Композитная арматура это: Что такое композитная арматура?

Автор

Содержание

Стеклопластиковая арматура: характеристики, применение, фото, видео

Стеклопластиковая арматура, появившаяся на отечественном рынке относительно недавно, стала достойной альтернативой традиционным пруткам, изготовленным из металла. Стеклоарматура, как еще называют данный материал, обладает многими уникальными характеристиками, которые выгодно выделяют ее среди других изделий подобного назначения. Между тем подходить к выбору арматуры из стеклопластика следует очень взвешенно.

Стеклопластиковая арматура в пачках

Что собой представляет арматура из стеклопластика

Стеклопластиковая арматура, если разбираться в ее конструктивных особенностях, представляет собой неметаллический стержень, на поверхность которого нанесена навивка из стекловолокна. Диаметр спиралевидного профиля арматуры, изготовленной из композитных материалов, может варьироваться в интервале 4–18 мм. Если диаметр прутка такой арматуры не превышает 10 мм, то она отпускается заказчику в бухтах, если превышает – то прутками, длина которых может доходить до 12 метров.

Для изготовления композитной арматуры могут быть использованы различные типы армирующих наполнителей, в зависимости от этого она подразделяется на несколько категорий:

  • АСК – изделия, изготовленные на основе стеклопластика;
  • АУК – углекомпозитные армирующие изделия;
  • АКК – арматура, выполненная из комбинированных композитных материалов.

На отечественном рынке наибольшее распространение получила стеклопластиковая арматура.

Различные стержни стеклопластиковой арматуры

Особенности структуры

Стеклопластиковая арматура – это не просто пруток из композитного материала. Она состоит из двух основных частей.

  • Внутренний стержень представляет собой параллельно расположенные волокна стеклопластика, соединенные между собой при помощи полимерной смолы. Отдельные производители выпускают арматуру, волокна внутреннего ствола которой не параллельны друг другу, а завиты в косичку. Следует отметить, что именно внутренний стержень арматуры из стеклопластика формирует ее прочностные характеристики.
  • Внешний слой арматурного прутка, изготовленного из стеклопластика, может быть выполнен в виде двунаправленной навивки из волокон композитного материала либо в виде напыления мелкофракционного абразивного порошка.

Стеклопластиковые арматурные стержни с абразивным напылением

Конструктивное исполнение арматурных прутков из стеклопластика, которое во многом определяет их технические и прочностные характеристики, зависит от фантазии производителей и применяемых ими технологий изготовления данного материала.

Основные свойства

Стеклопластиковая арматура, согласно результатам многочисленных исследований, проведенных компетентными организациями, обладает рядом характеристик, выгодно отличающих ее от других материалов подобного назначения.

  • Арматурные прутки из стеклопластика обладают небольшой массой, которая меньше веса аналогичных изделий из металла в 9 раз.
  • Стеклопластиковая арматура, в отличие от изделий из металла, очень устойчива к коррозии, отлично противостоит воздействию кислой, щелочной и соленой сред. Если сравнивать коррозионную устойчивость такой арматуры с аналогичными свойствами изделий из стали, то она выше в 10 раз.
  • Свойство проводить тепло у стеклопластиковой арматуры значительно ниже, чем у изделий из металла, что минимизирует риск возникновения мостиков холода при ее использовании.
  • За счет того, что арматура из стеклопластика транспортируется значительно проще, а срок ее эксплуатации значительно дольше, чем у металлической, ее применение более выгодно в финансовом плане.
  • Стеклопластиковая арматура – это диэлектрический материал, который не проводит электрический ток, обладает абсолютной прозрачностью для электромагнитных волн.
  • Использовать такой материал для создания армирующих конструкций значительно проще, чем металлические прутки, для этого нет необходимости в применении сварочного оборудования и технических устройств для резки металла.

Сравнительные характеристики стальной и стеклопластиковой арматуры

Благодаря своим бесспорным достоинствам стеклопластиковая арматура, появившись относительно недавно на отечественном рынке, уже успела завоевать высокую популярность как у крупных строительных организаций, так и у частных застройщиков. Между тем обладает такая арматура и рядом недостатков, к наиболее значимым из которых следует отнести:

  • достаточно низкий модуль упругости;
  • не слишком высокую термическую устойчивость.

Низкий модуль упругости стеклопластиковой арматуры является плюсом при изготовлении каркасов для укрепления фундамента, но большим минусом в том случае, если она используется для армирования плит перекрытия. При необходимости обращения в таких случаях именно к этой арматуре предварительно необходимо провести тщательные расчеты.

График замены стальной арматуры на композитную

Невысокая термическая устойчивость стеклопластиковой арматуры является более серьезным недостатком, ограничивающим ее применение. Несмотря на то, что такая арматура относится к категории самозатухающих материалов и не способна служить источником распространения огня при ее применении в бетонных конструкциях, при высоких температурах она утрачивает свои прочностные характеристики. По этой причине использоваться такая арматура может только для укрепления тех конструкций, которые не подвергаются воздействию высоких температур в процессе эксплуатации.

Еще одним значимым недостатком арматуры, изготовленной из стеклопластика, следует отнести то, что со временем она утрачивает свои прочностные характеристики. Этот процесс значительно ускоряется, если она подвергается воздействию щелочных сред. Между тем такого недостатка можно избежать, если применять стеклопластиковую арматуру, изготовленную с добавлением редкоземельных металлов.

Как и из чего производят стеклопластиковую арматуру

Многим стеклопластиковая арматура знакома не только по фото в интернете, но и на практике применения в строительстве, однако мало кто знает, как она производится. Технологический процесс производства арматурных прутков из стеклопластика, за которым очень интересно наблюдать по видео, легко поддается автоматизации и может быть реализован на базе как крупных, так и небольших производственных предприятий.

Технологическая линия производства стеклопластиковой арматуры

Для изготовления такого строительного материала прежде всего необходимо подготовить сырье, в качестве которого используется алюмоборсиликатное стекло. Чтобы придать исходному сырью требуемую степень тягучести, его расплавляют в специальных печах и уже из полученной массы вытягивают нити, толщина которых составляет 10–20 микрон. Толщина полученных нитей настолько невелика, что, если снять их на фото или видео, то без увеличения полученной картинки их не разглядеть. На стеклонити при помощи специального устройства наносится маслосодержащий состав. Затем из них формируются пучки, которые получили название стеклоровинга. Именно такие пучки, собранные из множества тонких нитей, являются основой стеклопластиковой арматуры и во многом формируют ее технические и прочностные характеристики.

Устройство подогрева и разделения нитей

После того как нити из стеклопластика подготовлены, они подаются на производственную линию, где их и превращают в арматурные прутки различного диаметра и разной длины. Дальнейший технологический процесс, познакомиться с которым можно по многочисленным видео в интернете, выглядит следующим образом.

  • Через специальное оборудование (шпулярник) нити подаются на натяжное устройство, которое одновременно выполняет две задачи: выравнивает напряжение, имеющееся в стеклонитях, располагает их в определенной последовательности и формирует будущий арматурный стержень.
  • Пучки нитей, на поверхность которых предварительно был нанесен маслосодержащий состав, обдаются горячим воздухом, что необходимо не только для их просушки, но и для незначительного нагревания.
  • Прогретые до требуемой температуры пучки нитей опускаются в специальные ванны, где пропитываются связующим веществом, также нагретым до определенной температуры.
  • Потом пучки нитей пропускаются через механизм, при помощи которого выполняется окончательное формирование арматурного стержня требуемого диаметра.
  • Если изготавливается арматура не с гладким, а с рельефным профилем, то сразу после выхода из калибровочного механизма осуществляется навивка пучков из стеклонитей на основной стержень.
  • Чтобы ускорить процесс полимеризации связующих смол, готовый арматурный пруток подается в туннельную печь, перед входом в которую на прутки, изготавливаемые без навивки, наносится слой мелкофракционного песка.
  • После выхода из печи, когда стеклопластиковая арматура практически готова, стержни охлаждают при помощи проточной воды и подают на резку либо на механизм их сматывания в бухты.

Отрезной механизм – последнее звено в производстве композитной арматуры

Таким образом, технологический процесс изготовления стеклопластиковой арматуры не такой сложный, о чем можно судить даже по фото или видео его отдельных этапов. Между тем такой процесс требует использования специального оборудования и строгого соблюдения всех режимов.

На видео ниже можно более наглядно ознакомиться с процессом производства композитной стеклоарматуры на примере работы производственной линии ТЛКА-2.

Параметры – вес, диаметр, шаг навивки

Арматура, для изготовления которой используется стекловолокно, характеризуется рядом параметров, определяющих область ее применения. К наиболее значимым относятся:

  • вес одного погонного метра арматурного прутка;
  • для изделий с рельефным профилем – шаг навивки пучков стекловолокна на их поверхности;
  • диаметр арматурного стержня.

На сегодняшний день арматура с рельефным профилем выпускается преимущественно с шагом навивки, равным 15 мм.

Выбор диаметра стеклопластиковой арматуры

Наружный диаметр арматурного прутка характеризуется номером, который присваивается изделию в соответствии с Техническими условиями производства подобной продукции. В соответствии с ТУ, арматурные прутки из стекловолокна сегодня выпускаются под следующими номерами: 4; 5; 5,5; 6; 7; 8; 10; 12; 14; 16; 18. Вес погонного метра арматурных прутков из стекловолокна, представленных на современном рынке, варьируется в пределах 0,02–0,42 кг.

Виды стеклопластиковой арматуры и сферы ее применения

Арматура, для производства которой используется стекловолокно, имеет множество разновидностей, различающихся между собой не только по диаметру и форме профиля (гладкая и с рифлением), но и по области использования. Так, специалисты выделяют стеклопластиковую арматуру:

  • рабочую;
  • монтажную;
  • распределительную;
  • специально предназначенную для армирования бетонных конструкций.

В зависимости от решаемых задач такая арматура может использоваться в виде:

  • штучных прутков;
  • элементов армирующих сеток;
  • арматурных каркасов различной конструкции и габаритов.

Арматурная стеклопластиковая сетка 100х100 мм

Несмотря на то, что арматура, изготовленная из стеклопластика, появилась на отечественном рынке недавно, предприятия, строительные компании и частные лица уже достаточно активно используют ее для решения различных задач. Так, набирает популярность применение стеклопластиковой арматуры в строительстве. С ее помощью армируют фундаменты и другие конструкции из бетона (дренажные колодцы, стены и др.), ее применяют для укрепления кладки, выполняемой из кирпича и блочных материалов. Технические характеристики стеклопластиковой арматуры позволяют успешно использовать ее в дорожном строительстве: для армирования дорожного полотна, укрепления насыпей и слабых оснований, создания монолитных бетонных оснований.

Частные лица, самостоятельно занимающиеся строительством у себя на приусадебном участке или на даче, также успели оценить достоинства данного материала. Интересен опыт применения стеклопластиковой арматуры на дачах и в огородах частных домов в качестве дуг для возведения парников. В интернете можно найти множество фото таких аккуратных и надежных конструкций, которые не подвержены коррозии, легко ставятся и так же легко демонтируются.

Каркас самодельного парника из стеклопластиковой арматуры

Большим преимуществом использования такого материала (особенно для частных лиц) является простота его транспортировки. Смотанную в компактную бухту стеклопластиковую арматуру можно увезти даже на легковом автомобиле, чего нельзя сказать об изделиях из металла.

Что лучше – стеклопластик или сталь?

Чтобы ответить на вопрос, какую арматуру лучше использовать – стальную или стеклопластиковую, – следует сравнить основные параметры этих материалов.

  • Если арматурные прутки из стали обладают и упругостью, и пластичностью, то стеклопластиковые изделия – только упругостью.
  • По пределу прочности стеклопластиковые изделия значительно превосходят металлические: 1300 и 390 МПа соответственно.
  • Более предпочтительным является стекловолокно и по коэффициенту теплопроводности: 0,35 Вт/м*С0 – против 46 у стали.
  • Плотность арматурных прутков из стали составляет 7850 кг/м3, из стекловолокна – 1900 кг/м3.
  • Изделия из стекловолокна, в отличие от арматурных прутков из стали, обладают исключительной коррозионной устойчивостью.
  • Стекловолокно – это диэлектрический материал, поэтому изделия из него не проводят электрический ток, отличаются абсолютной прозрачностью для электромагнитных волн, что особенно важно при строительстве сооружений определенного назначения (лаборатории, исследовательские центры и др.).

