно более широкий диапазон рабочих температур — от -260°C до 982°C, тогда как номинальный рабочий диапазон стеклянного волокна образовывает от -60°C до 650°C. Температура плавления базальта — 1450°C, что делает его пригодным для применения в приложениях, требующих стойкости к огню. Как подмечает Смит, базальт обладаетпревосходной стойкостью к щелочной составляющей в бетоне без применения особых сортировок по размеру, каковые употребляются для защиты стеклянного волокна.
Каким бы не был выбор армирования, композитная арматура, возможно, владеет громаднейшей привлекательностью для лиц,важных за принятие проекта. «Хорошим практическим результатом дляинженера либо конструктора, что решает проблему коррозии, есть то, что при 5-7% повышении затрат на материалыс применением композитной арматуры вы продлеваете срок эксплуатации структур на 10-20 лет», — подводит результат Гремел.
СЕТКИ ИЗ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ В СБОРНЫХ ЦЕМЕНТНЫХ ПАНЕЛЯХ
С момента первого доклада CT об применении в сборных цементных конструкционных панелях полимерных сеток,усиленных волокнами (Composite Solutions Meet Growing Civil Construction Demands, CT August 2002, p. 40), рынком был продемонстрирован большой рост, говорит Бюсел. «Область этих применений огромна и тут существует громадный потенциал», — утверждает он.
Данное направление возглавляется группой AltusGroup, которая есть консорциумом пяти производителей сборных цементных производителя и панелей арматуры, компании TechFab LLC (Anderson, S.C.).
Несколько была организована специально для продвижения разработки CarbonCast, где в качестве вторичного армирования для замены классической стали либо арматуры в сборных структурах используются сравнительно не так давно созданные углеродно-эпоксидные сетки C-GRID.
TechFab — это долевое 50/50 объединение компании Hexcel (Дублин, Калифорния) и компании Chomarat Group (Le Cheylard, Франция). Сейчас участниками AltusGroup являются Oldcastle precast (Edgewood, Md.), HIGH Concrete Structures (Denver, pa.), 2 компании, обладателем которых есть Cretex Companies (Elk River, Minn.), и Metromont prestress (Greenville, S.C.), но в группу также будут быть приняты новые участники в связи с возрастающим количеством продаж, говорит Джон Карсон, начальник коммерческого развития TechFab и глава программы разработок C-GRID.
AltusGroup предлагает ассортимент товаров на базе CarbonCast, что включает конструкционные и не строительные изолированные панели и наружную облицовку. C-GRID в большинстве случаев заменяет вторичные армирующие элементы на базе сетки из металлической арматуры. В качестве первичного армирования так же, как и прежде во многих случаях употребляется простая металлическая арматура.
C-GRID производится взапатентованном квази-тканном технологическом ходе, при котором в открытой структуре совмещается наложенние базы и утка углеродных волокон, намоченных высокореакционной эпоксидной смолой. Размеры ячейки сетки изменяются в диапазоне от 25.4 мм до 76 мм, конечный размер зависит от требований к прочности панели, размера наполнителя и типа бетона. В ходе производства сетки ее поверхности придается шероховатость для улучшения прочностных связей с бетоном.
В линейке продукции C-GRID компании TechFab кроме этого имеется композитные сетки, которые содержат стеклянные, арамидные либо полимерные волокна в сочетании с любым ассортиментом смол. Композитные сетки, как которые содержат, так и не которые содержат углеродные волокна, применяются в разных областях строительства, таких как декоративные элементы, монолитные цементные конструкции, ремонт либо восстановление.
Панели CarbonCast имеют значительные преимущества, говорит Карсон. Сетки C-GRID значительно более легкие чем металлические, и владеют особенностями растяжения практически в 7 раз лучшими, чем сталь. Возможность разломов цементных конструкций благодаря усадки при высыхании значительно снижена, помимо этого C-GRID не корродирует, благодаря чему на поверхности цементных панелей не появляются коррозионные пятна, характерные для цементных панелей, армированных металлической арматурой.
Коррозийная стойкость композитных сеток разрешает применять цементное покрытиетолщиной всего 6.35 мм, тогда как может потребоваться до 76.2 мм цементного покрытия для защиты металлической сетки от действия жидкости. Так, вес цементной панели возможно уменьшен на 66% если сравнивать с простыми панелями, армированными лишь металлической арматурой. Более легкие панели разрешают снизить неспециализированный вес стенки, благодрая чемутребуется меньше металлической подструктуры.
