Композитный бетон способен накапливать тепловую энергию. Композитный бетон


Полимерный бетон – химия запускает щупальца в основу строительства

Что такое полимерный бетон?

Характерным отличием такой бетонной смеси является добавление при изготовлении высокомолекулярных органических соединений. Фактически, полимерный бетон – это смесь, где роль вяжущего вещества могут выполнять различные полиэфирные и другие смолы: полиуретановая, поливиниловая, эпоксидная, метилметакрилатная и прочие, в сочетании с отвердителями, катализаторами, растворителями и так далее.

Геополимерный бетон, состав которого отличается от смесей на основе портландцемента, используется для внешней и внутренней отделки помещений и строений, ландшафтных и ремонтных работ, при создании малых архитектурных форм. Его можно использовать как на горизонтальных, так и на вертикальных поверхностях, в зависимости от примененной технологии и его консистенции.

Характеристики геополимерного бетона

Такой материал состоит из смеси шлака, золы, жидкого стекла, а также других компонентов, добавляемых в нужной пропорции. Полимеризация, происходящая в этой смеси, образовывает монолит, который по физико-химическим свойствам и техническим характеристикам превосходит обычный бетон.

Геополимерный бетон, он же полимерный или композитный, имеет ряд преимуществ по сравнению со смесями на основе портландцемента, а именно:

  • очень высокий уровень сцепления с любой поверхностью;
  • малые сроки твердения;
  • высокая проницаемость;
  • высокая степень сопротивления изгибу и растяжению;
  • повышенная прочность и износостойкость;
  • устойчивость к температурным перепадам и кислотному воздействию.

Кроме того, этот экологически чистый материал имеет малый удельный вес. Наверное, единственным недостатком, препятствующим широкому распространению данного вида бетона, является его дороговизна. Но ученые считают, что за этим материалом будущее строительной отрасли.

Геополимерный бетон своими руками можно изготовить только экспериментальным способом. Поскольку материал находится в стадии разработки, точная рецептура отсутствует в свободном доступе.

Особенности приготовления полимерного бетона

Наиболее часто в качестве добавок используются ПВА, водорастворимые смолы и различные латексы. ПВА применяется в особой консистенции, где поливиниловый спирт выступает в роли эмульгатора.

При высыхании смеси на поверхности кристаллизуется твердая пленка, которая набухает, поглощая воду, поэтому при производстве таких бетонов не рекомендуется режим повышенной влажности. При повторном высыхании прочность полимербетона становится прежней.

Оптимальное количество вводимых добавок следует устанавливать экспериментально. Залогом успешного получения качественной бетонной смеси является правильное соотношение полимеров и цемента. Оптимальное количество вводимой добавки составляет приблизительно 20% от общей массы цемента.

Водорастворимые смолы вводятся в бетон малыми дозами – около 2% от общей массы цемента. Наиболее качественная смесь получается при добавлении в состав водорастворимой эпоксидной и полиамидной смол в сочетании с полиэтилен-полиаминовым отвердителем.

Геополимерные бетонные смеси приготавливаются по аналогии с обычными, цементными смесями. Для этого понадобится бетоносмеситель. Сначала в него добавляется вода с некоторым количеством цемента, специально предназначенного для полимербетонов.

Портландцемент тут нельзя применять, так как он имеет другие свойства и характеристики. Так что к цементу следом в равных частях досыпаются шлак и зола. Все тщательно смешивается, затем добавляются полимеры, и весь состав дальнейшим перемешиванием до готовности.

ogodom.ru

Композитный бетон способен накапливать тепловую энергию

В строительстве широко используется способность некоторых материалов впитывать, сохранять и выделять накопленное тепло. В качестве примеров можно привести воду в качестве теплоносителя систем отопления и кирпичную кладку обыкновенной печи, которая долго согревает дом после того, как очаг уже давно погас.

Сберегающий тепло

Причём вода является классическим примером способности некоторых соединений впитывать и отдавать огромные объёмы тепловой энергии, не изменяя при этом температуры. Такое происходит во время фазовых переходов Газ - Жидкость - Лёд. Это три основных состояния, или фазы, с которыми большинство знакомо со школы (технически есть ещё и четвёртое, плазменное состояние, когда вода реагирует на электромагнетизм, то есть молнию).

Схожей с водой способностью захватывать и хранить тепло имеет парафиновый воск. Для него также характерны фазовые переходы, однако происходят они при куда менее экстремальных температурах. Когда температура поднимаются, воск начинает переходить в жидкую фазу, попутно поглощая тепло. Когда температура падает, парафин снова затвердевает и высвобождает тепловую энергию обратно.

Разнообразные изобретения, использующие данные физические свойства парафина, присутствуют на строительном рынке уже почти десяток лет. Так что само изменение фазы материала не является совершенно новой концепцией. Новизна заключается в том, что подобную способность придали такому консервативному материалу, как бетон.

Новый композитный материал для хранения тепловой энергии, был интегрирован в цементные композиты. Исследователи создали защитное покрытие - своеобразную «оболочку» из вспученного перлита, которая оборачивает парафин, останавливает его утечку и препятствует его контакту с другими компонентами бетона. Капсулы имеют размер всего 2-20 мкм и описываются как «механически практически не разрушаемые» без потери функции теплообмена при разрезах или сверлении бетонных конструкций.

Бетоны с добавками от 20 до 80 процентов фазового материала были подвергнуты стандартным испытаниям на сжатие. Было выяснено, что замена 60% бетонной смеси на композит значительно улучшает его термические способности при сохранении механической прочности. При этом существенно уменьшается его плотность. То есть получаем лёгкий бетон со стандартными конструкционными параметрами и необычными тепловыми характеристиками.

Это предоставляет возможность хранения достаточного количества тепловой энергии, обеспечивающей тепловую инертность (стабильность) внутри здания. Например, можно обходиться без систем кондиционирования. Скажем, задать материалу номинальную температуру в 21, 23 или 25°С. По её достижении в жаркий день излишки тепла будут поглощаться стенами и перекрытиями, стабилизируя комфортный микроклимат. Ночью же происходит обратный процесс. Или, что нам ближе и понятнее, днём конструкции накапливают тепло, а ночью запускают его на «обогрев» дома.

Конечно, подобное решение не сможет полноценно заменить климатическую систему. Однако, учитывая простоту, неприхотливость и ненужность какого-либо дополнительного обслуживания и связанных с этим затрат (пусть не обычный, но всё же бетон), рациональное зерно присутствует. В любом случае, изобретению пророчат блестящие перспективы в плане энергосбережения.

Источник: tateinc.com

 

domidei.ru

состав, характеристики и технология изготовления

В строительной отрасли внедряются прогрессивные технологии и используются новые материалы. Один из них – фибробетон. Не все знают, что это композит, отличающийся от бетона повышенной прочностью. Материал содержат специальные волокна, которые пропорционально распределены в бетонном массиве, выполняя функцию арматуры. Применение фибры стандартных размеров, изготовленной из металла или синтетических материалов, существенно повышает прочностные характеристики. Разберемся, что такое фибробетон. Остановимся на свойствах материала, технологии изготовления.

Что такое фибробетон

На вопрос, что такое фибробетон, многие затрудняются дать правильный ответ. Что это такое? Материал является разновидностью традиционного бетона, усиленного путем добавления в бетонную смесь фибры. Для бетонного состава характерна пониженная зернистость, а также равномерная концентрация в массиве различных видов армирующих элементов:

  • металлического наполнителя в виде стальной проволоки, которая может иметь разную конфигурацию и размеры;
  • синтетической фибры, изготовленной из базальтового волокна, стеклянных нитей, асбеста, полиамидного наполнителя или акрила.

Обеспечение повышенных прочностных характеристик достигается путем введения в состав металлических волокон. Их диаметр не превышает полмиллиметра, а длина элементов составляет от 1 до 5 см. Стальная проволока – наиболее популярная разновидность наполнителя. Одновременно с ней растет популярность стеклянных волокон и различных наполнителей на основе полипропилена.

Он являет собой бетон, который в своем составе имеет частицы фиброволокнаНа рынке стройматериалов предлагают новый материал – фибробетон

Насыщение бетонного массива наполнителем улучшает эксплуатационные характеристики композита:

  • прочностные свойства;
  • устойчивость к воздействию растягивающих усилий;
  • стойкость к образованию трещин.

Технология изготовление стройматериала позволяет одновременно использовать различные виды фибры:

  • вискозное волокно;
  • нейлоновые материалы;
  • хлопчатобумажные нити.

Они повышают эффективность армирования, позволяют достичь новых характеристик без увеличения себестоимости производства. Тип применяемых волокон и их концентрация влияют на прочность бетона. В строительной отрасли распространен фибробетон с маркировкой В25. Увеличенный запас прочности достигается путем смешивания стальной проволоки со стеклянными волокнами.