Между тем изделия из стекловолокна недостаточно хорошо работают на изгиб, что ограничивает их применение для армирования плит перекрытия и других сильно нагруженных бетонных конструкций. Экономическая целесообразность использования арматурных прутков, изготовленных из композитных материалов, заключается еще и в том, что их можно приобрести ровно такое количество, которое вам необходимо, что делает их применение практически безотходным.

Резюмируем все вышесказанное. Даже учитывая все уникальные характеристики композитной арматуры, применять ее следует очень обдуманно и только в тех сферах, где данный материал проявляет себя лучше всего. Нежелательно использовать такую арматуру для укрепления бетонных конструкций, которые в процессе эксплуатации будут испытывать очень серьезные нагрузки, способные стать причиной ее разрушения. Во всех же остальных случаях применение арматуры из стекловолокна и других композитных материалов подтвердило свою эффективность.

Композитная арматура — Энциклопедия

Композитная арматура – изделие строительного назначения, представляющее собой  стержни из стеклянных или базальтовых волокон со спиральной или поперечной рельефностью, пропитанных химически стойким термореактивным или термопластичным полимером .

Арматура, изготовленная из стеклянных волокон, называется стеклопластиковой (АСП). Арматура, изготовленная на основе базальтового волокна, называется — базальтопластиковой (АБП).

Композитная арматура, исходя из своих физико-механических свойств, является не только альтернативой строительной арматуре из металла, но и вполне самостоятельным изделием, применение которого (в ряде направлений строительства) является обязательным и незаменимым.

На базе указанных видов композитной арматуры изготавливается и такое изделие строительного назначения, как – гибкие связи, используемые при возведении кирпичной кладки и для монтажа плит утепления зданий.


Классификация и виды композитной арматуры

Стеклопластиковая композитная арматура (АСП)

АСП – композитная арматура с продольным рифлением, изготавливаемая из стекловолокна, придающего необходимую прочность и жесткость и термореативных смол, выступающих в качестве связующего. Одним из основных преимуществ этого строительного материала являются легкий вес и высокая прочность.

Базальтопластиковая композитная арматура (АБП)

АБП – композитная арматура с продольным рифлением, изготавливаемая из базальтового волокна и термореактивных смол. Существенным отличием данного строительного материала от перечисленных выше – является высокая термо- и огнестойкость. Однако стоимость АБП в значительной степени превышает стоимость АСП.


Производство композитной арматуры

Производство композитной арматуры осуществляется методом пултрузии. Общий вид построения технологической линии для производства таких видов композитной арматуры как АСП и АБП выглядит следующим образом:

  • 1 – ровинг;
  • 2 – пропиточный ролик;
  • 3 – ванна со связующим;
  • 4 – ровинг, пропитанный связующим;
  • 5, 6 – формующее и калибрующее устройства;
  • 7 – тянущее устройство;
  • 8 – отрезное устройство;
  • 9 – готовое изделие.

Области применения композитной арматуры
  1. Промышленно-гражданское строительство:
    • Жилые, общественные и промышленные здания;
    • Малоэтажное и коттеджное строительство;
    • Бетонные конструкции;
    • Слоистая кладка стен с гибкими связями;
    • Ремонт поверхностей железобетонных и кирпичных конструкций;
    • Работы в зимнее время, когда в кладочный раствор вводятся ускорители отверждения и противоморозные добавки, вызывающие коррозию стальной арматуры.
  2. Дорожное строительство:
    • Сооружение насыпей;
    • Устройство покрытий;
    • Элементы дорог, которые подвергаются агрессивному воздействию противогололёдных реагентов;
    • Смешанные элементы дорог (типа «асфальтобетон-рельсы»).
  3. Укрепление откосов дорог:
    • Монолитные конструкции;
    • Сборные конструкции.
  4. Мосты:
    • Проезжая часть, ездовое полотно пролетных строений;
    • Опоры диванного типа;
    • Ремонт мостов.
  5. Берегоукрепление:
    • Монолитные конструкции;
    • Сборные конструкции.


Характеристики композитной арматуры
Характеристики Металлическая арматура класса А-III (А400С)

ГОСТ 5781-82[1]

Неметаллическая композитная арматура (АСП — стеклопластиковая, АБП — базальтопластиковая)

ГОСТ 31938-2012[2]

Материал Сталь 35ГС, 25Г2С и др. АСП — стеклянные волокна диаметром 13-16 микрон связанные полимером; АБП — базальтовые волокна диаметром 10-16 микрон связанные полимером
Вес По строительным нормам Легче металлической арматуры
Временное сопротивление при растяжении, МПа 360 1200 (АСП1300 – АБП)
Модуль упругости, МПа 200000 55000 (АСП71000-АБП)
Относительное удлинение, % 25 2,2 (АСП и АБП)
Характер поведения под нагрузкой (зависимость «напряжение-деформация») Кривая линия с площадкой текучести под нагрузкой Прямая линия с упруголинейной зависимостью под нагрузкой до разрушения
Коэффициент линейного расширения αх*10-5/°C 13-15 9-12
Плотность, т/м³ 7 1,9 (АСП и АБП)
Коррозионная стойкость к агрессивным средам Корродирует с выделением продуктов ржавчины Нержавеющий материал первой группы химической стойкости, в том числе к щелочной среде бетона
Теплопроводность Теплопроводна Нетеплопроводна
Электропроводность Электропроводна Неэлектропроводна — диэлектрик
Выпускаемые профили 6-80 3,5-12 в перспективе до 20
Длина Стержни длиной 6-12 м Любая длина по требованию заказчика
Экологичность Экологична Имеется санитарно-эпидемиологическое заключение, не выделяет вредных и токсичных веществ
Долговечность По строительным нормам Прогнозируемая долговечность не менее 80 лет
Замена арматуры по физико-механическим свойствам ·         5Вр-1 проволока·         6А-III·         8А-III·         10А-III·         12А-III·         14А-III·         16А-III

·         АСП-4, АБП-4

·         АСП-6, АБП-6

·         АСП-8, АБП-8

·         АСП-8, АБП-8

·         АСП-10, АБП-10

·         АСП-12, АБП-12

Экономика Зависит от конъюнктуры рынка АСП – Превышает цену металлической арматуры в 3-5 разАБП – Значительно превышает цену металлической арматуры

виды, плюсы, область применения, армирование композитной арматурой

Разработки композитной арматуры велись ещё в прошлом веке, но целесообразным стало её производить и использовать только недавно.

Этому способствовали доступность сырьевой базы и внедрение новых технологий в процесс изготовления. Часто такую продукцию называют стеклопластиковой или базальтопластиком.

В основном разные определения даются из-за разницы комбинаций применяемого сырья. Но на качество и прочность изделий это не влияет. От стальных аналогов отличается внешним видом.

Посмотрите видео о применении композитной арматуры

Состав и особенности

Материал представляет собой строительный стержень, подобный арматуре из стали, но сделанный из следующих компонентов:

— стекла;

— базальта;

— углерода;

— арамида;

— полимерные добавки.

Изделия из стекла светлого цвета с желтоватым оттенком. Стержни из базальта и углерода чёрные. Периодическое сечение, как и в металлических изделиях, обеспечивает прочность армированной бетонной конструкции. Некоторые производители включают в состав цветные пигменты. На свойства и характеристики этот факт никак не влияет.

Виды композитной арматуры

Классификация видов композитной арматуры напрямую зависит от основного компонента в составе.

АБП (базальтовое изделие) производится с применением волокон базальта и смол органического происхождения, которые выполняют функцию связующего элемента. Отличительным качеством вида является устойчивость к воздействию агрессивных веществ и сред (щелочей, солей, газов).

АСП (стеклопластиковое изделие) получается в результате смешивания стекловолокна и термореактивных смол. Достоинством данного вида считается высокая прочность при небольшом весе.

АУП (углепластиковое изделие) состоит на основе углеводорода. Обладает высокой прочностью, но ввиду высокой себестоимости данный вид не получил широкого спроса.

АКК (комбинированное изделие) производится на основе базальта и стекловолокна. Отличается высокими показателями износостойкости и широкой областью применения.

Плюсы композитной арматуры

Композитная арматура стремительно завоевала популярность на строительном рынке. Это обусловлено её техническими показателями и долговечностью. Среди преимущественных качеств:

— не подвергается коррозии;

— влагостойкость;

— длительный эксплуатационный период;

— показатели прочности, превышающие металлические аналоги;

— низкий показатель теплопроводности, исключающий образование мостиков холода в бетонной конструкции;

— диэлектричность, исключающая помехи при прохождении радиоволн;

— удобная транспортировка ввиду малого веса и возможностью перевозить изделие в бухтах;

— доступная цена.

Область применения композитной арматуры

Материал активно используется в разных строительных работах:

• при закладке фундамента строений, особенно в тех, которые эксплуатируются в условиях агрессивной среды;

• в укрепительных конструкциях оснований и несущих стен;

• в частном строительстве;

• для армирования дорожного полотна;

• для укрепления откосов насыпей;

• для изготовления связующей конструкции при возведении зданий;

• для укрепления грунта в шахтах и др.

Особенности армирования конструкции композитной арматурой

При армировании конструкции композитным материалом трудностей не возникает. Мастера привычным способом рассчитывают диаметр стержней и параметры ячеек с учётом несущей способности конструкции. Каркас изготавливается с помощью использования вяжущей проволоки или электротехнических пластиковых хомутов. Для выполнения соединений проволокой потребуется специальный крючок и вязальная машинка автоматического типа. Хомуты крепятся вручную. Также допускается соединять элементы арматуры пластиковыми клипсами. Использовать привычный сварочный аппарат на диэлектричном материале невозможно.

Разрезать прутья рекомендуется болгаркой. Сам процесс раскроя осуществляется намного быстрее, чем со стальными аналогами.

Верх каркаса должен находиться не более чем на 3 см ниже поверхности фундамента. Для регулировки высоты можно подкладывать кирпич под низ каркасной конструкции.

Придать стержню изгиб или другую форму на строительных площадках не получится. При механическом воздействии он может попросту сломаться. Если в процессе работы потребуется изогнутая арматура, можно заказать у производителя подходящее изделие. Изменить форму можно только в процессе изготовления.

При определении размеров композитной арматуры следует воспользоваться показателями из технических характеристик. По сравнению со стальными стрежнями на одинаковые нагрузки стеклопластиковые изделия используются в меньшем диаметре.

        Поделиться:

Преимущества композитной арматуры

Композитная арматура считается инновацией в строительстве, однако это далеко не так!
История композитной арматуры берет свое начало в 60ых годах. В СССР и США начались работы по ее созданию. В СССР было построено множество сооружений с использованием композитной арматуры, например: В 70-е годы стеклопластик был использован при возведении несущих наклонных элементов арок в зданиях складов г. Рогачёве и Червень. Применение композитного армирования сократило расходы на строительство в 1,7 раз, а экономия древесины составила 9%. Из стеклопластика выполнено армирование перекрытий технической галереи Светлогорской кислотной станции. Экономический эффект превзошёл все ожидания. В 1969 году были разработаны электроизолирующие траверсы для ЛЭП-10 и 35 кВ, а в следующем году под Костромой был сдан участок ЛЭП-10 с траверсами, армированными стеклопластиком. В 1972 году вступил в строй участок ЛЭП-35 под Ставрополем с траверсами, армированными стеклопластиком. В 1975-79 годах траверсы с композитной арматурой появились на ЛЭП в Гродно, Солигорске, Батуми. Хабаровский политехнический институт создал проект первого в мире деревянного моста из клееной древесины, армированной стеклопластиком. Мост длиной 9 метров был построен в 1975 году. В 1981 году в Приморском крае появился мост через реку Шкотовка, а в 89 году ещё один в Хабаровском крае. Армирование балок пролётов было комбинированным, с помощью стали и стеклопластика. И это лишь небольшой список, где применяли стеклопластиковую арматуру. С распадом СССР внедрение стеклопластиковой арматуры остановилось на многие годы. Но за пределами Российской Федерации ее изучение шло полным ходом.