Это разрешает существенно сократить затраты на постройку конструкций. Сетка C-GRID кроме этого слабо проводит тепло, так что величина тепловой изоляции панели не изменяется. Более того, в панелях с сеткой C-GRID смогут быть прорезаны отверстия конкретно на месте работ, что нереально сделать при применении металлической сетки для армирования.
Все эти преимущества композитных сетокв итоге выражаются в понижении затрат на строительство и транспортировку конструкций.
На сегодня было реализовано более 3 млн. кв. футов панельной продукции CarbonCast и спрос так высок, что TechFab сравнительно не так давно объявила строительство новой фабрики, которая вместит добавочную линию по производству сетки. Это, по словам Карсона, должно быть сделано в октябре этого года. Анонсируемые замыслы соответствует долгосрочному соглашению с компанией Zoltek Corp. (St.
Louis, Mo.), являющейся поставщиком волокна panex 35, которое употребляется в C-GRID.
По словам Карсона, это соглашение обеспечит последовательные поставки для C-GRIDво время первых лет запуска продукции. «Компания Zoltek была отечественным партнёром и первым поставщиком волокон с первого для этого проекта», — увидел Карсон.
Сборные панелииспользовались в разных проектах, таких как кинотеатры, церкви и парковочные гаражи. Заключительным проектом был офисно-складской комплекс Cardinal Health рядом с Балтимором площадью 332 000 кв. футов. Для этого проекта были отлиты панели CarbonCast длиной до 15.5 метров, применяемые для создания двухэтажных наружных вертикальных стен строения.
Любая панель есть сэндвич структурой с изоляционным слоемпены толщиной 152 мм между облицовочными панелями, складывающимися из наружной кирпичной перегородки толщиной 50 мм (цементный слой) и внутренней кирпичной перегородки толщиной 100 мм. Сетка C-GRID, расположенная перпендикулярно к поверхностям панелей, соединяет внутреннюю и наружную облицовки, снабжая усиление на срез.
ФИБРОБЕТОН — АРМИРОВАННЫЙ ВОЛОКНАМИ БЕТОН
Фибробетон (бетон, в который для улучшения особенностей введены маленькие волокна — фибры) превосходно зарекомендовал себя в течении десятилетий, а также столетий, в случае если учесть, что еще в Римской Империи строительные растворы готовили с добавлением конского волоса. Применение волокон в бетоне (армирование) усиливает его прочностные и упругие особенности за счет удерживания части предотвращения и нагрузки роста трещин при повреждении матрицы бетона.Врач Виктор Лииз Университета штата Мичиганисследовал свойства высокоэффективных цементных композитов, армированных волокнами, каковые являются очень высокоэффективными подгруппами фибробетона.
Виктор Ли уверен в том, что признание этого материала будет расти, в случае если будут сохранены его механические характеристики, простота получения и низкая стоимость.
«Применение фибробетона может привести к отказу отиспользования арматуры, трудящейся на срез, что со своей стороны приведет к понижению материальных и трудовых затрат», — говорит Виктор Ли. «Прореживаемая фибрами структура разрешает сократить количество материала ивес, что делает транспортировкуфибробетона более легкой.
Неспециализированное понижение затрат по этим статьям может легко оправдать затраты на применение материала, армированного волокнами».
Официальное признание фибробетона за последние пять лет содействовало подготовкестандартов и управлений по его применению (смотрите CT July/August 2001, p. 44). С этого времени начался расцвет коммерческих приложений фибробетона.
Компания Lafarge SA (Париж, Франция), которая есть гигантом стройтельной материалов и индустрии, вот уже около 10 лет продвигает собственный высокоэффективный фибробетон под торговой маркой Ductal,нацелившись на широкий сегмент гражданского строительства. Ductal есть смесью цемента, кварцевой крошки, кварцевой муки, небольшого кварцевого песка, пластификаторов, воды и металлических либо полимерных волокон, в большинстве случаев длиной 12 мм.