Эксплуатационные свойства материала

Выбирая композит для решения специальных задач в строительной сфере важно разбираться, что такое фибробетон, какие свойства для него характерны. Повышенные прочностные характеристики композитного бетона обеспечивают возможность возведения из него зданий, которые имеют повышенную устойчивость при пониженной толщине капитальных стен. Специалисты уверены, что это снижает объем расходов на постройку объекта. Проверенная на практике рецептура применяется при изготовлении бетонного композита. Вид используемой фибры влияет на эксплуатационные свойства.

Фибробетонные вкрапления одинаковы по длине и толщинеЭти волокна исполняют роль арматуры, которая применяется с целью повышения прочности бетонного раствора

Главные характеристики композитного бетона:

  • способность массива сохранять целостность под влиянием значительных растягивающих нагрузок;
  • нейтральность к воздействию агрессивных веществ, стойкость к влиянию природных факторов;
  • морозостойкость с сохранением структуры массива при многократных и резких колебаниях температуры;
  • устойчивость к интенсивному нагреву, обусловленному воздействием высокой температуры и открытого огня;
  • сохранение исходного объема массива, после набора твердости не вызывающего усадку;
  • стойкость к абразивному износу, истиранию, растрескиванию, воздействию крутящих моментов;
  • влагостойкость, обусловленная своеобразной структурой, которая затрудняет проникновение влаги вглубь композита;
  • увеличенная пластичность бетонного массива, повышенная прочность к воздействию ударных нагрузок.

Благодаря указанным свойствам, материал применяется для решения широкого круга задач в строительной отрасли.

Область применения

Введение в бетон различных типов фибры позволяет изменить свойства материала, который может использоваться для решения различных задач.

Каждый материал имеет плюсы и минусы. Фибробетон не является исключениемБетон с фиброволокном является лучшим материалом для решения многих строительно-ремонтных задач

Введение стальной проволоки позволяет значительно повысить прочность бетона, который используется для строительства:

  • фундаментов строений, волнорезов, дорожных покрытий и шпал для железнодорожных путей;
  • тоннелей и бетонных оснований, которые способны воспринимать значительные нагрузки;
  • пешеходных дорожек, покрытий мостов и взлетных полос с повышенной несущей способностью;
  • бордюров для автодорог, а также декоративной плитки и изделий для ландшафтного дизайна;
  • строений из монолитного железобетона и несущих значительную нагрузку каркасов многоэтажных зданий;
  • объектов гидротехнического назначения, водоочистных станций, специальных колодцев и подземных магистралей.

Сфера использования усиленного бетона, в массиве которого содержится стеклянная фибра, отличается. Он используется для решения следующих задач:

  • изготовления шумоизоляционных щитов, которые монтируются вдоль автомобильных магистралей;
  • обеспечения повышенной гидроизоляции бетонных емкостей на объектах, осуществляющих водоочистку;
  • фасадной отделки зданий жилого и производственного назначения, обладающей повышенной прочностью;
  • производства различных видов отделочной продукции, предназначенной для декорирования;
  • формирования влагостойкой основы для коммерческих, производственных и общественных помещений;
  • изготовления прочных элементов декора, используемых оформителями в ландшафтном дизайне.

Фибробетон с добавлением базальтовых волокон также популярен в строительной сфере.

Каждый исходный материал имеет свою сферу примененияОн применяется в конструкциях, на которые оказывается сильное давление со стороны окружающей среды

Он способен воспринимать значительные нагрузки и используется для следующих целей:

  • сооружения автостоянок, укрепленных фундаментов, а также покрытий автомагистралей;
  • постройки гидротехнических объектов, бетонных резервуаров для хранения жидкостей.

Полипропилен также используется в качестве наполнителя. Бетонная смесь с добавлением полипропилена применяется при производстве:

  • вспененных блоков;
  • ячеистых бетонов;
  • малогабаритных построек.

Реже применяется вискоза и хлопок, область использования которых ограничена.

Плюсы и минусы фибробетона

Фибробетон является довольно новым и перспективным стройматериалом. Вполне закономерно, что не все застройщики имеют представления, что такое фибробетон. Планируя использовать его для строительства, полезно узнать о преимуществах и слабых сторонах фиброволоконного композита. Материал, усиленный стальной проволокой или синтетическими нитями, отличается повышенными эксплуатационными характеристиками.

Фибробетон может быть приготовлен как по стандартной промышленной технологии, так и своими рукамиНа практике этот бетон обрел большую популярность благодаря низкому показателю хрупкости

Рассмотрим главные достоинства армированного композита:

  • снижение уровня затрат на производство строительных работ. При укреплении бетона фиброволокнами отпадает необходимость применения стальных сеток, арматурных каркасов, что снижает трудоемкость, сокращает продолжительность строительных работ;
  • повышенные прочностные характеристики продукции, которая не растрескивается. Устойчивость к сколам связана с равномерным расположением фибры в бетонном массиве. При стандартном усилении бетона арматурой проблематично достигнуть аналогичной прочности;
  • устойчивость к резким колебаниям температуры. Влага не может проникнуть в армированный фиброй бетон. Он сохраняет целостность массива при резком охлаждении и дальнейшем оттаивании;
  • пожаробезопасность. Усиленные фиброволокнами композиты воспринимают воздействие повышенной температуры и открытого огня без нарушения структуры массива и образования трещин;
  • небольшой вес. Легкие фибробетонные блоки несложно доставить на строительную площадку. Кладка осуществляется ускоренными темпами, что позволяет оперативно ввести объект в эксплуатацию;
  • снижение потребности в стройматериалах. Оно связано с добавлением в смесь усиленного фиброй наполнителя. Повышенная прочность массива позволяет уменьшить толщину стен, сохранив при этом их устойчивость;
  • увеличенный ресурс эксплуатации. Усиленный композит превосходит стандартный бетон по долговечности, сохраняя эксплуатационные характеристики на протяжении длительного времени.

На фоне множества достоинств материала, имеющийся недостаток кажется несущественным. Минус – увеличенная цена фибробетона. Осуществляя производство фибробетона, приходится приобретать дорогостоящее сырье, нести дополнительные расходы. Однако в результате повышенных затрат материал приобретает уникальные эксплуатационные свойства, механическую прочность и долговечность.

Кроме того, для его изготовления и применения не требуется специальная техникаФибробетон обладает множеством положительных свойств

Производство фибробетона – технология, состав и рецептура

Технология, обеспечивающая производство фибробетона, имеет свои особенности. Ее эффективность зависит от ряда факторов:

  • подбора определенных видов волокон в зависимости от требуемых эксплуатационных свойств композита;
  • равномерности перемешивания ингредиентов и введения модификаторов для обеспечения однородной структуры массива;
  • особенностей применяемой рецептуры, в том числе одновременного использования различных видов фибры.

Важно правильно подготовить композитный состав, используя проверенные методы:

  • введение фиброволокон в сухую смесь из песка и цемента с последующим смешиванием ингредиентов и добавлением воды. Отличие способа – простота, а также отсутствие необходимости привлечения дополнительной рабочей силы;
  • добавление волокон фибры в готовую перемешанную смесь из цемента, воды и песка. Метод позволяет повысить прочностные характеристики композита, сократить производственный цикл изготовления.
Песок и цемент может добавляться как после измельчения, так и в процессе перемешиванияПроцесс изготовления требует применения бетономешалки и дробилки

На прочность и свойства бетонного композита влияют следующие факторы:

  • состав применяемых материалов;
  • правильно выбранная рецептура;
  • соблюдение технологического процесса.

В зависимости от требуемых свойств композита изменяется концентрация вводимых фиброволокон. Доля волокон в общем объеме варьируется от 0,5 кг до 20 кг в зависимости от их типа. Наиболее распространенные марки фибробетона содержат до 2 кг фибры. Оценка качества сырья производится лабораторным методом.

Она включает:

  • входной контроль применяемых материалов;
  • проверку влажности синтетического наполнителя.

Использование качественного сырья улучшает адгезию фибры, положительно влияет на прочность бетона. Технология позволяет в бытовых условиях самостоятельно подготовить усиленный фибробетонный состав. Для этого потребуется бетоносмеситель и дробилка для измельчения наполнителя.

Подводим итоги

Изучив, что такое фибробетон, можно сделать вывод, что армированный фиброй композит является перспективным стройматериалом. Он обладает комплексом неоспоримых преимуществ, позволяет решать множество серьезных задач в строительной отрасли. Уникальные свойства армированного бетона по достоинству оценили профессиональные строители и частные застройщики. Характеристики композита, усиленного металлической проволокой или синтетической фиброй, позволяют ему уверенно конкурировать со стандартными марками бетона.

pobetony.expert

http://www.naftaros.ru - Композиты и бетон

Статья из журнала «Composites Technology», апрель 2005.

