Бетон это композитный материал: Каковы преимущества композитных бетонов?

Содержание

Бетон как композиционный материал. Классификация бетонов.

Нужна помощь в написании работы?

Узнать стоимость

Бетоны – это искусственный камень, получаемый в результате укладки, уплотнения и твердения рационально подобранной смеси вяжущих веществ, заполнителей, добавок и воды. Бетон – это композиционный материал конгломератной структуры, в котором каждый компонент выполняет свою роль:1) Заполнители (80-85% объема) – заполняют объем, создают каркас, снижают усадку при твердении.2) Тесто (вяжущее+вода) – выполняет функцию смазки и клея, обеспечивая подвижность смеси, а после затвердевания образуя матрицу, объединяющую зерна заполнителей.3) Добавки – вводят в состав для изменения свойств бетонной смеси (повышения подвижности) и бетона (ускорение роста прочности).

Преимущества:1) Низкий уровень затрат на изготовление изделий и конструкций. Это выражается в использовании местного сырья: щебня, песка, так же отходов промышленности .2) Пониженный расход топливных ресурсов и электроэнергии по сравнению с производством кирпича, стекла. 3) Возможность изготовления конструкций любой формы и размеров.4) Возможность изменять в широких пределах основные свойства 5) Возможность механизировать и автоматизировать процесс производства конструкций. 6) Долговечность, огнестойкость.

Классификация бетонов.

1) по Структуре: -плотная (когда пространство между заернами заполнителя плотно заполнено вяжущим).-крупнопористая – (когда пространство между зернами заполнителя не полностью заполнено вяжущим, имеются воздушные прослойки).-поризованная – (пространство между зернами заполнено затвердевевшим вяжущим, поризованным специальными добавками).-ячеистая –( искусственно созданные округлые поры, играющие роль своеобразного заполнителя).

2) По средней плотности: особо тяжелые ρm>2500; тяжелые ρm=2200-2500 ; облегченные ρm=1800-2200 ; легкие ρm=500-1800 ;особолегкие ρm<500.

3) По виду вяжущего: цементные; силикатные; -известковые вяжущие автоклавного твердения; гипсовые; на смешанных вяжущих; на специальных вяжущих.

4) По виду заполнителей: на плотных заполнителях; на пористых заполнителях; на специальных заполнителях

5) По зерновому составу: крупнозернистые;мелкозернистые.

6) По условиям твердения: естественного твердения; пропариванием; автоклавной обработкой

7) По назначению:-конструкционные; конструкционно-теплоизоляционные; гидротехнические; для дорожных покрытий; специальные.

Поможем написать любую работу на аналогичную
тему

Реферат
Бетон как композиционный материал. Классификация бетонов.
От 250 руб
Контрольная
работа
Бетон как композиционный материал. Классификация бетонов.
От 250 руб
Курсовая работа
Бетон как композиционный материал. Классификация бетонов.
От 700 руб

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему
учебному проекту

Узнать стоимость

Поделись с друзьями

какие композиты изобрели у нас?

Сегодня композиционные, или композитные материалы – одна из основ промышленности. На слуху постоянно то углепластиковые детали автомобилей, то мембраны Gore-Tex, то гипсокартонные стены. И мы задали себе вопрос – а какие прорывы в области композитов сделали в СССР? Ведь у нас были и есть крупные институты, занимающиеся разработкой композитных материалов – это и Уральский НИИ композиционных материалов, и НИАТ «Композит», и ЦНИИ специального машиностроения, и ВНИИ авиационных материалов. Давайте посмотрим!

Теги:

Сделано в России

Изобретения

СССР

Химия

Отношения

Сперва небольшой ликбез. Многие путают композитные материалы с полимерами, хотя это кардинально разные понятия. Полимер – это химическое соединение, состоящее из длинных макромолекул, единый материал. Композит же – это совокупность нескольких материалов, причём порой вообще неспособных на химическое взаимодействие.

И вот здесь – важный момент, обратите на него внимание. Композиционные материалы делятся на две большие группы – композиты армированные и наполненные. Наполненныйкомпозит имеет матрицу из одного материала, наполненную дискретными частицами другого материала; визуально он очень похож на единое химическое соединение, из которого трудно выделить составляющие. Например, наполненным композитом является бетон (цемент, песок, щебень, вода). Нередко к наполненным композитам относят сложные сплавы, скажем, победит (вольфрам, кобальт, незначительное количество углерода).

Когда же мы в повседневной речи говорим слово «композит», мы подразумеваем в первую очередь армированные композиционные материалы (в англоязычной литературе употребляется определение advanced cоmposites). Это матричные материалы, армированные высокопрочными волокнами других материалов. Скажем, железобетон – это именно такой композитный материал, он состоит из бетона, армированного металлическим каркасом. Металл в свою очередь тоже можно армировать, например, волокнами бора – это будет металлический композит. И клееная фанера – это армированный композитный материал, поскольку слои шпона в ней склеиваются таким образом, что волокна каждого нового слоя перпендикулярны волокнам предыдущего (собственно, вся история армированных композитов началась с комбинаций природных волокон).