В США появились несколько производителей неметаллической арматуры:

  • Компания «Marshall Vega Corporation», США, штат Арканзас. Производит арматуру с 1974 года;
  • Компания «Hughes Brothers, Inc», США, штат Небраска. Производит арматуру с 1984 года;
  • Компания «Pultrall, Inc», Канада, г.Квебек. Производит арматуру с 1987 года;
  • Компания «TillCo», США, штат Арканзас. Производит арматуру с 1996 года.

В Европе использование арматуры из стеклопластика началось с Германии в 1986 году, во время строительства автодорожного моста из предварительно напряженного FRP (Meier19 92г).
Канадскими инженерами были разработаны положения по применению арматуры из FRP для Канадского свода норм, который проектировал мосты для автодорог и строил серию демонстрационных проектов.
В США широкое использование арматуры из FRP началось с конца 80-х годов, ранее разработки (ACI 440R), которое в переводе означает «Руководство для проектирования и конструирования бетона, армированного композитной арматурой».
Стеклопластиковая арматура получила широкое применение во время строительства крупнейших метрополитенов мира, которые расположены в Азии (Бангкок, Гонконг и Нью-Дели) и Европе (Лондон и Берлин).Таким образом, мы видим, что композитная арматура уже давно пользуется популярностью во всем мире! Ее качества проверены временем!Ее использование целесообразно и выгодно.
В России этот продукт получил популярность лишь в 2008 году.
Сегодня в России существует нормативная база по производству стеклопластиковой арматуры, требованиям к ней, методикам ее испытаний и применению в строительстве:
ГОСТ 31938-2012 на композитную арматуру, разработанный в 2011 году и принятый в 2012 году как межгосударственный стандарт;
Приложение No 1 к СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения.» — описывающее расчет конструкций с композитной полимерной арматурой.

Композитная арматура имеет целый ряд преимуществ, которые заинтересуют как крупного застройщика, так и человека, который решил построить дом для своей семьи

  • Стеклопластиковая арматура не боится агрессивной среды, не подвержена коррозии, гниению, не разрушает бетон.
  • Стеклопластиковая арматура легче металлической, это позволяет сэкономить на транспортировке и разгрузке. Изготавливается эта арматура в бухтах.
  • Цена композитной арматуры ниже, чем у стальной. Более того, стеклопластиковая арматура в 2,5 раза прочнее на разрыв стальной арматуры. По этой причине стальную арматуру можно заменить на композитную с меньшим диаметром, но той же прочностью на разрыв.
  • В работе стеклопластиковая арматура очень удобна. Ее легко резать, подойдут ножницы для металла или болторез. Не нужно использовать специальное оборудование для этого. Ее легко связывать. Для этого можно использовать пластиковые хомуты, вязальную проволоку или специальные японские пистолеты.
  • Стеклопластиковая арматура также считается экологически чистым продуктом, не опасным для здоровья и долговечным.
  • Стеклопластиковая арматура стойко переносит температурные перепады. Она уменьшает теплопотери, так как не образует мостиков холода. Дом, построенный с использованием композитной арматуры можно назвать энергосберегающим.
  • Стеклопластиковая арматура не накапливает электричество. Не проводит электрический ток.
  • Стеклопластиковая арматура при правильном применении долговечна! Срок службы достигает 80лет.

Основных недостатка у композитной арматуры два:

  1. Низкая огнестойкость. То есть, при нагреве выше 200 градусов прочность снижается.
  2. Низкий модуль упругости. Не выдерживает нагрузки на излом.

В наше время композитную арматуру из стекловолокна можно и нужно применять в следующих работах:

  • Объекты, на которые воздействуют агрессивные среды: Бассейны (фундамент), дороги, мосты, прибрежные сооружения, химические заводы, железные дороги, аэропорты, шоссе, тоннели.
  • Строительство малоэтажных домов и коттеджей:

Перекрытия до 5 метров, проезжие части, полы в доме, ленточный фундамент, сплошной фундамент, ростверки и сваи, армирование стен при монолитном строении и кирпичная кладка, при помощи гибких связей.

Строительные компании боятся использовать ее в своих работах, потому что арматура из стекловолокна появилась на рынке России значительно недавно.
Наше конструкторское бюро пока не прописывает такой вид арматуры в проектных документах.
ГОСТ 31938-2012 на композитную арматуру начал действовать только в 2012году как межгосударственный стандарт.
Нормативными документами, разрешающими ее применение до принятия ГОСТ были только:
Сертификаты качества
Протокол испытаний
СНиП 52-01-2003
Арматура, изготовленная по ТУ не всегда соответствует заявленным нормам.
Это дает ряд преимуществ для производителей стальной арматуры.
Следует ли говорить, что все эти моменты сильно тормозят процесс и влияют на ситуацию строительства в России.
Застройщики переплачивают за материал, который впоследствии теряет свои рабочие функции. В результате чего, страдают обычные жители и репутация застройщика.
В дальнейшем, решений для применения композитной арматуры будет больше, а область применения – шире!

Сегодня, сделав выбор в пользу стеклопластиковой арматуры МЗПКК Вы выбираете будущее!

Преимущество

  1. экономия денег (стоимость композитной арматуры на 30% ниже стального аналога).
  2. прочность на разрыв в 3 раза выше, чем у металлической , что позволяет применять композитную арматуру меньшего диаметра.
  3. композитная арматура легче в 9 раз чем металлическая.
  4. композитная арматура долговечнее(не меняет свойств более 120 лет) в отличии от металлической.
  5. композитная арматура удобна и экономична в транспортировке (в бухтах ) можно перевозить на легковом автомобиле) а металлическую только хлыстами.
  6. композитная арматура (устойчива к воздействую кислот и щелочей)а металлическая подвержена коррозии.
  7. у композитной арматуры низкая теплопроводность (исключает случаи промерзания бетона) что не сказать про применение металлической.
  8. композитная арматура не проводит электрический ток.
  9. композитная арматура не создает помех для сотовой связи и радиоволн.
  10. композитную арматуру возможно производить любой длины. А у металлической есть ограничения.
  11. композитная арматура анти — коррозийная т. к. изготавливается без добавления металла

Применение стержней из стеклопластиковой арматуры:

  1. в армировании фундаментов;
  2. в укреплении стен кирпичных зданий;
  3. в изготовлении дюбелей;
  4. в производстве сеток для стяжки пола;
  5. в железобетонных конструкциях (балконные плиты, ступени, блоки) и с использованием гипсовых вяжущих.

Композитная арматура может стать отменной альтернативой деревянным и стальным стержням, с помощью которых создаются:

  • садовые арки;
  • подпорки для цветов и других растений;
  • декоративные ограждения;
  • опоры под озеленение (решетки, гнутые колонны, криволинейные конструкции).

Композитная арматура

Композитная арматура

      Использование этой арматуры вызывает в околостроительных кругах ожесточённые споры, наподобие того, что вокруг пенопласта: очень красочные, с эмоциями и пеной у рта, с манипуляциями всякими не имеющими отношения к теме цифрами и характеристиками. Признаться, я даже стал рассматривать эту арматуру, как реальную рабочую арматуру для своего фундамента! Меня остановила проблема армирования углов. Мой фундамент весьма «ажурный», так сказать, с очень малым сечением. Честно говоря, он столь миниатюрен, что не вписывается в минимальные требования к бетонным фундаментам. Я это понимал, когда его проектировал, и по этой причине мне жизненно важно было сделать армирование максимально правильно. Это накладывает известные требования на армирование углов, и именно этот аргумент остановил меня на выборе именно железной арматуры. Впоследствии я решил изучить вопрос композитной арматуры более подробно в целях личного развития и хочу отметить, что очень рад тому, что забетонировал железо. 

      Вопреки многочисленным заявлениям о том, что на композитную арматуру не существует ГОСТов — это не так, ГОСТ на неё существует, и зарегистрирован он ещё в 2012 году! Это межгосударственный стандарт, ГОСТ 21938-2011. И даже более того, композитная арматура внесена в свод правил СП 63. 13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции» в виде отдельного приложения Л, в котором подробно описано как считать и что считать при проектировании бетонных элементов с использованием стеклопластиковой арматуры.

      Композитная арматура — неметаллические стержни из стеклянных, базальтовых, углеродных или арамидных волокон, пропитанных термореактивным или термопластичным полимерным связующим и отверждённых. Арматуру, изготовленную из стеклянных волокон, принято называть стеклокомпозитной (АСК), из базальтовых волокон — базальтокомпозитной (АБК), из углеродных волокон — углекомпозитной (АУК), и бывает ещё арамидокомпозитная (ААК) и комбинированная композитная арматура (АКК). В целом же, сокращённо принято называть композитную арматуру АКП. Для сцепления с бетоном на поверхности АКП в процессе производства формируются специальные рёбра или наносится покрытие из песка. Номинальные диаметры выпускаемой арматуры бывают от 4 до 32 мм.

   Благодаря своим физико-механическим характеристикам и техническим преимуществам композитная арматура может являться альтернативой арматуре из металла, как обладающую сочетанием высокой прочности и коррозионной стойкости. Самым существенным и признаваемым всеми отличием этого материала от стальной арматуры является более высокая стойкость к агрессивным средам. Этот факт позволяет широко использовать такую арматуру в дорожном строительстве для сооружения насыпей, устройства покрытий, для элементов дорог, которые подвергаются агрессивному воздействию противогололёдных реагентов, для смешанных элементов дорог. Также применяется для укрепления откосов дорог, для берегоукрепления, в общем везде, где возможен контакт арматуры с водой или иной агрессивной средой. Ещё одно неоспоримое достоинство такой арматуры — ещё малый вес! Она почти в 10 раз легче железной. Следующий козырь в рукаве этого материала — действительно высокий предел прочности при растяжении! Эта арматура может быть до 5 раз более прочная при растяжении, чем металл.

      Для вдохновения предлагаю посмотреть вот такой видео-ролик

      Стеклопластиковая арматура имеет и свои недостатки, которые порой выглядят, как преимущества:

  • Так, несмотря на высокую огнестойкость базальтового волокна, жаропрочность базальтовой арматуры не отличается от стеклопластиковой, так как полимерная матрица не в состоянии выдержать температуры выше 160°С. Следовательно, и бетонное изделие обладает меньшей огнестойкостью.

  • Ещё один минус, который обычно вписывается в плюсы, композитную арматуру нельзя согнуть с малым радиусом изгиба, а значит есть проблема при армировании углов и примыканий ленты фундаментов. Правда, промышленность выпускает отдельно согнутые элементы из стеклопластиковой арматуры (фото слева), однако это увеличивает номенклатуру требуемых на стройке материалов вдвое. И далеко не везде их можно купить. У нас в Бресте я таких ни разу не видел. 

  • Опять свойство, которое вписывается обычно в плюсы, — электропроводность. Производители рекламируют это свойство, как «радиопрозрачность». Эм, ну по-моему, особенно для фундаментов, эта радиопрозрачность нужна разве что кротам. Это свойство вообще для частного застройщика не имеет никакого смысла. Хотя в случае с металлической арматурой можно делать выпуски арматуры из бетона например, для перевязки с другими ж/б конструкциями (плитами перекрытия). Выпуски можно сваривать электросваркой. Железную арматуру можно использовать для электропрогрева застывающего бетона (при наличии специального оборудования), можно использовать её свойства электропроводности для заземления. В производстве преднапряжённых ЖБИ железная арматура подвергается электротермическому напряжению — с композитной так уже не получится. Ну и сюда же можно отнести тот факт, что надёжно соединить сваркой возможно лишь металлическую арматуру.

  • При более высокой прочности АКП основным её плюсом считают возможность использования более тонкой арматуры. Это сомнительный плюс, поскольку с уменьшением диаметра прута пропорционально уменьшается и площадь контакта между арматурой и бетоном, уменьшая предел прочности сцепления с бетоном.