 

Преимущества композиционных материалов хорошо проявляются при армировании бетона и строительстве.

Композиты и бетон

Недорогой и разносторонний, бетон является одним из лучших строительных материалов во многих предложениях. Эта публикация о том, как сделать бетон стойким к внешним воздействиям и структурным нагрузкам для обеспечения длительного функционирования. Являясь настоящим композитом, типичный бетон состоит из гравия и песка, связанных вместе в матрице из цемента, с металлической арматурой, обычно добавляемой для усиления прочности. Бетон превосходно ведет себя при сжатии, но становится хрупким и непрочным при растяжении. Растягивающие напряжения, так же как и пластическая усадка во время отверждения, приводят с трещинам, которые поглощают воду, что, в конечном счете, приводит к коррозии металлической арматуры и существенной потере монолитности бетона при разрушении металла

 

 

Композитная арматура утвердилась на строительном рынке благодаря доказанному сопротивлению коррозии. Новые и обновленные конструкторские руководства и тестовые протоколы облегчают инженерам выбор армированных пластиков. Источник: Hughes Bros.

 

Усиленные волокнами пластики (стеклопластик, базальтопластик) с давних пор рассматривались как материалы, позволяющие улучшить характеристики бетона. Институт Бетона Америки (The American Concrete Institute (ACI)) и другие группы, такие как Японское Сообщество Гражданских Инженеров (Japan Society for Civil Engineers), помогали разработать спецификации и методы тестирования для материалов на основе усиленных пластиков, многие из которых уже допущены и твердо закрепились в строительстве с использованием бетона. «В добавление к конструкторским документам, у нас теперь есть и методики тестирования», - говорит Джон Бюсел, председатель ACI's Committee 440, основанного в 1990 году для обеспечения инженеров и конструкторов информацией о композиционных материалах. Методики тестирования описаны в руководстве ACI's Committee 440. «Мы также уверенно работаем над редакцией нашего доклада 1996 года, для обеспечения специалистов по бетону обновленной информацией о новых приложениях и рынках», - говори Бюсел.

Композитная арматура и армирующие сетки на ее основе продолжают находить применение в ряде приложений. Более того, недавно были разработаны продукты и увеличено число приложений для усиленного волокнами бетона, материала, который использует стальные или полимерные волокна в качестве армирующих добавок для настилов, напольных плит и сборных частей.

 

Композитная арматура : признанная технология

За последние 15 лет композитная арматура перешла от экспериментального прототипа  к эффективному заменителю стали во многих проектах, особенно в связи с повышением цен на сталь. «Стеклопластиковая арматура часто используется, и это очень конкурентный рынок», - говорит Дуг Гремел (Doug Gremel), руководитель направления неметаллического армирования компании Hughes Bros. (Seward, Neb.), известного производителя продуктов на основе арматуры. «Состояние промышленных знаний об этом материале существенно выше, чем 10 лет назад».

Для некоторых конструкторских проектов, таких как оборудование для магниторезонансной томографии в больницах, или приближение к будкам-пунктам взимания дорожной оплаты, которые используют технологию радиочастотной идентификации для определения уже оплативших покупателей, композитная арматура является единственным выбором. Стальная арматура не может быть использована, потому как интерферирует с электромагнитными сигналами. В добавление к электромагнитной прозрачности, композитная арматура также необычайно стойкая к коррозии, легкая по весу - около одной четверти от веса аналогичной стальной, и является теплоизолятором, потому как препятствует протеканию тепла в строительных конструкциях. Двумя самыми крупными производителями композитной арматуры являются компания Hughes и компания Pultrall (Thetford Mines, Canada).

Технологией производства композитной арматуры обычно является пултрузия, с использованием ровинга из Е-стекла, винилэфирной смолы и стандартных техник формования. Продукты Aslan компании Hughes производятся с спиралевидной закруткой для придания волнообразного профиля, в то время как прутки V-ROD компании Pultrall являются гладкими. Оба вида арматуры имеют наружное песочное покрытие, наносимое во время производства, для придания поверхности шероховатости для оптимальной адгезии при связке с бетоном. В соответствии со словами Гремела, необходима винилэфирная смола высокого качества, связанная с волокнами правильно подобранного размера, как для достижения наилучших коррозионных свойств и сопротивления щелочам в цементе, так и для прочной связи.

Из-за того, что механические свойства стекла отличны от свойств стали, структура бетона с композитной арматурой разрабатывается в соответствии с ACI 440.1R-03, руководством для дизайна и конструкции бетона, армированного стеклопластиковой арматурой (Guide for the Design and Construction of Concrete Reinforced with FRP Bars).  Компании Hughes и Pultrall являются членами Совета Производителей стеклопластиковой арматуры (FRP Rebar Manufacturers Council), под покровительством Американского Общества Производителей Композитов (American Composites Manufacturers Assn. (ACMA)), и вовлечены вместе с ACI в разработку минимальных требований и норм для арматуры. Несмотря на то, что композитная арматура не может быть согнута подрядчиком для получения нужных конструкций, Гремел считает, что это не является проблемой. «Стальная арматура, покрытая эпоксидной смолой, также не может быть согнута без повреждения покрытия», - сказал Гремел. «Мы можем согнуть стеклопластиковую арматуру при производстве в соответствии с дизайном инженера и подробной программой, что и как должно быть сделано». С появлением новых методик тестирования бетона с композитной арматурой, у собственников и конструкторов теперь появилась гарантия, что структура будет вести себя так, как и ожидается. Гремел замечает, что руководство по тестированию будет приведено с стандарту ASTM.

Композиты и бетон Арматура V-ROD компании Pultrall поставляется в США эксклюзивно фирмой Concrete Protection Products Inc. (CPPI, Даллас, Техас). Президент CPPI', Сэм Стир (Sam Steere) докладывает о нескольких недавних проектах с использованием арматуры V-ROD, включая новый мост, который  перекрывает шоссе I-65 в Графсте Ньютон (Newton County), Индиана. Мост состоит из трех пролетов, длиной 58 метров, шириной 10,5 метров, с усиленным бетонным полотном, которое находится наверху I-образных стальных балок, которые поддерживаются бетонными опорами.  Бетонная плита толщиной 203 мм усилена стальной арматурой с эпоксидным покрытием в нижней половине, но в верхней половине использованы коррозийно стойкие композитные прутья V-ROD, вследствие того, что в этой части плиты возможность контакта с солями, использующимися для борьбы с обледенением, наиболее высока. Бетон был армирован двумя видами арматуры, с расстоянием от центров стержней 152 мм - арматурой  #5 (16 мм в диаметре) в поперечном направлении, и арматурой #6 (19 мм в диаметре) в продольном направлении. Вся структура была оборудована оптическими волоконными сенсорами при помощи исследователей из Университета Purdue University, для непрерывной оценки характеристик плиты посредством удаленного соединения. Стир говорит, что это первое использование композитной арматуры в мостовом полотне, сделанное Департаментом перевозок Индианы (Indiana Department of Transportation). 

Стеклопластиковая арматура Aslan 100 компании Hughes Bros. была недавно установлена в бетонном мосту в Морисон, Колорадо (Morrison, Colo.), построенным Департаментом Перевозок Колорадо  (Colo. Dept. of Transportation (CDOT)) при сотрудничестве с Городом и Графством Денвер Паркс (City and County of Denver Parks) и Департаментом Восстановления  (Recreation Dept). Для моста длиной 13.8 метра, перекрывающего Бир Крик (Bear Creek), использовалась стеклопластиковая арматура в основаниях, опорах,  откосных крыльях стены, парапетах и изогнутой монолитной бетонной арке. Полностью цельная композитная плита, которая находится наверху бетонной арки, была сделана компанией Kansas Structural Composites (Russell, Kan.). Арматура нескольких типоразмеров была вмонтирована в литые элементы, включая арматуру #5, #6 and #7 (19 мм в диаметре). Потребовалось много гнутых скоб и уникальных форм для достижения разработанной конструкции, подчеркивает Гремел, добавляя, что все они были предварительно сделаны на фабрике. Инженер CDOT Марк Леонард (Mark Leonard) говорит, что прошлые проекты штата с применением композитной арматуры были успешны, и арматура Aslan компании Hughes была выбрана из-за более низкой предложенной цены. Хотя мостовой настил подвергается минимальной транспортной нагрузке при низких скоростях, Леонард говорит, что конструктор моста Парсонс Бринкерхоф (Parsons Brinkerhoff (Denver, Colo.)) следовал всем конструкторским рекомендациям ACI и использовал новые методики тестирования ACI440.3R-04 для сертификации материалов.