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Полимеры не просто могут быть, но чаще всего являются одним из составляющих композиционного материала. Классический полимерный композит – это углепластик, который состоит из полимера, пронизанного углеродными волокнами. В общем, если перед вами материал, сочетающий несочетаемое и благодаря этому имеющий улучшенные относительно базовых компонентов свойства, то да, это композит.

А теперь – советские композиты!

Дельта-древесина

Один из самых известных композитов, появившихся на свет в Советском Союзе, – это дельта-древесина, она же древесный слоистый пластик, она же балинит, она же лигнофоль, она же ДСП-10. Сегодня она потеряла своё стратегическое значение и используется в основном для производства нагруженных деревянных элементов – например, мебельных узлов. Но ещё полвека назад дельта-древесина была одним из важнейших композитов аэрокосмической отрасли – из неё изготовляли силовые конструкции самолётов и планеров, вертолётные винты (например, лопасти Ми-10 сделаны из дельта-древесины) и так далее.

Её историю можно отсчитывать от 28 июня 1932 года – в этот день указом наркома тяжёлой промышленности СССР Григория Орджоникидзе был образован Всесоюзный научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ). Со временем он стал одной из ведущих исследовательских площадок, занимавшихся разработкой композитных материалов, а также сплавов и полимеров. До 1940 года ВНИИ занимался вопросами металлических сплавов, в частности – разработкой авиационной брони.

Тем временем, в советском авиастроении намечался кризис. Большая часть самолётов имела или цельнодеревянную, или деревометаллическую конструкцию, которая не выдерживала растущих скоростей и мощностей. Конечно, уже строились цельнометаллические самолёты, в ходу был дюралюминий – но он был исключительно дорог, как и другие сплавы алюминия, и массовое производство самолётов с дюралюминиевым каркасом наладить было проблематично. Более того, заводы не имели ни опыта, ни мощностей для производства металлических профилей и вообще цельнометаллических самолётов. В общем, нужен был лёгкий, прочный и простой в обработке материал.

Решение нашёл главный инженер Кунцевского завода авиационных винтов и лыж Леонтий Иович Рыжков. В ходе опытов с винтами он разработал так называемую бакелитовую фанеру, позже получившую название «дельта-древесина». Делается она так: сперва берёзовый шпон плотно пропитывается спиртовым раствором фенолформальдегидной смолы, затем прессуется, а затем его слои склеиваются. Получившийся материал становится очень прочным, относительно лёгким и, что важно, негорючим!

Поскольку Кунцевский завод не имел мощностей для дальнейшей разработки, образцы и документы Рыжкова передали на ВИАМ, специализировавшийся на авиационных материалах. К 1940 году дельта-древесина была доведена до окончательного состояния группой инженеров под руководством Якова Аврасина. В институте в том числе разработали ВИАМ-3Б, специальный клей для бакелитовой фанеры.

Дельта-древесину тут же взяли на вооружение советские авиаконструкторы, в частности, Владимир Горбунов (разработчик истребителя ЛаГГ-3) и Семён Лавочкин. Из дельта-древесины изготавливали шпангоуты, лонжероны, нервюры, элементы фюзеляжа и так далее. Она была значительно крепче любого дерева, хотя и уступала дюралюминию. По сути, это был переходный вариант. Лавочкин, к слову, презентовал новый композит лично Сталину, который сперва попытался поджечь демонстрационный лонжерон от трубки, а затем – порезать перочинным ножом. Когда у него это не получилось, он отдал распоряжение наградить изобретателя орденом, который Рыжков несколькими неделями позже и получил.

Дельта-древесина сыграла значительную роль в отечественном авиастроении. Из неё делали даже воздушные рули первой ступени ракеты Р-7! Сегодня, как уже говорилось, этот композит потерял своё стратегическое значение, но используется в случаях, когда некий элемент должен быть деревянным и при этом – нагруженным, чаще всего – в мебельной промышленности, также — для рукоятей топоров и ножей, и так далее.

Дельта-древесина гораздо прочнее и дерева, и фанеры, в ней нет и не может быть пустот и воздушных карманов, она легко поддаётся обработке и не разрушается со временем.

Силикальцит

Ещё одна интересная история связана с появлением силикальцита – удивительно простого и функционального композита, изготовляющегося из 90% песка и 10% извести. По сути силикальцит – это искусственный камень, подобный застывшему бетону. Но у него есть целый ряд выгодных отличий от бетона. В частности, его относительно нетрудно изготовлять: для этого измельчённый песок спекают в автоклаве с частицами воздушной извести. Известь и песок значительно дешевле цемента, и при равных размерах блока из бетона и силикальцита, последний будет стоить намного меньше. Изобретатель силикальцита Йоханнес Хинт приводил целый список преимуществ своего композита: помимо низкой стоимости производства, он прочнее бетона и даже укрепляется, а не разрушается со временем, поскольку известь под действием воздуха постепенно становится известняком. Он легче – 1900 кг/м³ против 2200 кг/м³ у бетона, не изменяется в объёме при затвердевании и не требователен к сырью – производить его можно из самых разных типов песка.