Некоторые утверждают, что в связи с тем, что АКП не боится коррозии, можно смело уменьшать толщину защитного слоя бетона и не бояться, что она где-то случайно выйдет из бетона. Но суть защитного слоя не только в защите арматуры, но и в том, чтобы максимально плотно обхватить арматуру бетоном. Если тонкий защитный слой бетона просто отколется или выкрошится, чем будет удерживаться довольно гладкая композитная арматура в толще бетона? Порой строители специально за несколько дней до укладки железной арматуры поливают её водой для того, чтобы придать шершавость, чем увеличивают и без того в два-три раза больший (по сравнению с АКП) предел прочности сцепления с бетоном. 

 

Теперь давайте сравним АКП и стальную арматуру по цифрам:

  • Предел прочности при растяжении стальной арматуры класса А III …. 360 МПа;

  • Предел прочности при растяжении АКП из стекловолокна (АСК)………… от 800 до 1300  МПа;

  • Модуль упругости стальной арматуры ………………. 200 ГПа;

  • Модуль упругости АКП ……………………………………………. 50 ГПа;

   Существует обновлённый свод правил по железобетону, в который уже включена композитная арматура. Там есть очень интересный пункт Л. 2.3, в котором говорится: «При расчёте конструкций по предельным состояниям первой группы на действие постоянных и длительных нагрузок расчётное значение сопротивления растяжению АКП следует умножать на коэффициент γf снижения сопротивления растяжению, принимаемый для АСК γf=0,3; для АБК, ААК и АКК γf=0,4; для АУК γf=0,6.  Это значит, что если мы планируем балку нагружать долговременной нагрузкой (например, опереть стену дома), то расчётное сопротивление стеклокомпозитной арматуры следует принимать не 800 МПа, а  800*0,3 = 240 МПа! Т.е. сопротивление растяжению АСК оказывается почти в двое хуже стальной арматуры класса А500!

    Для достоверности, я приведу выдержку из соответствующего документа:

 

    Итак, что мы можем получить из приведённого фрагмента, если проектируем конструкцию длительного использования в условиях эксплуатации — на открытом воздухе?

      Самая популярная композитная арматура — стеклопластиковая — она же самая «слабая» из всех видов композитных арматур — имеет предел прочности 800 МПа. При длительной нагрузке её расчётный предел составит:

Rf = 800 * 0.3 = 240 МПа. 

При использовании конструкции на открытом воздухе расчётный предел прочности ещё уменьшается:

Rf = 240 * 0.7 = 168 МПа.

Ну и делим полученную величину на коэффициент надёжности по материалу, принимаемый по расчёту по первой группе предельных состояний 1.5:

Rf = 168 / 1.5 = 112 МПа.

Расчетное значение сопротивления АКП сжатию, согласно документу, следует принимать равным нулю. Т.е. в сжатой зоне бетона композитную арматуру вообще не применяют в принципе.

 

   Для сравнения, стальная арматура класса А500 имеет расчётное сопротивление растяжению 435 МПа. Конечно, коэффициент надёжности по арматуре тоже следует учитывать. Он равен 1,15.

Rs = 435 / 1.15 = 378 МПа.

Других понижающих коэффициентов для стальной арматуры не применяется.

Расчетное значение сопротивления сжатию стальной арматуры ровно такое-же: Rsc = 435 / 1,15 = 378 МПа.

 

На основании этого документа и простейших расчётов можно составить таблицу равнопрочной замены для условий эксплуатации на открытом воздухе при длительной нагрузке.

 

Равнопрочная замена стальной и композитной арматуры

     Но неужели все производители настолько нагло врут?!   

Да! Именно так и есть! 

Но что же они все пишут в своих таблицах тогда? А пишут они все характеристики, приведённые для кратковременной нагрузки, без учёта коэффициента запаса и без учёта условий эксплуатации!  Это, юридически, обманом-то и не назовёшь — инженеры-строители знают обо всех этих коэффициентах и пока предпочитают экономить на чём угодно, но не на замене стальной арматуры на пластиковую. А то, что частный застройщик не знает правил расчёта и не знаком не то, что с «приложением Л», а и с самим СП 63.13330.2012 — так это проблема застройщика, а не маркетологов!

   Так же можем вычислить относительное удлинение материала при предельной нагрузке. Формула для расчёта представлена в ГОСТе (стр.20, пункт Б.5.3):               ɛ=Р/(Еf·A) 

где Р — разрушающая нагрузка, Н:   P= σ·А, (в свою очередь где σ — предел прочности, МПа; А — площадь сечения)

Ef — модуль упругости, МПа;

А — площадь сечения арматуры.

Подставив и сократив формулу получим, что относительное удлинение ɛ= предел прочности / модуль упругости.

  • Относительное удлинение для стали ….. 0,18%;

  • Относительное удлинение для АКП …….. 1,6 — 2,6%.

Что значат эти цифры на практике? Они означают, что композитная арматура более чем в 10 раз деформативнее, чем стальная. Если мы, к примеру, изготовим две бетонных перемычки длиной 1 метр, заармируем в растянутой зоне одну из них стальной арматурой, а вторую композитной и приложим предельную нагрузку, то результат по прогибу будет составлять для стали 1м·0,18%=1,8мм, для АКП от 16 до 26мм. 

      Я включил композитную арматуру в сортамент армирования в калькуляторе расчёта железобетонных балок, и вы можете легко посравнивать этот материал с классической железной арматурой. Расчёт едва-ли можно назвать удовлетворительным по сравнению со стальной арматурой!!!

      По прочности композитная арматура превосходит стальную только при кратковременных нагрузках, но вот по деформациям она совершенно не годится для армирования растяжённых областей бетона, поскольку бетон просто раскрошится задолго до того, как композитная арматура дойдёт до своего предельного расчётного состояния.

       Всё это очень хорошо и наглядно рассказано в видеоролике Антона Вебера ниже:

    Вывод у меня получается такой. Я не буду заносить композитную арматуру в «чёрный список» стройматериалов, но применять её следует с очень чётким представлением её возможностей и ограничений. Подвязывать огурцы, помидоры, делать теплицы… Шучю!  Но в плиты перекрытии, ригели, какие-либо несущие балки я не рекомендую её закладывать в качестве рабочей арматуры. В колоннах её использовать нельзя категорически. В качестве конструктивной — это сколь угодно. Порой армирование вообще бывает второстепенным. Например, при заливке большого по сечению бетонного монолитного фундамента, где прочности самого бетона едва ли не хватает для постройки на нём нетяжёлого дома. Армирование фундаментов по принципу плавающей монолитной плиты тоже вполне допустимо этой арматурой. А вот ростверк фундамента по технологии ТИСЭ лучше армировать железной арматурой.

     Не бывает совсем уж плохих материалов, как не бывает и идеальных! Для каждого материала есть своя сфера применения, и именно там материал и будет хорош. Не нужно ожидать, что если из АКП получается хорошая теплица, то и в бетонной плите тоже будет всё отлично. На данный момент композитная арматура не заменяет стальную, и даже не приближается к этому. Но композитная арматура создаёт новый сегмент рынка, в котором стальная арматура может уступать композиту. К частному домостроению этот сегмент, правда, отношение не имеет.

 

P.S.: Я не смог найти в интернете фотографии, где бы было зафиксировано какое-либо разрушение бетона с композитной арматурой. Возможно, что эта арматура действительно так хороша, как её рекламируют. Но и возможно, что здравый смысл не позволил ещё людям использовать её там, где есть достаточная нагрузка. Время покажет.

Всё о композитной арматуре | Цены за метр

Разработки стеклопластиковой арматуры начались в ХХ веке, но производить ее стали гораздо позже. Процесс изготовления наладился, когда в арсенале появилась сырьевая база, была налажена технологическая цепочка производства. Теперь купить композитную арматуру не составляет труда — её наличие постоянно поддерживается на складах.

Строительный стержень изготавливают из стекла, базальта, углерода, арамида, полимерных добавок, ацетона, этилового спирта. Пруткам спиралевидной формы требуется волокно для обмотки. Стеклянные имеют светло-желтый оттенок, базальтовые и углеродные – черный. Как и со стальными изделиями, композитная арматура, имеющая периодический профиль, обладает повышенными прочностными качествами.

В чем преимущества композитных изделий?

Композит сейчас популярен на строительном рынке. Это обусловлено техническими показателями, долговечностью эксплуатации. Перечислим главные плюсы:

  • стойкость к коррозии;

  • имеет низкий показатель теплопроводности: исключение «мостиков» холода в бетонной конструкции;

  • диэлектричность, что исключает образование помех при передаче радиоволн;

  • легко транспортируются из-за небольшого веса, комплектуются в бухты.

Помимо длительного эксплуатационного периода, композитная арматура имеет доступные цены, высокую прочность, которая конкурирует стальной продукции.

Где применяется композит?

Арматура из композита применяется в широком спектре строительных работ. Выбор в её пользу происходит всегда индивидуально: заказчики и строители учитывают конкретные особенности возводящейся конструкции. К примеру, купить композитную арматуру рекомендуется при монтаже фундамента в условиях агрессивных грунтов.

Она находит применение в частном строительстве, при укреплении оснований, несущих стен. Используется при армировании дорожного полотна, укреплении откосов насыпей, грунта в шахтах. Высока роль композита как связующего элемента конструкции при возведении зданий.

Классификация происходит по производственному материалу:
  • АБП. Производится с применением базальта, органических смол, которые связывают компоненты в составе. Такой вариант выбирают при использовании в нестандартных окружающих условиях, под влиянием агрессивных веществ – газов, солей, щелочей.

  • АСП. В основе лежит стеклопластик: при производстве идет смешивание стекловолокна и термореактивных смол. Главным преимуществом является высокая прочность при малом удельном весе.

  • АУП. Ведущим компонентом является углеводород. Стержень обладает высокой прочностью, однако, велика себестоимость продукта – большим спросом он не пользуется.

  • АКК. Комбинированный продукт, который производится на основе базальта, стекловолокна. Широко применяется в области строительства, отличается повышенными показателями износостойкости.

Цены на арматуру за метр

Композитная арматура

Технологии при производстве тротуарной плитки, архитектурных форм и других бетонных изделий.

Компания Форт российский производитель широкого спектра добавок для бетонных смесей и строительных растворов.

Одной из основных специализаций компании является химическое модифицирование бетонной смеси при производстве всех видов тротуарной плитки, бордюрных камней, железобетонных заборов, колодезных колец и т.д. Для производства этих изделий мы рекомендуем следующие модификаторы бетонных смесей:

  • Добавка для бетона Фортрайс Аэро 200
  • Добавка для бетона Ускоритель-пластификатор Форт УП-2
  • Добавка для бетона Ускоритель-суперпластификатор Форт УП-2М
  • Добавка для бетона Гиперпластификатор Карбоксил ПК
  • Добавка для бетона Гиперпластификатор Карбоксил ПК-2
  • Добавка для бетона Гиперпластификатор Карбоксил ПК-4

Все представленные продукты обладают пластифицирующим эффектом. При грамотном использовании этого эффекта производитель бетонных изделий получает экономию цемента при неизменных прочностных и других характеристик. Наши специалисты могут помочь в решении данного вопроса на каждом конкретном предприятии.

Существенную экономию электроэнергии можно получить путем снижения времени вибрирования заполненных форм на вибростоле, сокращении времени вибропрессования на оборудовании по производству прессованных изделий и дополнительного прогрева отформованных изделий с использованием электроэнергии.

Компания Форт предлагает Вам добавки ускорители-пластификаторы, которые в свою очередь позволяют снизить температуру отапливаемых помещений без снижения скорости набора прочности в начальные сроки твердения. Иными словами, достигается экономия ресурсов на отопление и обогрев производственных помещений.

Кроме экономии на электроэнергии, тепла и расходов на цемент производитель бетонных изделий повышает показатели морозостойкости, прочности, истираемости, водонепроницаемости и др.

Морозостойкость бетона.

За счет вовлечения нормируемого количества воздуха в бетонную смесь при ее приготовлении вы повышаете марку морозостойкости на 1-2 ступени. При использовании добавки Фортрайс Аэро 200 марка морозостойкости повышается на 2-3 ступени без существенного снижения прочностных характеристик, что практически невозможно при применении большинства подобных добавок.

Прочность бетона.

Все представленные нами добавки в этом материале обладают пластифицирующим эффектом, что позволяет снизить водоцементное отношение и повысить плотность бетонных изделий. Именно эти факторы являются классическим способом повышения показателя прочности и долговечности изделий.