Предполагается, что рынок композитной арматуры станет еще более конкурентоспособным когда упрочнится положение нового материала - базальтового волокна. Компания Sudaglass Fiber Technology (Хьюстон, Техас), производитель базальтового волокна, производство которого расположено в России и Украине, имеет задел на производственных мощностях в северном Техасе, говорит исполнительный вице президент Sudaglass, Грахам Смит (Graham Smith). По словам Смита, арматура на основе базальтового волокна и эпоксидной смолы сейчас производится по технологии пултрузии на Украине, и находится в процессе сертификации для использования в строительстве в США.

При плотности лишь немного выше, чем у типичного стеклянного волокна, базальтовое волокно имеет существенно более широкий диапазон рабочих температур от -260°C до 982°C, по сравнению с номинальным диапазоном от -60°C до 650°C для стеклянного волокна. Температура плавления базальта 1450°C делает его пригодным для использования в приложениях, требующих стойкости к огню. К тому же, замечает Смит, базальт демонстрирует превосходную стойкость к щелочной составляющей в бетоне без обращения к специальным сортировкам по размеру, используемым для защиты стеклянного волокна.

Каким бы не был выбор армирования, композитная арматура, вероятно, имеет более широкую привлекательность среди лиц, ответственных за принятие проекта. «Практическим результатом для хорошего инженера или конструктора, пытающегося решить проблему коррозии, является то, что при увеличении материальных затрат на 5-7% вы на 10-20 лет продлеваете срок эксплуатации структур с использованием композитной арматуры», - подводит итог Гремел.

 

Композитные сетки в сборных бетонных панелях: высокий потенциал

С момента первого доклада CT об использовании усиленных волокнами полимерных сеток в сборных бетонных конструкционных панелях ("Composite Solutions Meet Growing Civil Construction Demands," CT August 2002, p. 40), рынок показал значительный рост, говорит Бюсел. «Область этого применения огромна», - утверждает он. «Здесь есть огромный потенциал».

Направление возглавляется группой AltusGroup, консорциумом пяти производителей сборных бетонных панелей и производителя арматуры, компанией TechFab LLC (Anderson, S.C.), сформированным специально для продвижения технологии CarbonCast, при использовании которой недавно разработанные углеродно-эпоксидные сетки C-GRID заменяют традиционную сталь или арматуру в сборных структурах в качестве вторичного армирования. TechFab является 50/50 объединением компании Hexcel (Дублин, Калифорния) и компании Chomarat Group (Le Cheylard, Франция). До сих пор членами AltusGroup являются Oldcastle Precast (Edgewood, Md.), HIGH Concrete Structures (Denver, Pa.), 2 компании, владельцем которых является Cretex Companies (Elk River, Minn.) и Metromont Prestress (Greenville, S.C.), но также могут быть приняты новые участники благодаря возрастающему объему продаж, говорит Джон Карсон (John Carson), руководитель коммерческого развития TechFab и глава программы технологий C-GRID. 

 

 

Композиты и бетонC-GRID является крупной сеткой из жгутов на основе углерода/эпоксидной смолы. Используется как замена вторичной стальной армирующей сетки в бетонных панелях и архитектурных приложениях. Размер сетки меняется как в зависимости от бетона и типа заполнителя, так и от требований к прочности панели. Источник: AltusGroup  

AltusGroup предлагает ассортимент продукции на основе CarbonCast, включая конструкционные и не строительные изолированные панели и наружную облицовку. C-GRID обычно заменяет вторичные армирующие элементы на основе сетки стальных нитей. В качестве первичного армирования по-прежнему во многих случаях используется обычная стальная арматура. C-GRID производится в эффективном, запатентованном квази-тканном процессе, который совмещает наложенные основу и уток углеродных волокон, смоченных высокореакционной эпоксидной смолой, в открытой структуре. Размеры ячейки сетки изменяются в пределах от 25.4 мм до 76 мм, в зависимости от требований к прочности панели, типа бетона и размера наполнителя. В процессе производства поверхности сетки придается шероховатость, которая улучшает прочность связи между сеткой и бетоном. Сетки, содержащие стеклянные, арамидные или полимерные волокна в сочетании с любым ассортиментом смол, также доступны в линейке продукции MeC-GRID компании TechFab. Как углеродные, так и не содержащие углерода сетки находят применение в других областях, таких как декоративные элементы, монолитные бетонные конструкции и ремонт или восстановление.

Панели CarbonCast имеют значительные преимущества, говорит Карсон. C-GRID гораздо более легкие и обладают свойствами растяжения почти в 7 раз лучшими, чем сталь. Вероятность разломов вследствие усадки при высыхании существенно снижена, и C-GRID не коррозирует, что устраняет часто проявляемые неприглядные пятна на поверхности бетонных панелей, армированных стальной арматурой.  Коррозийная стойкость позволяет использовать покрытие бетона толщиной всего 6.35 мм, в то время как может потребоваться до 76.2 мм покрытия для защиты стальной сетки от воздействия влаги. Таким образом, вес панели может быть уменьшен на 66% по сравнению с обычными панелями. Более легкие панели позволяют снизить общий вес стены, что соответственно требует меньшей стальной подструктуры, позволяя значительно снизить затраты на строительство. C-GRID также слабо проводит тепло, так что величина изоляции панели не меняется. Более того, при помощи пилы в панелях могут быть прорезаны отверстия непосредственно на месте работ, что невозможно сделать при использовании стальной сетки для армирования. Все эти преимущества в итоге выражены в снижении расходов на транспортировку, возведение и подструктуру, что способствует более эффективному строительству.

На сегодняшний день было продано более 3 млн. кв. футов панельной продукции CarbonCast и спрос так высок, что TechFab недавно анонсировала крупные планы по развитию. Новая фабрика вместит добавочную линию по производству сетки, что, по словам Карсона, должно быть сделано в октябре этого года. Анонс планов близко соответствует долговременному соглашению с Zoltek Corp. (St. Louis, Mo.), компанией-поставщиком волокна Panex 35, используемого в C-GRID. По словам Карсона, соглашение обеспечит последовательные поставки для C-GRID  во время первых лет запуска продукции. «Компания Zoltek была нашим первым поставщиком волокон и партнером с первого для этого проекта», - заметил Карсон.

Сборные панели были использованы в таком многообразии проектов как кинотеатры, церкви и парковочные гаражи. Последним проектом был офисно-складской комплекс Cardinal Health рядом с Балтимором (Baltimore) площадью 332 000 кв. футов. Были отлиты панели CarbonCast длиной до 15.5 метров, для формирования двухэтажных наружных вертикальных стен здания. Каждая панель представляет собой сэндвич структуру с изоляционным слоем пены толщиной 152 мм между облицовками, состоящими из наружной кирпичной перегородки толщиной 50 мм (бетонный слой) и внутренней кирпичной перегородки толщиной 100 мм. C-GRID, расположенная перпендикулярно к поверхностям панелей, соединяет внутреннюю и наружную облицовки, обеспечивая усиление на срез.

«С этой концепцией мы направляемся к высшей ступени», - говорит Карсон. «Мы добавляем новую продукцию, чтобы обеспечить расширение ее применений».

 

Армированный волокнами бетон : проявление прочности

Использование коротких волокон в бетоне для улучшения его свойств было признанной технологией на протяжении десятилетий, и даже веков, если принять во внимание, что в Римской Империи строительные растворы были армированы конским волосом. Армирование волокнами усиливает прочность и упругость бетона (способность к пластической деформации без разрушения) посредством удерживания части нагрузки при повреждении матрицы и препятствуя росту трещин. Др. Виктор Ли (Dr. Victor Li) из Университета Мичиган (University of Michigan) исследовал свойства высокоэффективных  армированных волокнами цементных композитов, чрезвычайно высокоэффективных подгрупп армированного волокнами бетона, и он считает, что признание этого материала будет расти, до тех пор пока характеристики, низкая стоимость и простота исполнения сохраняются.

«Использование этого материала может привести к устранению использования арматуры, работающей на срез, что приведет к снижению материальных и трудовых затрат», - говорит Ли. «Прореживаемая структура снижает объем материала и собственный вес, и делает транспортировку более легкой. Общее снижение затрат по этим факторам может легко оправдать расходы на армированный волокнами материал».

Официальное признание армированного волокнами бетона способствовало публикации стандартов и руководств по его использованию за последние пять лет (смотрите CT July/August 2001, p. 44). С этого времени начался расцвет коммерческих приложений.