Вик Перри, вице генеральный директор и президент компании направления Ductal, говорит, что намерено подобранная комбинация мелкозернистых порошков формирует большую плотность при отверждении бетона, что выражается в полном отсутствии пор и практически исключает доступ жидкости в матрицу бетона и предотвращает коррозию металлических волокон. Фибробетон с волокнами из поливинилового спирта в большинстве случаев употребляется в архитектурных и декоративных приложениях, что предотвращает возможность поверхностного травления, которое может проявится при коррозии металлических волокон в бетоне.
Помимо этого, это позволяетудалить абразивность в местах, где предполагается контакт человека с поверхностью бетона. Производителям изделий из бетона и поставщикам растворов материалы поставляются в мешках.
«Добавление волокон усиливает пластическую деформацию материала и разрешает ему выдерживать растягивающие нагрузки», — говорит Перри. «Волокна усиливают прочность и улучшают микроструктурные особенности бетона».
Выдерживаемые материалом Ductal нагрузки на сжатие зависят от типа применяемых волокон и варьируются от 150 МПа до 200 МПа. У стандартного бетона эта величина образовывает 15-50 МПа. Доказанная прочность на изгиб материала Ductal образовывает 40 МПа, говорит Перри.
Фибробетон Ductal, в котором использовалисьстальные волокна производства Lafarges Forta steel fibers, использовался для сборного строительства и при производстве нескольких предварительно напряженных мостовых балок.
В месте Saint pierre La Cour, Франция,20-ти метровый грузовой мостбыл выстроен с применением 10-ти балок I-типа, изготовленных их материала Ductal, каковые поддерживают монолитную цементную плиту, изготовленную с применением классического армированния стальной арматуройтолщиной 170 мм. Сборные балки, изготовленные без арматуры, былизаглублены на 600 мм и предварительно напряжены при помощи металлических плетеных кабелей толщиной 13 мм, размещенных в нижней кромке.
По технологии напряжение прикладывается к кабелям перед тем, как Ductal заливается в форму балки. Когда бетон покрывает материал и кабели начинает твердеть, кабели обрезаются, что практически прикладывает напряжение сжатия к цементной смеси.
В случае если подвергнуть предварительно напряженную балку любому изгибу, растолковывает Перри, она не будет испытывать растягивающих нагрузок, а просто «разожмется», что существенно улучшит ее характеристики.
Благодаряпрочности фибробетона Ductal, балки из него не требуют армирования арматурой, что существенно снижает их вес.
Структуры, изготовленные из фибробетона Ductal, и имеющие в сечении форму греческой прописной буквы «?» (по сутибалки коробчатого сечения без нижней кромки), употребляются как настил и как балкиэкспериментального моста на тестовом пути Лаборатории Федеральных Магистралей США, что разрешает проводить изучения пригодности конструкции длястроительства будущих скоростных автострад. Балка-настил «?»-типа имеет конструкцию, которая разрешает выдерживать нагрузки, определенные Американской Ассоциацией Национальных Перевозок и Магистралей.
«Балки из фибробетона Ductal имеют громадную протяженность при весе, сходном сбалкой из простого бетона», — говорит Перри. «В итоге, мы заметим применение фибробетона в мостовых и балках настилах».
Компания SI Concrete Systems. (Chattanooga, Tenn.) есть производителем армирующих волокон для бетона. SI предлагает волокна марки Novomesh, Fibermesh и другую фибро продукцию. Эти материалы употребляются в качестве альтернативы вторичн
Рандомные показатели записей:
- Бетоносмесительное оборудование: бетоносмесительные установки и передвижные бетоносмесители, бытовые. производители бетоносмесителей
- Безклинкерный цемент — шлако-щелочный цемент
Бетон пропитанный полимерным композитом
Подборка наиболее релевантных статей:
Армированный бетон. виды, свойства, технологии
Важны и экономические факторы, застройщики стремятся снизить затраты на постройку, не теряя наряду с этим долговечности и надёжности конструкций. Исходя…
За последние десять лет разработка добавления волокон в бетон завоевала огромную популярность. Такое признание обязано: а) настойчивым мерам по…
Как сделать хороший бетон еще лучше. полипропиленовые волокна для бетона
Кейт Карр,FIbermesh Europe Кейт Карр из компании FIbermesh Europe обосновывает преимущества полипропиленовых волокон. Введение Во второй половине 90-ых…
Бетон – это время и сверхпрочный материал только додаёт ему баллы на шкале прочности. Римляне, изобретатели бетона, с успехом доказали это – их…