Истрираемость и долговечность бетона.

При повышении прочности и плотности изделий, вы автоматически повышаете марку истираемости до И-3. Особенно актуален данный показатель для производителей тротуарной плитки (брусчатки).

Сырье для производства добавок для бетона компании Форт

Комплексные добавки для бетона против моно-добавок.

Компания Форт одна из первых запустила промышленное производство комплексных модификаторов бетонных смесей. В то время, как другие производители (их на тот момент было всего 3 в России) продавали только моно-добавки. Мы создали комплексы для широкого спектра бетонных изделий. В первую очередь, это было обусловлено экономической эффективностью применения комплексных добавок. Потребитель получал не только, например, пластифицирующий эффект, но и существенную экономию при тепловой обработке за счет ускорителей, входящих в состав добавки.

Сегодня в ассортименте компании более 25-ти основных наименований добавок для бетона. Составы этих комплексов состоят из чётко дозированных химических компонентов при определенных правилах их соединения. 
Кроме строгого контроля процесса производства, технологическая служба компании тщательно подходит к качеству используемого сырья. Частично химические компоненты закупаются в России, а частично мы импортируем сырье из Европы у крупнейших и давно зарекомендовавших высокое качество продукции химических концернов. Например, в серии химических добавок для бетона Fortrise™ (Фортрайс™) используются специальные ПАВы для подавления или вовлечения воздушных пор в бетонные смеси. В случае пеногашения мы получаем более плотные и тяжелые бетонные изделия, а в случае вовлечения мельчайших воздушных пузырьков происходит повышение марки морозостойкости. Причем Форт не применяет те компоненты, которые вовлекая воздух в смесь кроме повышения морозостойкости пропорционально снижают механическую прочность готовых изделий. Необходимо отметить и специальные комплексы ускорителей для наибольшего эффекта применения как в случае тепловой обработки, так и при нормальных условиях твердения без нарушения пассивности стальной арматуры.
Для улучшения качества облуживания клиентов работает служба технической поддержки, обратившись в которую вы можете получить ответы на все вопросы, связанные с эксплуатационными характеристиками модификаторов и адаптацией добавок к инертным материалам, используемых на месте производства.

Армированный композит

— обзор

2.4.7 Применение арамида

Композиты, армированные арамидным волокном, имеют низкую плотность, высокую особую прочность и удельный модуль упругости, хорошие усталостные свойства при растяжении, хорошую ударную вязкость, но низкую прочность на сжатие и прочность на межслойный сдвиг, а также сложность в процессе резки. Применения арамида и его композитов представлены ниже.

(1) Аэрокосмическая отрасль. В авиации он в основном используется для различных обтекателей, передних крыльев, закрылков, руля направления, наконечника стабилизатора, хвостового конуса, системы аварийного вывоза, оконной рамы, потолка, переборки, пола, двери, багажника, сидений и т. Д.Использование арамидных композитов позволяет снизить вес на 30% по сравнению с композитными материалами из стекловолокна. Для уменьшения веса и повышения экономической эффективности, как правило, арамидные композиты широко используются в коммерческих самолетах и ​​вертолетах. Например, общий объем арамидных композитов, используемых на самолете Samsung L-1011, составляет 1135 кг, а вес самолета уменьшается на 365 кг. Объем арамидных композитов на внешней поверхности коммерческих вертолетов С-16 достигает 50%. На смеси арамида с CF изготовлены легкие композитные компоненты самолетов Boeing 767 и 777.Арамидно-ламинированный гибридный армированный алюминий (ARALL) как новый вид авиационного конструкционного материала успешно применяется в самолетах. В космосе он в основном используется для изготовления корпусов твердотопливных ракетных двигателей и сосудов под давлением, кабины космических кораблей, контейнеров с кислородом, азотом и гелием, вентиляционных каналов и т. Д.

(2) Области, связанные с электричеством и электроникой. Мы используем термостойкую эпоксидную смолу для пропитки нетканого арамидного полотна для изготовления высококачественной печатной платы.

(3) Сфера гражданского строительства.Поскольку арамид обладает легким весом, высокой прочностью, устойчивостью к коррозии, немагнитными, непроводящими свойствами и т. Д., Он широко используется в области гражданского строительства. Типичные области применения включают бетон, армированный коротким волокном из арамида, материалы из армированной арамидом смолы для замены стального стержня, навесной стены, армированного моста и т. Д.

(4) Арамидные композиты, используемые в судостроительной промышленности, эффект легкости лучше, чем армированный стекловолокном пластик и алюминий, корпус может снизить вес на 28-40%.Экономия топлива на 35% и увеличение навигационного маршрута на 35%.

(5) В спорте он успешно используется для изготовления многих видов спортивного оборудования, таких как смесь арамида с деревом в хоккейной клюшке, смесь арамида с углеродным волокном в клюшке для гольфа, теннисная ракетка, копье, лук, удочка. и лыжи. В смешанной структуре арамид улучшает прочность на разрыв, ударные и экономические свойства композитов.

(6) Изготовление баллона со сжатым природным газом и дыхательного аппарата для дайвинга и т. Д.

(7) Для защитных материалов, таких как цистерна, бронетранспортер, самолет, защитная пластина лодки, шлем, пуленепробиваемые жилеты и т. Д.

(8) Арамид обладает такими характеристиками, как высокая прочность, малый вес, стабильность размера и т. Д., Поэтому его также можно использовать для покрытия ткани. Он особенно подходит для покрытия строительных конструкций, поддерживаемых воздухом и надувных тканевых покрытий, таких как резиновая лодка, спасательный плот, надувной мост, дирижабль, воздушный шар, специальная одежда и баллон с авиационным топливом и т. Д.

Усиление — композитные материалы | CompositesLab

Многие материалы могут армировать полимеры.Некоторые материалы, такие как целлюлоза в древесине, являются продуктами природного происхождения. Однако большая часть коммерческого подкрепления создается руками человека. Существует множество имеющихся в продаже форм армирования, отвечающих проектным требованиям пользователя. Возможность адаптировать архитектуру волокна позволяет оптимизировать производительность продукта, что приводит к снижению веса и затрат.

Хотя многие виды волокон используются в качестве армирующих в многослойных композитных материалах, на стекловолокно приходится более 90 процентов волокон, используемых в армированных пластмассах, поскольку их производство недорогое и они имеют относительно хорошие характеристики прочности и веса.

  • Стекловолокно: На основе алюмооксидно-известково-боросиликатной композиции волокна, произведенные из стекла «E» или «E-CR», считаются преобладающими армирующими элементами для композитов с полимерной матрицей из-за их высоких электроизоляционных свойств, низкой восприимчивости к влажность и высокие механические свойства. Стекло E-CR также отличается от стекла E своей превосходной стойкостью к коррозии. Другие коммерческие композиции включают стекло S с более высокой прочностью, термостойкостью и модулем, стекло H с более высоким модулем и стекло AR (стойкое к щелочам) с превосходной коррозионной стойкостью.Стекло, как правило, является хорошим ударопрочным волокном, но весит больше, чем углерод или арамид. Стекловолокно имеет отличные механические характеристики, в некоторых формах оно прочнее стали. Более низкий модуль упругости требует специальной обработки, когда жесткость имеет решающее значение. Стекловолокно прозрачно для радиочастотного излучения и используется в радиолокационных антеннах.
  • Углеродные волокна: Углеродные волокна изготавливаются из органических прекурсоров, включая PAN (полиакрилонитрил), вискозу и смолы, причем последние два обычно используются для низкомодульных волокон.Термины «углеродные» и «графитовые» волокна обычно используются взаимозаменяемо, хотя графит технически относится к волокнам, которые содержат более 99 процентов углерода по сравнению с 93-95 процентами для углеродных волокон на основе ПАН. Углеродное волокно обеспечивает самую высокую прочность и жесткость из всех армирующих волокон. Высокотемпературные характеристики особенно хороши для углеродных волокон. Основным недостатком волокон на основе ПАН является их высокая относительная стоимость, которая является результатом стоимости основного материала и энергоемкого производственного процесса.Композиты из углеродного волокна более хрупкие, чем стекло или арамид. Углеродные волокна могут вызвать гальваническую коррозию при использовании рядом с металлами. Для предотвращения этого используется барьерный материал, такой как стекло и смола.
  • Арамидные волокна (полиарамиды): Самым распространенным синтетическим волокном является арамид. Арамидное волокно — это ароматический полиимид, который представляет собой искусственное органическое волокно для армирования композитов. Арамидные волокна обладают хорошими механическими свойствами при низкой плотности с дополнительным преимуществом прочности или устойчивости к повреждениям / ударам.Они характеризуются достаточно высокой прочностью на разрыв, средним модулем упругости и очень низкой плотностью по сравнению со стеклом и углеродом. Арамидные волокна являются изоляторами электричества и тепла и повышают ударопрочность композитов. Они устойчивы к воздействию органических растворителей, горюче-смазочных материалов. Композиты из арамида не так хороши по прочности на сжатие, как композиты из стекла или углерода. Сухие арамидные волокна прочны и используются в качестве тросов или канатов и часто используются в баллистических приложениях.Кевлар®, пожалуй, самый известный пример арамидного волокна. Арамид является преобладающим заменителем органического армирующего волокна для стальных лент в шинах.
  • Новые волокна: Полиэфирные и нейлоновые термопластические волокна недавно были представлены как в качестве первичного армирования, так и в гибридной конфигурации со стекловолокном. К привлекательным характеристикам можно отнести низкую плотность, разумную стоимость и хорошую устойчивость к ударам и усталости. Хотя полиэфирные волокна обладают довольно высокой прочностью, их жесткость значительно ниже, чем у стекла.Более специализированные арматуры для высокопрочных и высокотемпературных применений включают металлы и оксиды металлов, такие как те, которые используются в самолетах или аэрокосмической промышленности.

Независимо от материала, усиление доступно в различных формах, чтобы удовлетворить широкий спектр процессов и требований к конечному продукту. Материалы, поставляемые в качестве армирующего материала, включают ровинг, измельченное волокно, рубленые пряди, непрерывный, рубленый или термоформованный мат. Армирующие материалы могут быть спроектированы с уникальной архитектурой волокон и иметь предварительную форму (форму) в зависимости от требований к продукту и производственного процесса.