Гигант строительных материалов, компания Lafarge SA (Париж, Франция), продвигает свой высокоэффективный армированный волокнами бетонный материал, торговое название Ductal, вот уже около 10 лет, нацеливаясь на широкий диапазон гражданской инфраструктуры и архитектурных приложений. Ductal является смесью цемента, кварцевой крошки, кварцевой муки, мелкого кварцевого песка, пластификаторов, воды и стальных или органических волокон, обычно 12 мм длиной. Вик Перри (Vic Perry), вице президент/генеральный директор направления Ductal, говорит, что комбинация мелкозернистых порошков, выбранных по соответствующему размеру зерен, создает максимальную компактность при отверждении, что выражается в полном отсутствии пористости и фактически исключает доступ влаги и потенциальную коррозию стальных волокон. Волокна из поливинилового спирта обычно используются в архитектурных и декоративных приложениях, для предотвращения вероятности поверхностного травления, которое может иметь место при коррозии стальных волокон, и для удаления абразивности в местах, где предполагается контакт человека с поверхностью. Производителям изделий из бетона и поставщикам растворов материалы продаются в мешках.

«Добавление волокон позволяет материалу деформироваться пластично и выдерживать растягивающие нагрузки», - говорит Перри. «Волокна привносят прочность и улучшают микроструктурные свойства».

В зависимости от типа используемых волокон, выдерживаемые материалом Ductal нагрузки на сжатие варьируются от 150 МПа до 200 МПа, для сравнения у стандартного бетона эта величина 15-50 МПа. Проверенная прочность на изгиб составляет 40 МПа, говорит Перри. Ductal, армированный стальными волокнами Lafarge's Forta steel fibers, был использован для сборного строительства и в нескольких предварительно напряженных мостовых балках. В Saint Pierre La Cour, Франция, 20-ти метровый перевозочный мост был сконструирован с применением 10-ти I-образных балок из Ductal, поддерживающих традиционную монолитную армированную стальной арматурой бетонную плиту толщиной 170 мм. Сборные балки, не содержащие арматуры, углублены на 600 мм и были предварительно напряжены при помощи стальных плетеных кабелей толщиной 13 мм, размещенных в нижней кромке. Напряжение прикладывается к кабелям перед тем, как Ductal заливается в форму балки. Как только бетон покрывает кабели и материал начал твердеть, они обрезаются, что, в сущности, прикладывает напряжение сжатия к бетонной смеси.

Когда вы подвергаете предварительно напряженную балку любому изгибу, объясняет Перри, она не испытывает растягивающих нагрузок, а вместо этого «разжимается», значительно улучшая характеристики. Вследствие прочности Ductal, балки не требуют армирования арматурой, что значительно снижает вес.

Структуры из Ductal, в сечении имеющие форму греческой прописной буквы «?» (по сути  балка коробчатого сечения без нижней кромки), функционируют как настил и как балки на опытном мосту, установленном на тестовом пути в Лаборатории Федеральных Магистралей США им. Тернера Фэйрбэнка (U.S. Federal Highway Authority's (FHWA) Turner Fairbank Laboratory), для исследования пригодности дизайна к будущему строительству высокоскоростных трасс. «?»-образная балка-настил сконструирована для выдерживания нагрузок, определенных Американской Ассоциацией Государственных Магистралей и Перевозок (American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO)). 

 

 

 

Композиты и бетонУсиленный волокнами бетон был использован для изготовления этих предварительно напряженных мостовых балок на тестовом производстве FHWA. Использование арматуры не потребовалось из-за высокой эластичности и прочности материала, которая была придана ему стальными армирующими волокнами, добавленными в бетонную смесь. Источник: LaFarge  

«Балки из Ductal имеют большую протяженность при том же весе балки», - говорит Перри. «В итоге, мы увидим армированный волокнами бетон в балках и мостовых настилах».

Компания SI Concrete Systems. (Chattanooga, Tenn.) является производителем армирующих волокон для бетона. SI предлагает Novomesh, Fibermesh и другую продукцию из волокон которая используется в качестве альтернативы вторичной армирующей сетки из стальных нитей и легкой арматуры как в офисных, так и в жилых приложениях, говорит Хал Пэйн (Hal Payne), руководитель стратегических союзов компании SI Concrete Systems. SI предлагает полипропиленовые волокна, стальные волокна, макросинтетические волокна (macrosynthetic fibers) и промышленные смеси. По словам Пэйна, продукты на основе полипропиленовых волокон необходимы для контроля ранней стадии трещин, возникающих из-за пластической усадки, для предотвращения роста этих трещин в большие щели во время высыхания бетона. Novomesh 950 является новым продуктом компании и состоит из смеси необработанных макросинтетических и отборных, фибрилированных микросинтетических волокон. Пэйн говорит, что этот продукт дает такой же хороший результат, как и использование стальных волокон, предназначенных для промышленных плит перекрытий.

Компания Kingspan (Sherburn, Malton, N. Yorkshire, U.K.), являющаяся специалистом по бетонному строительству, использует волоконные добавки для бетона производства Bekaert Building Products (Friedrichsdorf, Germany). Формованные стальные волокна Dramix компании Bekaert добавляются в бетон при производстве полов и кровель без армирования стальными сетками. Продукт является идеальным для строительства в сжатые сроки, такие как расширение трехэтажного Spurriergate в имеющий историческое значение город Йорк Великобритании (U.K. city of York). Т.к. бетон не требует армирования стальной сеткой, изначально устраняются стоимость стальной сетки и все трудозатраты, необходимые для доставки рулонов арматуры, ее резку и установку в многоэтажном здании до операций по заливке бетона. Бетонные полы, армированные волокнами, были установлены в единой операции, при помощи простой доставки армированного волокнами материала прямо к каждому полу, используя автоматическое насосное оборудование. 

В Австралии, Франции, Японии и США, предварительные конструкторские руководства теперь дают методические указания и допуски для армированного волокнами бетона, что является значительным показателем в его возрастающем признании конструкторами, инженерами и ответственными лицами на рынке инфраструктуры. «Материал предлагает такие решения, как быстрота строительства, улучшенный внешний вид, великолепная эластичность и стойкость к коррозии», - говорит Перри. «Это переводится в снижение расходов на обслуживание и более длительное время эксплуатации структуры».  

www.naftaros.ru

Геополимерный бетон своими руками: рецепт и пропорции

Оглавление: [скрыть]

  • Рецепт и пропорции для изготовления
  • Особенности и секреты изготовления
  • Характеристики и сравнение

В современном строительстве этот бетон стал применяться недавно. Он относится к экологически чистым материалам, применяемым в строительстве.

Затвердевание геополимерного бетона

Геополимерный бетон затвердевает очень долго, в течение 28 дней.

Несомненным плюсом является то, что для того, чтобы изготовить геополимерный бетон своими руками, не потребуется дорогостоящих компонентов. При изготовлении используются:

  1. Зола уноса.
  2. Специальный отвердитель.
  3. Гидроксид калия.
  4. Жидкое стекло.
  5. Шлак.

Ненатуральными компонентами являются в составе жидкое стекло и гидроксид калия. Зола или зольная пыль, которая используется при изготовлении, это компонент, обладающий высокими физическими и технологическими свойствами. Шлак и зола — материалы, до недавнего времени не перерабатывавшиеся должным образом и наносящие своими скоплениями ущерб экологии. Плюсом является то, что сырья для изготовления композитного бетона у человечества неисчерпаемое количество.

Рецепт и пропорции для изготовления

Изготовить геополимерный бетон можно путем смешивания компонентов в строгих пропорциях при очень низкой температуре.

Геополимерный материал

Геополимер состоит из шлака, смеси зольной пыли, жидкого стекла и других веществ.

По структуре этот новый строительный материал напоминает натуральный камень, а сделать его своими руками при наличии всех ингредиентов несложно.

Добавление шлака обеспечивает геополимерный бетон высокой прочностью, но при этом появляется побочный эффект в виде усадочных трещин. Чтобы избежать этого, шлак смешивают с золой уноса в пропорции 50:50, тогда смесь приобретает необходимое качество.

Официально разработка рецепта, по которому каждый своими руками может изготовить геополимерный бетон, ведется по сей день. Поэтому еще не предоставлен твердый список и пропорции для состава, и люди, интересующиеся вопросами экологически чистого строительства, экспериментируют с составами самостоятельно.

Для того чтобы на выходе получить 0,4 литра бетона, смешивают следующие ингредиенты, со строгим контролем пропорций:

Схема устройства бетоносмесителя.

Схема устройства бетоносмесителя.

  1. Гидроксид калия 40% — 80 гр.
  2. Жидкое стекло — 100 гр.
  3. Шлак — 300 гр.
  4. Зола уноса — 300 гр.
  5. Вода — 52 гр.

По этим пропорциям, взятым за основу, рассчитывают необходимый объем бетона. Использующиеся в составе геополимеры присутствуют в свободной продаже. Стоит изготовленный самостоятельно геополимерный бетон дороже, чем привычный портландцемент для бетонной смеси.

