Materiały do produkcji
Obecnie rynek zbrojenia kompozytowego jest reprezentowany przez trzy typy:
- włókno szklane ;
- bazaltowe tworzywo sztuczne;
- włókno węglowe .
Okucia z włókna szklanego
Pierwszy rodzaj wzmocnienia wykonany jest z włókna szklanego. Ta technologia pojawiła się w ZSRR około 50 lat temu. Następnie montaż obwodów drukowanych w elektronice radiowej zaczął nabierać tempa, a tekstolity zaczęły być wykorzystywane jako materiał na płyty, gdy tkanina była podstawą, a żywica była stosowana jako materiał wiążący. Później zamiast zwykłej tkaniny użyto włókna szklanego, co rozszerzyło zastosowanie włókna szklanego.
Zajął miejsce w przemyśle lotniczym, produkcji mebli i artykułów gospodarstwa domowego, a czasem nawet w przemyśle wojskowym. Stopniowo zaczęto go wykorzystywać w budownictwie, a okucia z włókna szklanego stały się doskonałą opcją dla fundamentów fundamentowych działających w agresywnych warunkach, na przykład w wodzie.
Materiały na włókno szklane to szkło i żywica epoksydowa.
Bazaltowe tworzywo sztuczne w budownictwie
Ten materiał nie zawiera włókna szklanego, ale bazaltu. Technologia jego produkcji jest prostsza niż szkło, ponieważ do produkcji szkła wymaga kilku rodzajów surowców, a dla bazaltu - tylko bazaltu.
W porównaniu z poprzednim kompozytem, bazaltoplastik ma wyższy moduł sprężystości i wytrzymałości na rozciąganie, ma mniejszą przewodność cieplną, ale nieco większą wagę.
Włókno węglowe z włókna węglowego
Jest wykonany z włókna węglowego i tej samej żywicy, ale ten materiał jest drogi. Wynika to z technologii produkcji włókien węglowych - podstawy takich materiałów. Proces technologiczny wymaga precyzyjnego przestrzegania parametrów temperatury i czasu przetwarzania, ponieważ surowce dla nich są włóknami organicznymi.
CFRP są aktywnie wykorzystywane w przemyśle motoryzacyjnym, sportowym, lotniczym i stoczniowym, nauce.
Wzmocnienie z włókna węglowego jest mocniejsze niż włókno szklane i ma większy moduł sprężystości, ale nie bez wad. Zatem kruchość tego materiału jest wspaniała, co nie pozwala na użycie go w długich, zestresowanych strukturach, takich jak płyty podłogowe.
Technologia produkcji zbrojenia kompozytowego
Istnieją trzy sposoby wytwarzania wzmocnionych prętów z kompozytu. Mają angielskie nazwy, które odzwierciedlają istotę technologii.
Nidltrusiya to skręcanie pojedynczych włókien w jedno, jednocześnie impregnowane i plecione. Pozwala obniżyć koszty procesu dzięki dużej prędkości takich linii technologicznych. Charakterystyka odciążenia wzmocnienia jest uzyskiwana przez nawijanie nici o profilu okresowym. Im grubsze jest wzmocnienie, tym większa jest liczba użytych nici. Tak więc gałązki o przekroju do 10 mm są owinięte jedną nitką, od 10 do 18 z dwoma, a powyżej z czterema. Produkty wykonane zgodnie z tą metodą mają dobrą przyczepność do betonu ze względu na jego ulgę - i to pomimo faktu, że materiały kompozytowe mają niski współczynnik przyczepności.
Metoda plutracji polega na wstępnym formowaniu głównego pręta i jego spiralnym nawijaniu w dwóch kierunkach.
Najstarszą metodą wytwarzania zbrojenia kompozytowego jest pultruzja . Jest to przeciągnięcie formowanego, impregnowanego i już utwardzonego włókna przez system dysz, które w temperaturze polimeryzacji tworzywa sztucznego ostatecznie nadają zbrojeniu pożądany kształt i wyciągają go. Ta metoda wyróżnia się niższą wydajnością produkcji i wyższą ceną.
Porównanie cech jakościowych
Aby porównać różne rodzaje kompozytów, a także porównać je ze stalą, można skorzystać z poniższej tabeli.
| Włókno szklane | bazaltoplastyczny | włókno węglowe | stal | |
| Wytrzymałość na rozciąganie, MPa | 480 - 1600 | 800 - 1200 | 1750 | 480 - 690 |
| Wydłużenie względne, % | 2.2 | 3 | 1.6 | 25 |
| Moduł sprężystości, GPa | 56 | 65 | 140 - 350 | 200 |
| Przewodność cieplna | 0, 35 | 0.3 | 1 | 46 |
| Maksymalna temperatura pracy, ° C | 300 | 200 | 600 | 750 |
Ponadto wzmocnienie kompozytowe ma taką właściwość jak kruchość, co odróżnia go od stali na gorsze. Z tego powodu, a także z powodu niestabilności w wysokich temperaturach, nie jest on stosowany w konstrukcjach, w których występują silne obciążenia zginające oraz w miejscach zagrożonych pożarem .
Korzyści materialne
Łączniki kompozytowe mają kilka zalet w stosunku do standardowej stali. Obejmują one:
- Zwiększona wytrzymałość na rozciąganie . Może być kilka razy wyższy niż stali.
- Odporność na korozję . Kształtki plastikowe nie rdzewieją.
- Niski współczynnik przenikania ciepła. W przeciwieństwie do metalu, tworzywo sztuczne nie tworzy mostków zimnych .