  • Многоконечные и односторонние ровинги: Ровинги используются в основном в термореактивных компаундах, но могут применяться и в термопластах. Многоконцевые ровницы состоят из множества отдельных прядей или пучков нитей, которые затем нарезаются и случайным образом осаждаются в матрице смолы. В таких процессах, как формование листов (SMC), преформа и напыление, используется многосторонний ровинг. Многоконечные ровницы также могут использоваться в некоторых приложениях для намотки волокон и пултрузии. Односторонний ровинг состоит из множества отдельных нитей, намотанных в одну прядь.Продукт обычно используется в процессах, в которых используется однонаправленное армирование, например, намотка нитей или пултрузия.
  • Маты и вуали: Армирующие маты и вуали из нетканого материала обычно описываются по весу на единицу площади. Например, коврик из рубленых прядей весом 2 унции будет весить 2 унции на квадратный ярд. Тип армирования, дисперсия волокон и количество связующего, которое используется для скрепления мата или вуали, определяют различия между матовыми изделиями. В некоторых процессах, таких как ручная укладка, необходимо, чтобы связующее растворилось.В других процессах, особенно при компрессионном формовании и пултрузии, связующее должно выдерживать гидравлические силы и растворяющее действие матричной смолы во время формования. Следовательно, с точки зрения связующего, производятся две основные категории матов или вуалей, которые известны как растворимые и нерастворимые связующие.
  • Тканые, прошитые, плетеные и трехмерные ткани: Существует множество типов тканей, которые можно использовать для усиления смол в композитах. Многонаправленное армирование производится путем плетения, вязания, сшивания или плетения непрерывных волокон в ткань из крученой и скрученной пряжи.Ткани можно изготавливать с использованием практически любого армирующего волокна. Чаще всего используются ткани из стекловолокна, карбона или арамида. Ткани обладают ориентированной прочностью и высокими усиливающими нагрузками, которые часто встречаются в высокопроизводительных приложениях. Ткани позволяют точно разместить армирование. Это невозможно сделать с измельченными волокнами или рублеными прядями и возможно только с непрерывными прядями с использованием относительно дорогостоящего оборудования для укладки волокон. Из-за непрерывной природы волокон в большинстве тканей отношение прочности к весу намного выше, чем у вариантов с разрезанным или рубленым волокном.Сшитые ткани позволяют настраивать ориентацию волокон в структуре ткани. Это может быть большим преимуществом при проектировании устойчивости к сдвигу или кручению.
  • Однонаправленное: Однонаправленное армирование включает ленты, жгуты, однонаправленный жгутовый лист и ровинг (которые представляют собой совокупности волокон или прядей). Волокна в этой форме все выровнены параллельно в одном направлении и не изогнуты, что обеспечивает высочайшие механические свойства. Композиты, использующие однонаправленные ленты или листы, обладают высокой прочностью в направлении волокна.Однонаправленные листы тонкие, и для большинства структурных приложений требуется несколько слоев. Типичные области применения однонаправленного армирования включают высоконагруженные композитные материалы, такие как компоненты самолетов или гоночные лодки.
  • Препрег: Препрег — это готовый материал, состоящий из армирующей формы и полимерной матрицы. Для изготовления препрега используется пропускание армирующих волокон или форм, таких как ткани, через ванну со смолой. Смола пропитывается (пропитывается) волокном, а затем нагревается, чтобы продвинуть реакцию отверждения до различных стадий отверждения.Доступны термореактивные или термопластичные препреги, которые можно хранить в холодильнике или при комнатной температуре в зависимости от составляющих материалов. Препреги можно наносить вручную или механически в различных направлениях в зависимости от требований конструкции.
  • Измельченные: Измельченные волокна — это измельченные волокна с очень короткой длиной волокна (обычно менее 1/8 дюйма). Эти продукты часто используются в термореактивных замазках, отливках или синтаксических пенах для предотвращения растрескивания затвердевшего состава из-за усадки смолы.

Краткий анализ композитных материалов, используемых в качестве армирования бетона

Надежность, долговечность и безопасность имеют колоссальное значение при проектировании и строительстве бетонной инфраструктуры. Абсолютно необходимо уменьшить традиционные дефекты железобетона, чтобы построить конструкции с длительным сроком службы. Полимерная арматура, армированная волокном (FRP), оказалась замечательным строительным материалом, способным повысить прочностные параметры железобетона.Это сообщение в блоге предоставит краткое введение в композитные материалы FRP, используемые в качестве арматуры в бетонных конструкциях.

За последние пару десятилетий композиты из стеклопластика превратились в конструктивно и экономически жизнеспособное строительное решение для мостов, морских сооружений и зданий. Они производятся в различных формах с различными свойствами и производственными процессами. Типичные композитные материалы FRP, используемые в гражданском строительстве, состоят из стекла, углерода и арамида.Эти материалы поставляются либо в виде готовых к использованию материалов, таких как арматура, либо в виде отдельных составляющих, таких как волокно и полимерная смола.

Невероятные характеристики композитных материалов в качестве арматуры делают их привлекательной альтернативой обычным армирующим материалам. Применимость армированных волокном полимерных стержней в строительных конструкциях в качестве замены стальных арматурных стержней и стержней была тщательно исследована и проанализирована. Доступно большое количество исследований, касающихся структурной осуществимости и практических характеристик передовых композитных материалов.Коррозионная стойкость, высокая прочность на разрыв и простота установки — вот некоторые из выдающихся характеристик стержней из стеклопластика, которые могут помочь в строительстве устойчивых бетонных конструкций.

Чтобы получить оптимальное сочетание свойств материала, качество составляющих материалов и производственного процесса необходимо поддерживать на более высоком уровне. Например, физические и механические свойства матрицы могут иметь большое влияние на конечные механические свойства стержней. Пултрузия — это распространенный производственный процесс, который используется для производства стержней из стеклопластика непрерывной длины.Поверхность композитных стержней покрыта тонким слоем песка для обеспечения отличного сцепления между бетоном и стержнями.

Полимер, армированный стекловолокном (GFRP), один из вариантов FRP, является конкурентоспособным вариантом армирования бетона в бетонных элементах, подвергающихся суровым условиям окружающей среды. Арматура из стеклопластика, являясь коррозионно-стойким и электромагнитно прозрачным строительным материалом, является многообещающим материалом для конструкций, работающих в морских и чувствительных условиях.Ниже приведены некоторые из идеальных областей применения арматуры из стеклопластика:

  • Сооружения, построенные в потенциально агрессивных средах: настилы мостов, подпорные стены, инфраструктура общественного транспорта, дороги и т. Д.
  • Сооружения, построенные у морской воды: сваи, палубы, бассейны, плавучие конструкции, лодочные аппарели, дамбы, здания и т. Д.
  • Конструкции, подверженные воздействию сильных коррозионных агентов: электростанции, водоочистные сооружения, градирни, взлетно-посадочные полосы аэропортов и т. Д.
  • Приложения, требующие электромагнитной нейтральности: аппараты МРТ, телекоммуникационные объекты, исследовательские центры, военные структуры и т. Д.
  • Временные бетонные конструкции: горные работы, проходка тоннелей, бурение и др.

После обширных исследований, проектных норм и доступности данных из практики инженеры-строители все больше доверяют арматуре GFRP . Композиты FRP, несомненно, являются строительным материалом 21 века.

Наука и технология композиционных материалов

Послушайте эту тему

В таком развитом обществе, как наше, все мы зависим от композитных материалов в некоторых аспектах нашей жизни. Стекловолокно был разработан в конце 1940-х годов и стал первым современным композитом. Он по-прежнему самый распространенный, составляя около 65 процентов всех производимых сегодня композитов. Он используется для изготовления корпусов лодок, досок для серфинга, спортивных товаров, облицовки бассейнов, строительных панелей и кузовов автомобилей.Вы вполне можете использовать что-то из стекловолокна, даже не подозревая об этом.

Лодки, доски для серфинга, автомобили и многое другое: нас окружают стекловолокно и другие композитные материалы. Источник изображения: sobri / Flickr.

Что делает материал композитным

Композиционные материалы образуются путем объединения двух или более материалов, которые имеют совершенно разные свойства. Различные материалы работают вместе, чтобы придать композиту уникальные свойства, но внутри композита вы можете легко отличить разные материалы друг от друга — они не растворяются и не смешиваются друг с другом.

Композиты существуют в природе. Кусок дерева представляет собой композит, состоящий из длинных волокон целлюлозы (очень сложной формы крахмала), удерживаемых вместе гораздо более слабым веществом, называемым лигнином. Целлюлоза также содержится в хлопке и льне, но именно связующая способность лигнина делает кусок древесины намного прочнее, чем пучок хлопковых волокон.

Это не новая идея

Люди использовали композитные материалы на протяжении тысячелетий. Возьмем, к примеру, сырцовые кирпичи.Если вы попытаетесь согнуть лепешку из засохшей грязи, она легко сломается, но она окажется крепкой, если вы попытаетесь раздавить или сжать ее. Кусок соломы, с другой стороны, обладает большой силой, когда вы пытаетесь ее растянуть, но почти не имеет силы, когда вы ее сминаете. Когда вы объединяете грязь и солому в блок, свойства двух материалов также объединяются, и вы получаете кирпич, который прочен как на сжатие, так и на разрыв или изгиб. Говоря более технически, у него есть и хорошие прочность на сжатие и хорошо предел прочности .

Мужчина реконструирует древнюю цитадель из сырцового кирпича в Иране после того, как она была повреждена в результате землетрясения. Глиняные кирпичи — это те же материалы, которые использовались для его строительства около 2500 лет назад. Источник изображения: OXLAEY.com / Flickr.

Еще один известный композит — бетон. Здесь заполнитель (мелкие камни или гравий) скреплен цементом. Бетон имеет хорошую прочность при сжатии, и его можно сделать более прочным при растяжении, добавив в композит металлические стержни, проволоку, сетку или тросы (таким образом создавая железобетон).

Композиты были сделаны из формы углерода, называемой графеном, в сочетании с металлической медью, в результате чего был получен материал, в 500 раз более прочный, чем сама медь. Точно так же композит графена и никеля имеет прочность более чем в 180 раз больше никеля.

Что касается стекловолокна, то оно производится из пластик армированный нитями или стекловолокном. Эти нити можно либо связать вместе и сплести в мат, либо их иногда можно разрезать на короткие отрезки, которые произвольно ориентированы в пластиковой матрице.

Больше чем сила

В настоящее время многие композиты производятся не только для улучшения прочности или других механических свойств, но и для других целей. Многие композиты предназначены для того, чтобы быть хорошими проводниками или изоляторами тепла или иметь определенные магнитные свойства; свойства, которые очень специфичны и специализированы, но также очень важны и полезны. Эти композиты используются в огромном количестве электрических устройств, включая транзисторы, солнечные элементы, датчики, детекторы, диоды и лазеры, а также для изготовления антикоррозионных и антистатических покрытий поверхностей.

Композиты, изготовленные из оксидов металлов, также могут иметь определенные электрические свойства и используются для производства кремниевых чипов, которые могут быть меньше и плотнее упакованы в компьютер. Это увеличивает объем памяти и скорость компьютера. Оксидные композиты также используются для создания высокотемпературных сверхпроводящих свойств, которые теперь используются в электрических кабелях.

Изготовление композита

Большинство композитов состоит всего из двух материалов.Один материал (матрица или связующее) окружает и связывает скопление волокон или фрагменты гораздо более прочного материала (армирования). В случае глиняных кирпичей две роли берут на себя грязь и солома; в бетоне — цементом и заполнителем; в дереве целлюлозой и лигнином. В стекловолокне армирование обеспечивается тонкими нитями или стекловолокном, часто вплетенными в нечто вроде ткани, а матрица представляет собой пластик.

Примеры различных форм армирования стекловолокном, которые будут использоваться при создании стекловолокна.Источник изображения: Cjp24 / Wikimedia Commons.

Стекловолоконные нитки из стекловолокна очень прочные при растяжении, но они также хрупкие и ломаются при резком сгибании. Матрица не только удерживает волокна вместе, но и защищает их от повреждений, разделяя любые стресс среди них. Матрица достаточно мягкая, чтобы ее можно было придать инструментам, и ее можно размягчить подходящими растворителями, чтобы можно было произвести ремонт. Любая деформация листа стекловолокна обязательно растягивает часть стекловолокна, и они способны этому противостоять, поэтому даже тонкий лист очень прочен.Кроме того, он довольно легкий, что является преимуществом для многих приложений.

За последние десятилетия было разработано много новых композитов, некоторые из которых обладают очень ценными свойствами. Тщательно выбирая арматуру, матрицу и производственный процесс, который их объединяет, инженеры могут адаптировать свойства к конкретным требованиям. Они могут, например, сделать композитный лист очень прочным в одном направлении, выравнивая волокна таким образом, но более слабым в другом направлении, где прочность не так важна.Они также могут выбирать такие свойства, как устойчивость к теплу, химическим веществам и атмосферным воздействиям, выбирая подходящий матричный материал.

Выбор материалов для матрицы

В качестве матрицы во многих современных композитах используются термореактивные или термопластичные пластмассы (также называемые смолами). (Использование пластика в матрице объясняет название «армированный пластик», которое обычно дают композитам). Пластмассы полимеры которые удерживают арматуру вместе и помогают определить физические свойства конечного продукта.

Термореактивные пластмассы являются жидкими при приготовлении, но затвердевают и становятся жесткими (т. Е. Затвердевают) при нагревании. Процесс схватывания необратим, поэтому эти материалы не становятся мягкими при высоких температурах. Эти пластмассы также устойчивы к износу и воздействию химикатов, что делает их очень прочными даже в экстремальных условиях окружающей среды.

Термопласты, как следует из названия, твердые при низких температурах, но размягчаются при нагревании. Хотя они используются реже, чем термореактивные пластмассы, они обладают некоторыми преимуществами, такими как более высокая вязкость разрушения, длительный срок хранения сырья, возможность вторичной переработки и более чистое и безопасное рабочее место, поскольку для процесса отверждения не требуются органические растворители.