Замедлить скорость схватывания, по которой геополимерный бетон значительно превышает бетон обычный, можно при помощи декагидрата тетрабората.

Вернуться к оглавлению

Особенности и секреты изготовления

Часто в бетон добавляют водорастворимые смолы, латексы и ПВА. Применение ПВА оправдано в особой консистенции, где в роли эмульгатора — поливиниловый спирт.

Когда смесь высыхает, на поверхности бетон образует кристаллизующуюся тонкую твердую пленку, набухающую при поглощении воды. Следовательно, чтобы сделать такой бетон, нужно исключить повышенную влажность. При повторном и последующих высыханиях прочность полимербетона возвращается к прежним значениям.

Количество всех вводимых добавок устанавливается исключительно экспериментальным путем. Приготовление не сильно отличается от приготовления обыкновенного цемента, и бетоносмеситель тоже понадобится. В первую очередь закладывают воду, а затем засыпается зола и шлак. Этот состав тщательно перемешивается, а затем к нему добавляются полимеры, и весь состав до готовности перемешивают.

Вернуться к оглавлению

Характеристики и сравнение

Геополимерный бетон, или, как его еще называют, композитный, обладает по сравнению с классическим большей устойчивостью к коррозии, меньшим временем застывания. Окончательное затвердевание происходит через неделю, а у классического бетона этот срок составляет месяц. Уже через два дня на конструкциях из полимерного бетона можно проводить начальные работы.

Плюсом в сравнении с портландцементом является более высокий уровень сцепления с любой поверхностью. Также этот материал обладает высокой степенью сопротивляемости изгибу и растяжению, устойчивостью к кислотному воздействию и температурным перепадам.

Многие эксперты считают, что будущее строительства именно за этим материалом, так как переход на геополимеры позволит создавать более качественные постройки. Небоскребы и мосты приобретут большую устойчивость, так как получаемый из золы и шлака раствор более эластичен. От разрушения под высокими температурами постройки тоже будут защищены, так как геополимерный бетон обладает хорошей пожаробезопасностью. В качестве эксперимента бетонный блок был раскален до температуры 230 градусов и находился в такой температуре около 2-х суток. После окончания эксперимента, когда бетон остыл, на нем не было обнаружено ни одной трещины.

Существует теория, согласно которой именно из полимерного бетона построены были много веков назад новоегипетские пирамиды. Но большинство ученых-исследователей все же считает, что камни, используемые при постройке пирамид, были нерукотворные, а самые обыкновенные природные. Вопреки теории, они не содержат щелочных алюмосиликатов, которые и определяют геополимер, и структура известняка не нарушена.

Открытие таких материалов для повсеместного широкого использования решает две проблемы современного строительства сразу: не нужны дорогостоящие материалы и не загрязняется окружающая среда.

moifundament.ru

Бетон и композиты

Бетон является недорогим и многогранным строительным материалом, который используется во многих п...
Преимущества композитных материалов отлично проявляются в строительстве и при армировании бетона.

Бетон является недорогим и многогранным строительным материалом, который используется во многих приложениях. В этой статье дана информация о том, как сделать бетон стойким к различным внешним воздействиям и нагрузкам, что позволит обеспечить его длительное функционирование.

Содержание:

Бетон является истиным композитом и состоит из гравия и песка, которые связаны между собой при помощи цемента, а металлическая арматура обычно добавляется для усиления прочности бетона. Бетон великолепно ведет себя при нагрузках на сжатие, но при растяжении становится хрупким и непрочным. Растягивающие напряжения, как и усадка бетона во время отверждения, приводят к появлению трещин, в которые попадает вода. Это в свою очередь приводит к коррозии металлической арматуры, ее разрушению и существенной потере целостности бетона.

Композитная арматура обладает великолепным сопротивлением к коррозии, благодаря чему она прочно утвердилась на строительном рынке. Источник: Hughes Bros.

Пластики, усиленные волокнами (базальтопластик и стеклопластик) уже давно рассматриваются в качестве материалов, позволяющих улучшить характеристики бетона. Институт Бетона Америки и другие группы, такие как Японское Сообщество Гражданских Инженеров, помогли разработать спецификации и методы тестирования материалов на основе усиленных волокнами пластиков, многие из которых уже допущены к использованию и прочно закрепились в строительстве, где используется бетон и бетонные конструкции. «В дополнение к конструкторским документам теперь есть и методики тестирования материалов», - говорит Джон Бюсел, председатель ACI's Committee 440, общества, основанного в 1990 году с целью обеспечения инженеров и конструкторов информацией о композитных материалах. Методики тестирования описаны в руководстве ACI's Committee 440. «Мы также продолжаем уверенно работать над редакцией нашего доклада 1996 года, который обеспечит специалистов по бетону обновленной информацией с указанием новых приложений и рынков», - говори Бюсел.

Композитная арматура и изготовленные из нее армирующие сетки находят применение в различных приложениях. Также уже разработаны материалы на основе усиленного волокнами бетона, материала, в котором для армирования используются стальные или полимерные волокна. Такие усиленные волокнами бетоны (фибробетоны) используются при изготовлении настилов, напольных плит и сборных конструкционных частей.

КОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРА

За последние 15 лет композитная арматура прошла путь от экспериментальных прототипов до эффективного заменителя стали во многих приложениях. «Стеклопластиковая арматура используется очень часто, и это весьма конкурентный рынок», - говорит Дуг Гремел, руководитель направления армирования неметаллами компании Hughes Bros. (Seward, Neb.), известного производителя армированных изделий. «В настоящее время база знаний об этом материале гораздо более полная, чем 10 лет назад».

Для некоторых проектов, таких как оборудование для магниторезонансной томографии в больницах, или пункты взимания дорожной платы, где используется радиочастотная идентификация определения уже оплативших покупателей, единственно доступным материалом является композитная арматура. Использовать стальную арматуру не представляется возможным, т.к. она взаимодействует с электромагнитными сигналами, генерируемыми оборудованием. Композитная арматура, в отличие от стальной, обладает электромагнитной прозрачностью и необычайной стойкостью к коррозии, кроме того композитная арматура легкая – ее вес составляет около одной четверти от веса аналогичной стальной арматуры, а теплоизоляционные свойства композита препятствует протеканию тепла в стройконструкциях. Два самых крупных производителя композитной арматуры - компания Hughes и компания pultrall (Thetford Mines, Canada).

Для производства композитной арматуры обычно используется технология пултрузии, где армирующим наполнителем является ровинг из Е-стекла, а связующим винилэфирная смола. Продукты марки Aslan от компании Hughes производятся с спиральной закруткой, что придает им волнообразный профиль, а прутки марки V-ROD от компании pultrall являются гладкими. Оба вида арматуры имеют наружное песочное покрытие, которое наносится в процессе производства. Это необходимо для придания шероховатости на поверхности арматуры, что способствует наилучшей адгезии в бетоне. По словам Гремела, для производства арматуры необходима высококачественная винилэфирная смола и волокна специально подобранного размера, что позволяет обеспечить прочность арматуры и достичь наилучшей коррозионной стойкости к щелочной среде в цементе.

Т.к. механические свойства стекла отличаются от свойств стали, структура бетона с применением композитной арматуры разрабатывается в соответствии с ACI 440.1R-03, руководством для проектирования и конструирования бетона, армированного стеклопластиковой арматурой. Компании Hughes и pultrall являются членами Совета Производителей стеклопластиковой арматуры, который находится под покровительством Американского Общества Производителей Композитов, и вовлечены в разработку минимальных требований и норм для арматуры. Хотя композитную арматуру нельзя согнуть для получения нужных конструкций, Гремел считает, что это не является проблемой. «Стальную арматуру, покрытую слоем эпоксидной смолы, также нельзя согнуть без повреждения покрытия», - говорит Гремел. «Но мы можем изготовить изогнутую стеклопластиковую арматуру непосредственно при производстве в соответствии с предоставленным проектом». Появление новых методик тестирования бетонов, армированных композитной арматурой, дало собственникам и конструкторам гарантию, что произведенная структура будет вести себя именно так, как и ожидается. Гремел замечает, что руководство по тестированию будет приведено с стандарту ASTM.

