 |
Композиционные материалы в строительстве. Сталефибро- и стеклофибробетоны. Проблема формования при их изготовлении.
|
|
|
|
Композиционные материалы возникли сравнительно недавно. Один из основателей современной науки о композиционных материалах профессор А. Дитц (США) очень точно заметил, что выражение „композиционные материалы" содержит в новой форме очень старую и простую мысль о том, что совместная работа разных материалов дает эффект, равносильный созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого составляющего.
Подобное высказывание справедливо. За примером далеко ходить не надо. Возьмем железобетон. Ведь строители сделали надежным союзником бетона стальную арматуру и получили блестящие результаты. Бетон хорошо работает на сжатие, а на растяжение неплохо работает металл. Бетон отлично схватывает сталь, сливаясь в одно целое. Разнородные компоненты имеют равные коэффициенты теплового линейного расширения: удлиняются и укорачиваются они одинаково. Так, замечательный союз железа с бетоном в железобетонных конструкциях позволил в значительной мере устранить недостатки каждого из этих материалов.
Какова особенность современных композитов? Она заключается в том, что в композите соединены как минимум два разнородных материала, в результате этого получаются новые свойства, отличные от свойств каждой составляющей в отдельности.
Из чего состоит композит? Он состоит из двух компонентов (составляющих): упрочняющего в виде волокон или твердых частиц и связующего (матрицы). Такое сочетание разнородных компонентов волокна (например, асбестового, стеклянного) и связующего материала - и создает новый композиционный материал.
Фибробетон (сталефибробетон)
Сталефибробетон в 1996 г. был впервые разработан ГОСТ Р 50862-96, в котором были сформулированы требования к конструкциям и их классы по устойчивости к взлому (взломоустойчивости), методы ее определения.
|
|
|
В качестве фибры используется стальная арматура. Ее размеры: диаметр 0,2-1,2 мм, длина до 16 см. Вводится в количестве 7-10%.
Достоинства:
-долговечность повышается в 2 раза
-трещиностойкость увеличивается в 10 раз
-устойчивость к дроби автоматной очереди увеличивается в 10-12 раз.
Недостатки:
-маленькие объемы производства фибры.
Стеклофибробетон.
Стеклофибробетон - современный материал с широким диапазоном свойств и областей эффективного применения в строительстве. Решение этих задач в значительной степени связано с широким использованием прогрессивных материалов и изделий на их основе. К числу таких эффективных материалов относится и стеклофибробетон (стеклофиброцемент - по терминологии зарубежных источников). Стеклофибробетон (СФБ) выгодно отличается от своих традиционных аналогов (прежде всего железобетона) удачным сочетанием в материале защитных, архитектурно-декоративных, эксплуатационных, конструкционных, технологичных и др. свойств. СФ6 не подвержен коррозии, не горюч, обладает достаточно высокой огнестойкостью. Он может быть использован в качестве как конструкционного, так и защитноотделочного материала. Стеклофибробетон (стеклофиброцемент) - композиционный материал на основе мелкозернистобетонной или цементной матрицы, которая дисперсно армирована отрезками (фибрами) комплексной нити высокопрочного стекловолокна.
В качестве фибры используется стекловолокно.
С/вол=4000 à длина от 5 до 30 мм; 30-100 кг/м3
Сталь=2000
Достоинства:
-повышенная трещиностойкость;
-повышенная ударная прочность;
-повышенная вязкость разрушения;
-повышенная износостойкость;
-повышенная морозостойкость;
- пониженные усадка и ползучесть;
|
|
|
Недостатки:
-отсутствие фибры в промышленных объемах;
-проблема формования при их изготовлении.
В настоящее время существует несколько технологий по изготовлению сталефибробетонных конструкций: совместное перемешивание компонентов с дальнейшим виброформованием; раздельная укладка компонентов в форму: волокон с образованием фиброкаркаса, затем мелкозернистой бетонной смеси, которая вводится в фиброкаркас и форму способами литья, вибролитья, вибролитья с пригрузом или нагнетания; торкретирование и роликовое формование. При этом хорошей совместной работы цемента и фибры добиться очень нелегко.
4. Перспективы развития безклинкерных вяжущих. Геополимеры, шлакощелочные, гипсовые и ангидритовые вяжущие.
Перспективы развития безклинкерных вяжущих:
Дефицит материальных и энергетических ресурсов, сложившийся в России, настоятельно требует разработки прогрессивных малоэнергоемких и экологически чистых технологий производства строительных материалов и изделий. Одно из перспективных направлений в этой области - производство строительных материалов и изделий на основе мало- и бесклинкерных вяжущих веществ с использованием местного природного сырья и отходов промышленности.
Геополимеры
В 70-х г были проведены первые испытания в США.
В РФ не изготавливаются (на уровне исследований в университетах), но интерес к этим материалам во всём мире весьма большой.
Геополимеры – синтетические вещ-ва на основе алюмосиликатных вещ-в.
Состав:
Горные породы + NaOH, CaO, сода + шлаки (для повышения водостойкости)
à горные породы (песчаник, гранит, базальт), т.е. основа SiO2 (реакция проходит при нагреве t=80-100; 150-200)
Сроки схватывания таких материалов регулируются активаторами твердения.
Достоинтсва:
Этот материал водостойкий, прочный à отличная альтернатива обычному цементу.
Значительное уменьшение энергоемкости (в 1,3-1,5р), а следовательно и по стоимости.
Наибольшее распространение получили в странах: Европа, Австралия, Франция, Канада.
Шлакощелочные вяжущие
Были разработаны в 1957 г в России проф. Глуховским.
Шлакощелочные вяжущие - это гидравлические вяжущие вещества, получаемые измельчением гранулированных шлаков совместно со щелочными компонентами или затворением молотых шлаков растворами соединений щелочных металлов (натрия или калия), дающих щелочную реакцию.
|
|
|
Состав:
Шлаки + щелочь(4-7%)
Достоинства:
-быстро-твердеющие, высокопрочные вяжущие;
-стабильность структуры во времени;
-по пределу прочности при сжатии через 28 сут шлакощелочные вяжущие подразделяют на марки от М300 до М1200;
-контракция шлакощелочных вяжущих в 4-5 раз меньше, чем у портландцемента, вследствие чего они имеют более низкую пористость, что обеспечивает их высокую водонепроницаемость, морозостойкость, относительно низкие показатели усадки и ползучести;
-обладают высокой коррозионной стойкостью и биостойкостью;
-щелочные компоненты выполняют роль противоморозных добавок, поэтому вяжущие интенсивно твердеют при отрицательных температурах;
-экономическая эффективность высока; удельные капиталовложения на производство этих вяжущих в 2-3 раза меньше, чем при производстве портландцемента.
Недостатки:
Не получили широкого распространения по причинам:
1. щелочи дорогие
2. шлаки разл-ся по хим составу, на разл-ых предприятиях
3. потребности в цементе удовлетворялись, особое внимание ШЩВ не уделялось.
Работы по применению этого вяжущего широко ведутся в г. Казань.
|
|
|