- Plastikowe okucia nie działają jako antena - ponieważ jest to dielektryk i diamagnetyk. Dlatego prawdopodobieństwo zakłóceń radiowych w budynkach z takim wzmocnieniem wynosi zero.
- Niski ciężar właściwy . Wzmocnienie stalowe jest kilka razy cięższe.
- Współczynnik rozszerzalności temperaturowej jest taki sam, jak współczynnik betonu, więc wyklucza się tworzenie się pęknięć z tego powodu.
Wady materiałów kompozytowych
Zalety materiałów kompozytowych często nie mogą być w pełni ujawnione z powodu wad, które ujawniają się w niektórych zastosowaniach. To jest przede wszystkim:
- Niski moduł sprężystości . Wzmocnienie z tworzywa sztucznego nie jest sztywne, jego sprężyste odkształcenie jest w niskich granicach (to znaczy zdolność do powrotu do pierwotnego kształtu po ustaniu obciążenia jest mniejsza).
- Kruchość . Po przyłożeniu sił zginających takie wzmocnienie nie wygina się, ale pęka. W związku z tym nie można go zgiąć bez ogrzewania.
- Odporny na niskie temperatury . Włókno szklane, gdy osiągnie 150 stopni, traci swoje pozytywne właściwości, a po 300 upada po prostu, uwalniając toksyczne substancje. Tworzywa węglowe mają wyższe temperatury robocze i graniczne, ponieważ same drogi i polimery są droższe w produkcji, ale ich kruchość jest wyższa niż w przypadku innych rodzajów. Stal może pracować do 600-750 stopni, zanim zacznie mięknąć i topić się.
Zastosowanie zbrojenia kompozytowego
Produkty kompozytowe sprawdziły się bardzo dobrze tam, gdzie obciążenia statyczne łączą się z agresywnym środowiskiem - na przykład w konstrukcjach hydraulicznych. Czasami takie wzmocnienie jest używane samo przez się, czasami ze stalą, co pomaga wykorzystać zalety obu typów i zrekompensować wzajemne braki.
Wyroby z tworzyw sztucznych w postaci kratek aktywnie zastępują stal w murze z okładziną, gdzie zapewniona jest szczelina powietrzna. Stalowa siatka stopniowo koroduje, a czasami prowadzi do katastrofalnych konsekwencji (kawałek podszewki może spaść). Kompozyt nie ma takiej wady.
Odpowiednik zamiennika
Jeśli weźmiemy pod uwagę tabelę z poprzedniego rozdziału i charakterystykę techniczną konkretnych produktów, kwestia równoważności jest podejmowana w zależności od warunków, w jakich będzie stosowana struktura zbrojonego betonu.
Tak, w przypadku wytrzymałości na rozciąganie, zbrojenie stalowe o przekroju 12 mm można zastąpić włóknem szklanym 8 mm, a stal 18 - włóknem szklanym 14. Ale to wszystko ma znaczenie, gdy zbrojenie to jest potrzebne wyłącznie do utrzymania pełzania konstrukcji pod obciążeniem. Mówiąc najprościej, możesz zrobić fundamenty z pasów i płyt.
Ale w sytuacjach, w których występuje odchylenie, ta zasada nie działa. Tak więc do produkcji nadproży lub płyt potrzebnych do czterokrotnego zwiększenia liczby prętów - ponieważ moduł sprężystości kompozytu jest tyle razy mniejszy. Wzmacniając ładunek w środku płyty wzmocnionej kompozytem, nie będzie ona naprawdę pękać, ale będzie bardziej zwisała, a wynikiem może być kropla kawałków betonu na głowie.
Niska granica elastyczności zapobiega stosowaniu kompozytów do wzmacniania betonowych filarów. Wytrzymałość betonu na ściskanie jest wystarczająco wysoka, ale przy podwyższonych obciążeniach na jednostkę małej powierzchni, zwłaszcza jeśli są one nierównomierne, moduł sprężystości może mieć rzeczywistą wartość pod względem odporności na pękanie.
Obecnie stosowanie zbrojenia polimerowego jest regulowane przez SNIP 5201–2003, a zmiany zostały dokonane w postaci współczynników korekcyjnych do obliczenia takiego zbrojenia w różnych warunkach pracy (załącznik L z 2012 r.).
Główne niuanse produktów
W ostatnich latach liczba firm produkujących zbrojenie kompozytowe (zwłaszcza z włókna szklanego) wzrosła wielokrotnie, ale jakość ich produktów pozostawia wiele do życzenia. Oto kilka sposobów rozpoznania małżeństwa:
- Zwróć uwagę na kolor produktów. Wysokiej jakości okucia w tej samej partii są zawsze tego samego koloru. Jeśli tak nie jest, oznacza to, że temperatura została zakłócona podczas produkcji.
- Pęknięcia i rozwarstwienia nie powinny być. Są łatwe do zauważenia na odcięciu.
- Przerwy światłowodowe zmniejszają określone właściwości. Są również widoczne gołym okiem.
- Nierówny profil (navivka). Najprawdopodobniej w produkcji wykorzystano stary sprzęt, w którym przerwano ciągłość.
Teraz wymagania dotyczące materiałów kompozytowych zostaną zaostrzone. Stal walcowana staje się coraz droższa, a kształtki z tworzyw sztucznych mają wszelkie szanse zmusić stal do wycofania się z dość dużego segmentu rynku. Niewątpliwie niezbyt szczerzy producenci używają tego, więc powinieneś być czujny.