Арматура марки V-ROD компании pultrall поставляется в США эксклюзивно фирмой Concrete protection products Inc. (CppI, Даллас, Техас). Президент CppI', Сэм Стир рассказывает о последних проектах с использованием арматуры V-ROD, среди которых новый мост, перекрывающий шоссе I-65 в Графсте Ньютон , штат Индиана. Мост состоит из трех пролетов, общей длиной 58 метров и шириной 10,5 метров, с усиленным бетонным полотном, проложенным сверху I-образных стальных балок, установленных на бетонных опорах. Плита из бетона толщиной 203 мм в нижней половине усилена стальной арматурой с эпоксидным покрытием, а в верхней половине использованы композитные прутья V-ROD. Это сделано для усиления коррозионной стойкости бетона, т.к. в верхней части плиты наиболее высока возможность контакта с солями, использующимися для борьбы с обледенением на дорогах. Бетон в полотне был армирован двумя видами арматуры, с расстоянием от центров стержней 152 мм – арматурой #5 (16 мм в диаметре) в поперечном направлении, и арматурой #6 (19 мм в диаметре) в продольном направлении. При помощи исследователей из Университета purdue University структура была оборудована сенсорами из оптоволокна, что позволило производить непрерывную оценку характеристик плиты посредством удаленного мониторинга. Стир говорит, что это первый проект мостового плотна с использованием композитной арматуры, сделанный Департаментом перевозок штата Индиана.

Мост O'Fallon park в Колорадо был спроектирован полностью из композитной арматуры вместо традиционной стальной арматуры, и имеет монолитное композитное мостовое плотно. Источник: Hughes Bros.

Арматура из стеклопластика марки Aslan 100 от компании Hughes Bros. недавно была использована в бетонном мосту в Морисон, штат Колорадо, который был построен Департаментом Перевозок Колорадо при поддержке Города и Графства Денвер Паркс и Департамента Восстановления. При строительстве моста общей длиной 13.8 метра, который перекрывает Бир Крик, стеклопластиковая арматура использовалась в основаниях, опорах, откосных стеновых крыльях, парапетах и изогнутой монолитной бетонной арке. Цельная композитная плита, установленная наверху бетонной арки, была сделана компанией Kansas Structural Composites (Russell, Kan.). В литые элементы моста была вмонтирована композитная арматура нескольких типоразмеров, включая арматуру #5, #6 and #7 (19 мм в диаметре). Гремел подчеркивает, что потребовалось много изогнутых скоб и специальных форм, чтобы получить конструкцию в соответствии с проектом, и добавлет, что все конструкции были предварительно изготовлены на фабрике. Инженер CDOT Марк Леонард говорит, что прошлые проекты штата с применением композитной арматуры были успешны, и арматура марки Aslan компании Hughes была выбрана из-за более низкой предложенной цены. Несмотря на то, что настил моста подвергается минимальной транспортной нагрузке, Леонард говорит, что конструктор моста Парсонс Бринкерхоф при конструировании следовал всем рекомендациям ACI и использовал новые методики тестирования ACI440.3R-04 для сертификации используемых материалов.

Есть предположение, что рынок композитной арматуры станет еще более конкурентоспособным при использовании нового материала – базальтового волокна. Грахам Смит, исполнительный вице президент компании Sudaglass Fiber Technology (Хьюстон, Техас), производителя базальтового волокна, производство которого расположено в России и на Украине, говорит, что компания уже имеет задел на производственных мощностях в северном Техасе. По словам Смита, композитная арматура из базальтового волокна и эпоксидной смолы сейчас производится при помощи пултрузии на Украине, и находится в процессе сертификации для использования в строительстве в США.

Обладая лишь немного более высокой плотностью, чем стеклянное волокно, базальтовое волокно имеет существенно более широкий диапазон рабочих температур - от -260°C до 982°C, в то время как номинальный рабочий диапазон стеклянного волокна составляет от -60°C до 650°C. Температура плавления базальта - 1450°C, что делает его пригодным для использования в приложениях, требующих стойкости к огню. Как замечает Смит, базальт обладает превосходной стойкостью к щелочной составляющей в бетоне без использования специальных сортировок по размеру, которые используются для защиты стеклянного волокна.

Каким бы не был выбор армирования, композитная арматура, вероятно, обладает наибольшей привлекательностью для лиц,ответственных за принятие проекта. «Хорошим практическим результатом для инженера или конструктора, который решает проблему коррозии, является то, что при 5-7% увеличении затрат на материалы с использованием композитной арматуры вы продлеваете срок эксплуатации структур на 10-20 лет», - подводит итог Гремел.

СЕТКИ ИЗ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ В СБОРНЫХ БЕТОННЫХ ПАНЕЛЯХ

С момента первого доклада CT об использовании в сборных бетонных конструкционных панелях полимерных сеток, усиленных волокнами ("Composite Solutions Meet Growing Civil Construction Demands," CT August 2002, p. 40), рынком был показан значительный рост, говорит Бюсел. «Область этих применений огромна и здесь существует огромный потенциал», - утверждает он.

Данное направление возглавляется группой AltusGroup, которая является консорциумом пяти производителей сборных бетонных панелей и производителя арматуры, компании TechFab LLC (Anderson, S.C.). Группа была сформирована специально для продвижения технологии CarbonCast, где в качестве вторичного армирования для замены традиционной стали или арматуры в сборных структурах применяются недавно разработанные углеродно-эпоксидные сетки C-GRID. TechFab - это долевое 50/50 объединение компании Hexcel (Дублин, Калифорния) и компании Chomarat Group (Le Cheylard, Франция). До настоящего времени членами AltusGroup являются Oldcastle precast (Edgewood, Md.), HIGH Concrete Structures (Denver, pa.), 2 компании, владельцем которых является Cretex Companies (Elk River, Minn.), и Metromont prestress (Greenville, S.C.), но в группу также могут быть приняты новые участники в связи с возрастающим объемом продаж, говорит Джон Карсон, руководитель коммерческого развития TechFab и глава программы технологий C-GRID.

C-GRID является крупной сеткой из углепластиковой арматуры - материала на основе углеродных волокон и эпоксидной смолы. Используется как замена вторичной стальной армирующей сетки в бетонных панелях и архитектурных приложениях. Размер сетки меняется как в зависимости от бетона и типа заполнителя, так и от требований к прочности панели. Источник: AltusGroup

AltusGroup предлагает ассортимент продукции на основе CarbonCast, который включает конструкционные и не строительные изолированные панели и наружную облицовку. C-GRID обычно заменяет вторичные армирующие элементы на основе сетки из стальной арматуры. В качестве первичного армирования по-прежнему во многих случаях используется обычная стальная арматура. C-GRID производится в запатентованном квази-тканном технологическом процессе, при котором в открытой структуре совмещается наложенние основы и утка углеродных волокон, смоченных высокореакционной эпоксидной смолой. Размеры ячейки сетки изменяются в диапазоне от 25.4 мм до 76 мм, конечный размер зависит от требований к прочности панели, типа бетона и размера наполнителя. В процессе производства сетки ее поверхности придается шероховатость для улучшения прочностных связей с бетоном. В линейке продукции C-GRID компании TechFab также есть композитные сетки, содержащие стеклянные, арамидные или полимерные волокна в сочетании с любым ассортиментом смол. Композитные сетки, как содержащие, так и не содержащие углеродные волокна, находят применение в различных областях строительства, таких как декоративные элементы, монолитные бетонные конструкции, ремонт или восстановление.

Панели CarbonCast имеют существенные преимущества, говорит Карсон. Сетки C-GRID гораздо более легкие чем стальные, и обладают свойствами растяжения почти в 7 раз лучшими, чем сталь. Вероятность разломов бетонных конструкций вследствие усадки при высыхании существенно снижена, кроме того C-GRID не корродирует, благодаря чему на поверхности бетонных панелей не возникают коррозионные пятна, характерные для бетонных панелей, армированных стальной арматурой. Коррозийная стойкость композитных сеток позволяет использовать бетонное покрытие толщиной всего 6.35 мм, в то время как может потребоваться до 76.2 мм бетонного покрытия для защиты стальной сетки от воздействия влаги. Таким образом, вес бетонной панели может быть уменьшен на 66% по сравнению с обычными панелями, армированными только стальной арматурой. Более легкие панели позволяют снизить общий вес стены, благодрая чему требуется меньше стальной подструктуры. Это позволяет значительно снизить затраты на строительство конструкций. Сетка C-GRID также слабо проводит тепло, так что величина тепловой изоляции панели не меняется. Более того, в панелях с сеткой C-GRID могут быть прорезаны отверстия непосредственно на месте работ, что невозможно сделать при использовании стальной сетки для армирования. Все эти преимущества композитных сеток в итоге выражаются в снижении расходов на транспортировку и строительство конструкций.

На сегодняшний день было продано более 3 млн. кв. футов панельной продукции CarbonCast и спрос так высок, что TechFab недавно анонсировала строительство новой фабрики, которая вместит добавочную линию по производству сетки. Это, по словам Карсона, должно быть сделано в октябре этого года. Анонсируемые планы соответствует долговременному соглашению с компанией Zoltek Corp. (St. Louis, Mo.), являющейся поставщиком волокна panex 35, которое используется в C-GRID. По словам Карсона, это соглашение обеспечит последовательные поставки для C-GRID во время первых лет запуска продукции. «Компания Zoltek была нашим первым поставщиком волокон и партнером с первого для этого проекта», - заметил Карсон.