Керамика, углерод и металлы используются в качестве матрицы для некоторых узкоспециализированных целей. Например, керамика используется, когда материал будет подвергаться воздействию высоких температур (например, теплообменники), а углерод используется для продуктов, которые подвергаются трению и износу (например, подшипники и шестерни).

Изображение под электронным микроскопом в искусственных цветах композита с магниевой матрицей, армированного карбидом титана-алюминия. Источник изображения: ZEISS Microscopy / Flickr.

Выбор материалов для армирования

Хотя стекловолокно является наиболее распространенным армированием, во многих современных композитах сейчас используются тонкие волокна из чистого углерода.Можно использовать два основных типа углерода — графит и углеродные нанотрубки. Оба являются чистым углеродом, но атомы углерода расположены в разных кристаллических конфигурациях. Графит — очень мягкое вещество (используется в «свинцовых карандашах») и состоит из листов атомов углерода, расположенных в виде шестиугольников. Связи, удерживающие шестиугольники вместе, очень прочные, но связи, удерживающие вместе листы шестиугольников, довольно слабые, что и делает графит мягким. Углеродные нанотрубки изготавливаются путем скатывания одного листа графита (известного как графен) в трубку.Это создает чрезвычайно прочную структуру. Также возможно изготовление трубок из нескольких цилиндров — трубок внутри трубок.

Композиты из углеродного волокна легки и намного прочнее, чем стекловолокно, но при этом более дороги. Из этих двух графитовые волокна дешевле и их легче производить, чем углеродные нанотрубки. Они используются в конструкциях самолетов и в высокопроизводительном спортивном оборудовании, таком как клюшки для гольфа, теннисные ракетки и гребные лодки, и все чаще используются вместо металлов для ремонта или замены поврежденных костей.

Нити бора даже прочнее (и дороже), чем углеродные волокна. Нанотрубки из нитрида бора обладают дополнительным преимуществом, поскольку они намного более устойчивы к нагреванию, чем углеродные волокна. Они также обладают пьезоэлектрическими качествами, что означает, что они могут генерировать электричество при приложении к ним физического давления, такого как скручивание или растяжение.

Полимеры также могут использоваться в качестве армирующего материала в композитах. Например, кевлар, первоначально разработанный для замены стали в радиальных шинах, но наиболее известный благодаря использованию в пуленепробиваемых жилетах и ​​шлемах, представляет собой чрезвычайно прочное полимерное волокно, которое придает прочность композитному материалу.Он используется в качестве арматуры в композитных изделиях, которые требуют легкой и надежной конструкции (например, структурные части корпуса самолета). Еще более прочным, чем кевлар, является вещество, состоящее из комбинации графена и углеродных нанотрубок.

Выбор производственного процесса

Для изготовления объекта из композитного материала обычно используется какая-либо форма. Армирующий материал сначала помещается в форму, а затем полужидкий матричный материал распыляется или закачивается для формирования объекта.Можно приложить давление, чтобы вытеснить пузырьки воздуха, а затем форму нагревают, чтобы матрица затвердела.

Процесс формования часто выполняется вручную, но автоматическая обработка становится все более распространенной. Один из этих методов называется пултрузия (термин, образованный от слов «вытягивание» и «экструзия»). Этот процесс идеально подходит для производства прямых изделий с постоянным поперечным сечением, например мостовых балок.

Во многих тонких структурах сложной формы, таких как изогнутые панели, композитная структура создается путем наложения листов тканого армирующего волокна, пропитанного пластиковым матричным материалом, поверх базовой формы соответствующей формы.Когда панель будет достигнута подходящей толщины, матричный материал отверждается.

Сэндвич-композит

Многие новые типы композитов создаются не с помощью матрицы и метода армирования, а путем укладки нескольких слоев материала. Структура многих композитов (например, используемых в панелях крыла и корпуса самолетов) состоит из пластиковых сот, зажатых между двумя обшивками из композитного материала, армированного углеродным волокном.

Сотовая композитная сэндвич-структура от НАСА.Источник изображения: НАСА / Wikimedia Commons.

Эти многослойные композитные материалы сочетают в себе высокую прочность и, в частности, жесткость на изгиб и малый вес. Другие методы включают в себя простую укладку нескольких чередующихся слоев разных веществ (например, графена и металла) для создания композита.

Зачем использовать композиты?

Самым большим преимуществом композитных материалов является прочность и жесткость в сочетании с легкостью.Выбирая подходящую комбинацию армирования и материала матрицы, производители могут добиться свойств, которые точно соответствуют требованиям для конкретной конструкции для конкретной цели.

  • Композиты в Австралии

    Австралия, как и все развитые страны, проявляет большой интерес к композитным материалам, которые многие люди считают «материалами будущего». Основная задача — снизить затраты, чтобы композитные материалы можно было использовать в продуктах и ​​приложениях, которые в настоящее время не оправдывают затрат.В то же время исследователи хотят улучшить характеристики композитов, например сделать их более устойчивыми к ударам.

    Одна из новых технологий включает «текстильные композиты». Вместо того, чтобы укладывать армирующие волокна по отдельности, что является медленным и дорогостоящим процессом, их можно связать или сплести вместе, чтобы получить своего рода ткань. Он может быть даже трехмерным, а не плоским. Пространства между текстильными волокнами и вокруг них затем заполняются матричным материалом (например, смолой) для изготовления продукта.

    Этот процесс довольно легко может быть выполнен машинами, а не вручную, что делает его быстрее и дешевле. Соединение всех волокон вместе также означает, что композит с меньшей вероятностью будет поврежден при ударе.

    По мере того, как стоимость снижается, другие применения композитов начинают выглядеть привлекательными. При изготовлении корпусов и надстроек лодок из композитов используется их устойчивость к коррозии. У минных охотников ВМС Австралии композитный корпус, поскольку магнитный эффект стального корпуса может помешать обнаружению мин.

    Также в разработке находятся вагоны для поездов, трамваев и других средств передвижения, сделанные из композитных материалов, а не из стали или алюминия. Здесь привлекательность заключается в легкости композитов, поскольку в этом случае автомобили потребляют меньше энергии. По той же причине в будущем мы увидим все больше и больше композитов в автомобилях.

Современная авиация, как военная, так и гражданская, является ярким примером. Без композитов было бы гораздо менее эффективно. Фактически, требования, предъявляемые этой отраслью к легким и прочным материалам, были основной движущей силой развития композитов.Сейчас обычным явлением являются крылья и хвостовое оперение, гребные винты и лопасти несущего винта, сделанные из современных композитных материалов, а также большая часть внутренней конструкции и деталей. Планеры некоторых небольших самолетов полностью сделаны из композитных материалов, как и крыло, хвостовое оперение и панели корпуса больших коммерческих самолетов.

Размышляя о самолетах, стоит помнить, что композиты с меньшей вероятностью, чем металлы (например, алюминий), полностью разрушатся под действием нагрузки. Небольшая трещина в куске металла может очень быстро распространиться с очень серьезными последствиями (особенно в случае самолета).Волокна в композите блокируют расширение любой небольшой трещины и распределяют напряжение вокруг нее.

Правильные композиты также хорошо выдерживают нагрев и коррозию. Это делает их идеальными для использования в продуктах, работающих в экстремальных условиях, таких как лодки, оборудование для обработки химикатов и космические корабли. В целом композитные материалы очень прочные.

Еще одно преимущество композитных материалов состоит в том, что они обеспечивают гибкость конструкции. Из композитов можно придавать сложные формы, что является отличным преимуществом при производстве чего-то вроде доски для серфинга или корпуса лодки.

Кроме того, в настоящее время большая работа направлена ​​на разработку композитных материалов, изготовленных из отходов, таких как сельскохозяйственные отходы, строительные материалы или пластиковые контейнеры для напитков.

Обратной стороной композитов обычно является их стоимость. Хотя при использовании композитов производственные процессы часто бывают более эффективными, сырье стоит дорого. Композиты никогда полностью не заменят традиционные материалы, такие как сталь, но во многих случаях это именно то, что нам нужно.И без сомнения, по мере развития технологии будут найдены новые применения. Мы еще не видели всего, на что способны композиты.

Современная авиация была основным двигателем развития композитов. Источник изображения: Пол Нелхэмс / Flickr.

Составные термины и классификации | MATSE 81: Материалы в современном мире

Щелкните, чтобы увидеть стенограмму Введение в композиты.

От хижин из грязи и травы до памятников из камня и стали. Подъем современной цивилизации был обусловлен разработкой новых материалов.Мы начали с земли, дерева и камней. Мы построили укрытия и инструменты. Мы использовали огонь и научились извлекать металл из камня. И вот однажды кирпичник добавил солому к своей глине, в результате получился более прочный кирпич и рождение искусственных композитов.

Так что же такое композит на самом деле? Просто это сочетание двух разных материалов. Однородное вещество, такое как портландцемент, называется монолитным материалом. Добавьте горсть гравия в другой монолитный материал, и у вас есть бетон. Составной.В композите вы все еще можете видеть отдельные монолитные материалы, цемент в гравии, которые они просто сцеплены вместе.

Так зачем делать композиты? Мы объединяем два похожих материала, чтобы создать новый материал, который имеет характеристики, необходимые для конкретного применения. Портландцемент довольно крепкий, но мост из него не построишь. Он недостаточно прочен и недостаточно долговечен. Добавьте немного гравия, и теперь он достаточно прочен для движения, но все еще недостаточно силен, чтобы преодолевать опоры.Добавьте красивую решетку из стальной арматуры, и теперь у вас есть композитный материал, достаточно прочный для настила моста. В дополнение к повышенной прочности и долговечности композиты также позволяют нам адаптировать материалы к нужным нам весам, гибкости, проводимости и стабильности. Хотя композиты могут иметь несколько различных компонентов, все они имеют две общие черты: матрицу и арматуру.

В нашем бетонном мосту цемент является матрицей, а гравий и арматура — арматурой.Многие современные композиты используют в качестве матрицы смолы. Добавьте древесину или древесные волокна, и вы получите широкий ассортимент продукции — от фанеры и ДСП до древесноволокнистых плит высокой плотности и композитных террасных панелей. Добавление стекловолокна или ткани в качестве усиления создает стекловолокно, которое широко используется во всем, от деталей кузова и отверстий до теннисных ракеток и подкладок для бассейнов. Многие из самых последних достижений в области композитов были сделаны в области аэрокосмической промышленности, где узкоспециализированные волокна, такие как графит или другие материалы, и кевлар используются для создания невероятно прочных, но удивительно легких материалов.

Композитов, они повсюду. Строительные материалы, мебель, игрушки, спорт, оборудование, игры, в которые мы играем, дороги, по которым мы ходим, автомобили, на которых мы ездим, самолеты, на которых мы летаем. Композиты — они делают возможным то, что мы делаем каждый день.

Как выбрать правильную армирующую ткань

Композитные ламинаты или препреги обычно состоят из смолы и ткани, часто с ткаными нитями, поддерживающими и инкапсулирующими матрицу смолы — ткань считается базовой подложкой композита.Конечный материал демонстрирует комбинацию свойств, которая лучше, чем свойства, индивидуально проявляемые составляющими материалами. В результате функциональные и эстетические характеристики композитного материала будут значительно различаться в зависимости от используемой ткани и смолы. По этой причине важно тщательно выбирать оба компонента, чтобы обеспечить производительность в предполагаемом приложении.

В следующем руководстве обсуждаются некоторые ключевые моменты, которые следует учитывать при выборе ткани.Поскольку производители композитов обычно используют ткани, а не отдельные волокна во время операций по производству материалов, чтобы облегчить обращение, он охватывает такие факторы дизайна, как тип волокна, тканый или нетканый материал, рисунок переплетения, вес, толщина и отделка. В статье также освещаются общие преимущества и типичные области применения тканых материалов.

Рекомендации по выбору тканей

При выборе композитного материала следует учитывать множество факторов. Ниже мы перечислим некоторые из наиболее важных из них.