Сборные панели использовались в различных проектах, таких как кинотеатры, церкви и парковочные гаражи. Последним проектом был офисно-складской комплекс Cardinal Health рядом с Балтимором площадью 332 000 кв. футов. Для этого проекта были отлиты панели CarbonCast длиной до 15.5 метров, используемые для формирования двухэтажных наружных вертикальных стен здания. Каждая панель является сэндвич структурой с изоляционным слоем пены толщиной 152 мм между облицовочными панелями, состоящими из наружной кирпичной перегородки толщиной 50 мм (бетонный слой) и внутренней кирпичной перегородки толщиной 100 мм. Сетка C-GRID, расположенная перпендикулярно к поверхностям панелей, соединяет внутреннюю и наружную облицовки, обеспечивая усиление на срез.

ФИБРОБЕТОН - АРМИРОВАННЫЙ ВОЛОКНАМИ БЕТОН

Фибробетон (бетон, в который для улучшения свойств введены короткие волокна - фибры) отлично зарекомендовал себя на протяжении десятилетий, и даже столетий, если учесть, что еще в Римской Империи строительные растворы готовили с добавлением конского волоса. Использование волокон в бетоне (армирование) усиливает его прочностные и упругие свойства за счет удерживания части нагрузки и предотвращения роста трещин при повреждении матрицы бетона. Доктор Виктор Ли из Университета штата Мичиган исследовал свойства высокоэффективных цементных композитов, армированных волокнами, которые являются чрезвычайно высокоэффективными подгруппами фибробетона. Виктор Ли считает, что признание этого материала будет расти, если будут сохранены его механические характеристики, низкая стоимость и простота получения.

«Использование фибробетона может привести к отказу от использования арматуры, работающей на срез, что в свою очередь приведет к снижению материальных и трудовых затрат», - говорит Виктор Ли. «Прореживаемая фибрами структура позволяет снизить объем материала и вес, что делает транспортировку фибробетона более легкой. Общее снижение затрат по этим статьям может легко оправдать расходы на использование материала, армированного волокнами».

Официальное признание фибробетона за последние пять лет способствовало подготовке стандартов и руководств по его использованию (смотрите CT July/August 2001, p. 44). С этого времени начался расцвет коммерческих приложений фибробетона.

Компания Lafarge SA (Париж, Франция), которая является гигантом стройтельной индустрии и материалов, вот уже около 10 лет продвигает свой высокоэффективный фибробетон под торговой маркой Ductal, нацелившись на широкий сегмент гражданского строительства. Ductal является смесью цемента, кварцевой крошки, кварцевой муки, мелкого кварцевого песка, пластификаторов, воды и стальных или полимерных волокон, обычно длиной 12 мм. Вик Перри, вице президент компании и генеральный директор направления Ductal, говорит, что специально подобранная комбинация мелкозернистых порошков создает максимальную плотность при отверждении бетона, что выражается в полном отсутствии пор и фактически исключает доступ влаги в матрицу бетона и предотвращает коррозию стальных волокон. Фибробетон с волокнами из поливинилового спирта обычно используется в архитектурных и декоративных приложениях, что предотвращает вероятность поверхностного травления, которое может проявится при коррозии стальных волокон в бетоне. Кроме того, это позволяет удалить абразивность в местах, где предполагается контакт человека с поверхностью бетона. Производителям изделий из бетона и поставщикам растворов материалы поставляются в мешках.

«Добавление волокон улучшает пластическую деформацию материала и позволяет ему выдерживать растягивающие нагрузки», - говорит Перри. «Волокна усиливают прочность и улучшают микроструктурные свойства бетона».

Выдерживаемые материалом Ductal нагрузки на сжатие зависят от типа используемых волокон и варьируются от 150 МПа до 200 МПа. У стандартного бетона эта величина составляет 15-50 МПа. Доказанная прочность на изгиб материала Ductal составляет 40 МПа, говорит Перри. Фибробетон Ductal, в котором использовались стальные волокна производства Lafarge's Forta steel fibers, применялся для сборного строительства и при производстве нескольких предварительно напряженных мостовых балок. В месте Saint pierre La Cour, Франция, 20-ти метровый грузовой мост был построен с применением 10-ти балок I-типа, изготовленных их материала Ductal, которые поддерживают монолитную бетонную плиту, изготовленную с применением традиционного армированния стальной арматурой толщиной 170 мм. Сборные балки, изготовленные без арматуры, были заглублены на 600 мм и предварительно напряжены при помощи стальных плетеных кабелей толщиной 13 мм, размещенных в нижней кромке. По технологии напряжение прикладывается к кабелям до того, как Ductal заливается в форму балки. Как только бетон покрывает кабели и материал начинает твердеть, кабели обрезаются, что фактически прикладывает напряжение сжатия к бетонной смеси.

Если подвергнуть предварительно напряженную балку любому изгибу, объясняет Перри, она не будет испытывать растягивающих нагрузок, а просто «разожмется», что значительно улучшит ее характеристики. Благодаря прочности фибробетона Ductal, балки из него не требуют армирования арматурой, что значительно снижает их вес.

Структуры, изготовленные из фибробетона Ductal, и имеющие в сечении форму греческой прописной буквы «?» (по сути балки коробчатого сечения без нижней кромки), используются как настил и как балки экспериментального моста на тестовом пути Лаборатории Федеральных Магистралей США, что позволяет проводить исследования пригодности конструкции для строительства будущих высокоскоростных трасс. Балка-настил «?»-типа имеет конструкцию, которая позволяет выдерживать нагрузки, определенные Американской Ассоциацией Государственных Магистралей и Перевозок.

Для изготовления этих предварительно напряженных мостовых балок на тестовом пути был использован фибробетон. Благодаря высокой эластичности и прочности материала, полученного из бетона, армированного стальными волокнами, использование арматуры не потребовалось. Источник: LaFarge

«Балки из фибробетона Ductal имеют большую протяженность при весе, сходном с балкой из обычного бетона», - говорит Перри. «В итоге, мы увидим использование фибробетона в балках и мостовых настилах».

Компания SI Concrete Systems. (Chattanooga, Tenn.) является производителем армирующих волокон для бетона. SI предлагает волокна марки Novomesh, Fibermesh и другую фибро продукцию. Эти материалы используются в качестве альтернативы вторичной армирующей сетки стальных нитей и легкой арматуры как в офисных, так и в жилых приложениях, говорит Хал Пэйн (Hal payne), руководитель стратегических соединений компании SI Concrete Systems. SI производит полипропиленовые волокна, стальные волокна, макросинтетические волокна и промышленные смеси. По словам Пэйна, материалы на основе полипропиленовых волокон необходимы для контроля ранней стадии образования трещин, которые возникают из-за пластической усадки бетона, и для предотвращения роста этих трещин и образования больших щелей во время высыхания бетона. Novomesh 950 является новым продуктом компании и представляет собой смесь необработанных макросинтетических и специально отобранных фибрилированных микросинтетических волокон. Пэйн говорит, что использование этого продукта дает такие же хорошие результаты, как и использование стальных волокон в бетоне, предназначенном для плит перекрытий.

Компания Kingspan (Sherburn, Malton, N. Yorkshire, U.K.), специалист в строительстве с применением бетона, использует фибро добавки для бетона производства Bekaert Building products (Friedrichsdorf, Germany). Формованные стальные волокна Dramix от компании Bekaert добавляются в бетон при производстве полов и кровель без использования армирующих стальных сеток. Этот продукт идеален для строительства в сжатые сроки - т.к. бетон не требует армирования стальной сеткой, изначально нет необходимости ее закупать и отсутствуют все трудозатраты, связанные с доставкой рулонов арматуры, ее резкой и установкой в многоэтажном здании до операций по заливке бетона. Полы из фибробетона могут быть установлены в единой цикле - для этого надо только доставить армированный волокнами материал прямо к каждому полу.

Методические указания и допуски для фибробетона теперь даны в конструкторских руководствах разных стран, что является значимым показателем в признании фибробетона конструкторами, инженерами и ответственными лицами. «Использование фибробетона позволяет реализовать такие преимущества, как быстрота строительства, улучшенный внешний вид, отличная упругость и стойкость к коррозии», - говорит Перри. «Все это выражается в снижении расходов на обслуживание и более длительном времени эксплуатации структур».

Статья предоставлена http://www.plural.ru/

Похожие статьи

kirpich174.ru


Смотрите также