Тип волокна

Производители композитов используют широкий спектр тканей в своих материалах для достижения различных свойств конечного материала для различных областей применения. Некоторые из наиболее часто используемых тканей для композитных материалов включают:

  • Стекло. Стеклоткань обеспечивает отличную прочность на сдвиг, термическую стабильность и электроизоляцию при невысокой стоимости. К наиболее распространенным типам тканей относятся S-стекло и E-стекло. S-стекло имеет более высокую прочность, ударопрочность, жесткость и термостойкость, чем E-стекло.Хотя E-glass предлагает несколько более низкие характеристики по этим показателям, оно более экономично и обладает отличными электрическими и теплоизоляционными свойствами.
  • Арамид. Арамидные ткани — это материалы с низкой плотностью, которые обладают исключительной ударной вязкостью, огнестойкостью и теплоизоляционными свойствами.

Хотя вышеуказанные ткани широко используются для производства композитов, производители композитных материалов могут также использовать другие ткани в зависимости от области применения.Например:

  • Они используют бор для покрытия углеродных / металлических волокон для повышения производительности. Однако высокая стоимость покрытых бором волокон ограничивает их использование в критических областях (например, в аэрокосмической отрасли) или в узкоспециализированных областях (например, в специализированном спортивном оборудовании).
  • В них используются керамические волокна для композитных материалов, требующих более высокой термостойкости.
  • Они используют натуральных волокон в низкотехнологичных приложениях.
  • В них используются полиэфирные волокна для уменьшения веса материала, повышения ударопрочности и / или сопротивления истиранию, а также снижения производственных затрат.
  • Они используют кварцевые волокна для сложных применений, требующих низких диэлектрических свойств, высокой прочности и превосходного термического сопротивления (до и выше 1000 ° C).

Конструкция из ткани

Обычное плетение

Ткани можно разделить на тканые и нетканые. Тканые ткани имеют плотный рисунок основы и утка, что затрудняет их разделение. Нетканые материалы представляют собой матрицу из взаимосвязанных волокон, связанных друг с другом химическими или термическими методами.Хотя тканые материалы обычно обладают большей прочностью, чем нетканые материалы, последние различаются по долговечности в зависимости от используемых волокон и покрытий.

Ткани также можно разделить на однонаправленные и двунаправленные. В однонаправленных тканях все волокна ориентированы в одном направлении. В результате они обеспечивают композитные материалы с максимально возможной прочностью и жесткостью для конкретного волокнистого материала в этом направлении. В двунаправленных тканях волокна ориентированы в двух направлениях, перпендикулярных друг другу.В результате они обеспечивают прочность и жесткость в обоих направлениях.

Узор плетения Восемь жгутов Satin Weave

Тканые ткани бывают разных видов переплетения, каждый из которых влияет на жесткость, драпируемость и толщину материала. Для композитных тканей чаще всего используются следующие узоры: полотняное переплетение, корзина, лено, атлас с четырьмя ремнями, сатин с восемью ремнями и саржа. Ткани полотняного переплетения являются наиболее устойчивыми, а восемь атласных тканей для ремней обеспечивают максимальную драпируемость.

Вес и толщина

Вес и толщина ткани зависят от веса и толщины волокон. Для стеклоткани вес обычно составляет от 0,50 до 52 унций (17–1773 г / м2), а толщина обычно составляет от 0,001 дюйма до 0,060 дюйма. Единица «оси» означает унции на квадратный ярд, а термин «г / м2» означает граммы на квадратный метр.

Отделка

Отделка стеклоткани относится к химическому нанесению на ее поверхность пост-ткацкого плетения, которое предназначено для использования в предполагаемом последующем применении.

Преимущества композитных материалов
Композитные материалы при правильном проектировании и изготовлении предлагают клиентам множество преимуществ. Некоторые из ключевых преимуществ включают:
  • Больше гибкости в дизайне. Композитные материалы доступны с различными вариантами полимеров и волокон, что упрощает и упрощает для клиентов выбор материала, который наилучшим образом соответствует их потребностям. Кроме того, полученный в результате материал может принимать практически любую форму или форму.
  • Повышенная производительность. Хорошо продуманный композитный продукт может объединить несколько этапов производства в один, оптимизируя производственный процесс и экономя время и деньги.
  • Повышенная долговечность. Композитные материалы обычно прочные и долговечные. Кроме того, они предлагают различные уровни устойчивости к химическим веществам, коррозии, теплу / пламени, дыму и токсичности. Заказчики могут выбрать материал с характеристиками, которые соответствуют требованиям и ограничениям их области применения, чтобы готовый компонент работал так, как задумано.
  • Более высокое отношение прочности к массе. По сравнению с другими материалами композиты имеют превосходное соотношение прочности и веса. Комбинация полимера и волокна обеспечивает прочность и долговечность, сравнимые с металлами при небольшой массе материала.
  • Превосходная стабильность размеров. Композиты подходят для компонентов, требующих высокой точности размеров, поскольку они несут низкий риск усадки после формования.

Применение композитных материалов

Композитные материалы находят применение в широком спектре отраслей, включая, помимо прочего, следующие:

  • В аэрокосмической промышленности композитные материалы используются для компонентов самолетов и спутников, таких как конструкционные опоры, прокладки, элементы интерьера и грузовые лайнеры.
  • В баллистической промышленности композитные материалы используются в различных областях безопасности и защиты. Некоторые из наиболее распространенных типов включают параарамидные материалы, такие как Kevlar® и Twaron®, и материалы из сверхвысокомолекулярного полиэтилена, такие как Dyneema® и Spectra®.
  • В электронной промышленности композитные материалы используются в качестве базовой подложки для печатных плат (ПП) для связи, аэрокосмической, автомобильной, военной / оборонной и других отраслей.
  • В энергетике композиты используются в качестве изоляционных компонентов для оборудования для производства электроэнергии и управления.
  • В пищевой промышленности и производстве промышленных лент композиты используются в пищевой, кулинарии, выпечке и приготовлении пищи, а также в упаковке.
  • В индустрии развлечений композитные материалы используются в производстве различного оборудования, такого как серфинг и сноуборды, гоночные автомобили, велосипеды, биты, хоккейные клюшки и другое спортивное снаряжение.

Качественные композитные материалы по JPS

Компания JPS Composites Materials является ведущим производителем высокопрочных композитных армирующих тканей. Если вам нужен композитный материал, мы поможем вам. Мы предлагаем широкий выбор тканей для различных областей применения, включая армирование, звуко- и теплоизоляцию, а также баллистическую защиту. Сотрудничая с нами, вы получаете выгоду от наших экспертов, обладающих знаниями и навыками, которые помогут вам найти продукт, соответствующий вашим потребностям.

Наши предложения материалов включают:

  • Стекло : E-Glass, S2® Glass, T-Glass и L-Glass®
  • Кварц : Astroquartz®
  • Параарамид : Кевлар® от Dupont и Twaron® от Teijin
  • UHMWPE : Dyneema® от DSM и Spectra® от Honeywell

Помимо производства тканей, наша команда постоянно ищет новые и новаторские материалы для использования. Мы можем плести термопласты, базальт и другие нетрадиционные армирующие материалы по нетрадиционным узорам.

Все наши ткани разработаны и изготовлены в соответствии с отраслевыми спецификациями и стандартами для широкого спектра применений. Спецификации и стандарты, которые мы производим, включают AMS, ASTM, BMS, IPC и Mil-spec.

Являясь североамериканским лидером в производстве высококачественного тканого стекла и арамида, JPS имеет более чем 50-летнюю историю и приверженность обслуживанию сложных композитных материалов с тканями, которые удовлетворяют разнообразные и сложные потребности клиентов.

Для получения дополнительной информации о наших композитных материалах или помощи в выборе одного из них для вашего применения свяжитесь с нами сегодня.

Что такое композитный материал? (Полное руководство)

Композитный материал — это комбинация двух материалов с разными физическими и химическими свойствами. Когда они объединяются, они создают материал, который специализируется на выполнении определенной работы, например, чтобы стать прочнее, легче или устойчивым к электричеству. Они также могут улучшить прочность и жесткость. Причина их использования по сравнению с традиционными материалами заключается в том, что они улучшают свойства основных материалов и применимы во многих ситуациях.

Если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна помощь, напишите нам, чтобы получить консультацию специалиста:

[email protected]

Нажмите здесь, чтобы увидеть наши последние подкасты по технической инженерии на YouTube .

Содержание

Люди использовали композиты тысячи лет. В 3400 г. до н.э. г. первые искусственные композиты были созданы месопотамцами в Ираке. Древнее общество склеивало деревянные полоски друг на друга под разными углами для создания фанеры.После этого, примерно в 2181 г. до н.э., г. египтяне начали делать посмертные маски из льна или папируса, пропитанного гипсом. Позже оба этих общества начали укреплять свои материалы соломой, чтобы укрепить глиняные кирпичи, глиняную посуду и лодки.

В –1200 годах нашей эры монголы начали изготавливать составные луки, которые в то время были невероятно эффективными. Они были сделаны из дерева, бамбука, кости, сухожилий крупного рогатого скота, рога и шелка, скрепленных сосновой смолой.

После промышленной революции синтетические смолы начали принимать твердую форму с помощью полимеризации.В 1900-х годах эти новые знания о химических веществах привели к созданию различных пластмасс, таких как полиэстер, фенол и винил. Затем начали разрабатываться синтетические материалы, бакелит был создан химиком Лео Бэкеландом. Тот факт, что он не проводил электричество и был термостойким, означал, что он мог широко использоваться во многих отраслях промышленности.

1930-е годы были невероятно важным временем для развития композитов. Стекловолокно было представлено компанией Owens Corning, которая также положила начало производству первых армированных волокном полимеров (FRP).Смолы, разработанные в ту эпоху, до сих пор используются, а в 1936 были запатентованы ненасыщенные полиэфирные смолы. Два года спустя стали доступны системы смол с более высокими эксплуатационными характеристиками.

Первое углеродное волокно было запатентовано в 1961 и затем стало коммерчески доступным. Затем, в середине 1990-х годов , композиты стали становиться все более распространенными для производственных процессов и строительства из-за их относительно дешевой стоимости по сравнению с материалами, которые использовались ранее.

Композитные материалы на Boeing 787 Dreamliner в в середине 2000-х годов подтвердили их использование для высокопрочных приложений.

Некоторые распространенные композитные материалы включают:

  • Композит с керамической матрицей: Керамика на керамической матрице. Это лучше, чем обычная керамика, поскольку она устойчива к тепловым ударам и разрушению.
  • Композит с металлической матрицей : Металл, растекающийся по матрице
  • Железобетон : Бетон, усиленный материалом с высокой прочностью на разрыв, таким как стальные арматурные стержни
  • Бетон, армированный стекловолокном : Бетон, залитый в структуру из стекловолокна с высоким содержанием диоксида циркония
  • Полупрозрачный бетон : Бетон, покрывающий оптические волокна
  • Обработанная древесина : Обработанная древесина в сочетании с другими дешевыми материалами.Одним из примеров может быть ДСП. В этом композите
  • также можно найти специальный материал, такой как шпон.
  • Фанера : Деревянная конструкция путем склеивания множества тонких слоев древесины под разными углами
  • Искусственный бамбук : Полоски бамбукового волокна, склеенные вместе, чтобы образовать доску. Это полезный композит, потому что он имеет более высокую прочность на сжатие, растяжение и изгиб, чем древесина
  • .
  • Паркет : Квадрат из множества деревянных частей, часто собранных из твердой древесины.Продается как декоративный элемент
  • .
  • Древесно-пластиковый композит : пластик, отлитый из древесного волокна или муки
  • Цементное древесное волокно : Минерализованные деревянные детали, отлитые в цемент. Этот композит имеет изоляционные и акустические свойства
  • Стекловолокно : Стекловолокно в сочетании с относительно дешевым и гибким пластиком
  • Полимер, армированный углеродным волокном : Набор из углеродного волокна в пластике с высоким соотношением прочности и веса
  • Сэндвич-панель : различные композиты, уложенные друг на друга
  • Составные соты : Набор шестиугольников из композитных материалов, образующих сотовую структуру.
  • Папье-маше : Бумага с клеевым переплетом. Они найдены в ремеслах
  • Бумага с пластиковым покрытием : Бумага с пластиковым покрытием для повышения прочности.

Ответить

Ваш адрес email не будет опубликован.