И вот тут возникает вопрос – где же этот легендарный силикальцит, почему из него не строится всё вокруг? Ну, во-первых, конечно, многое из него строилось. Например, канал Москва – Волга облицован силикальцитными плитами. Сейчас его производство функционирует в Германии, Японии, США, Италии и так далее, например, крупным производителем является итальянская компания Sviluppo silicalcite. Редкость силикальцита в наших широтах обусловлена двумя факторами. Во-первых, у него есть недостатки: при производстве силикальцита образуется мелкодисперсная пыль, которая делает процесс достаточно вредным. Помимо того, применение автоклавов требует высокой квалификации сотрудников, и вообще технологический процесс пусть и одноступенчатый, но всё-таки довольно сложный. Второй же фактор – политический. В начале 1980-х изобретатель силикальцита попал в опалу, а все дальнейшие разработки по его изобретению были прекращены.

Вкратце же история такова. Йоханнес Александрович Хинт, уроженец Лифляндской губернии (ныне – Эстония), окончил в 1941 году Таллиннский политехнический институт, руководил эвакуацией ряда эстонских производств в РСФСР, попал в концлагерь, бежал, снова был арестован, а после войны вернулся в СССР и работал инженером-технологом. На досуге, по собственной инициативе, Хинт экспериментировал с измельчением кирпичей в дезинтеграторе. При раскручивании дезинтегратора сверх разрешённых частот (он делал это на свой страх и риск) в измельчённом материале происходили механохимические изменения, приводившие к упрочнению сырья, а при добавлении извести на выходе получился материал, который Хинт назвал силикальцитом.

Своё открытие Хинт впервые описал в 1948 году. Впоследствии технология заинтересовала руководство страны, появились производства силикальцита, он попал в реестры строительных материалов и ГОСТы, а в 1961 году был образован целый Технологический институт силикальцита, директором которого стал Хинт! Годом позже за изобретение силикальцита Йоханнес Хинт удостоился Ленинской премии.

Технология силикальцита была продана во многие государства – сперва в Италию и Японию, позже в Германию, Австрию, США. С Австрией вообще были тесные отношения: в 1974 году Хинт добился организации первого в СССР хозрасчётного (читай – частного) совместного с австрийцами предприятия AS Desintegraator, тремя годами позже – ещё одной компании, Dessim. К сожалению, попытки наладить частный бизнес в СССР простить не могли. Хотя Хинт не нарушал законодательства и обходил все запреты благодаря международному сотрудничеству, в 1981 году против него сфабриковали уголовное дело, лишили Ленинской премии и посадили. Все работы по силикальциту были прекращены, а Хинт умер в заключении. Позже его реабилитировали и доброе имя восстановили, но технология силикальцита в стране так и не возродилась.

Тем не менее, силикальцит продолжил своё шествие по планете. Сегодня он применяется если не повсеместно, то достаточно широко благодаря значительно большей, чем у бетона, прочности и меньшей массе. Заменить бетон у Хинта не получилось – но он изобрёл новый функциональный композит, применяющийся в ряде отраслей и двигающий строительную науку вперёд.

Аэрокосмическая отрасль

Конечно, изобретение нового композита – это значимое достижение. Новые композиционные материалы появляются ежедневно – это и ранее не существовавшие сочетания, и разновидности уже известных систем, например, углепластиков.

Тем не менее, есть в производстве композитов и ещё один аспект, о котором сторонний наблюдатель порой не задумывается. Важно разработать не только материал, но и правильную технику его применения. Особенно это касается случаев, когда композиты работают в «сообществе» с другими технологиями и материалами. Простой пример: есть композитный материал, который позволяет увеличить прочность конструкции и улучшить её механические свойства, а заодно облегчить систему. И есть технология сетчатых конструкций, ведущая свою родословную ещё от великого Шухова: она тоже позволяет облегчить и упрочнить систему. Можно ли сделать сетчатую структуру из композита? Из какого? Какое влияние это окажет на свойства системы? Как видите, вопросов много, хотя по отдельности мы можем описать и шуховскую технологию, и заданный композитный материал.

Именно такими исследованиями (и не только ими, конечно) занимаются специалисты Центрального научно-исследовательского института специального машиностроения (ЦНИИСМ), и в частности – автор ряда основополагающих трудов в теории оболочек Валерий Витальевич Васильев.

В 1980-е годы экономика Советского Союза постепенно шла на спад, но, тем не менее, ряд отраслей по-прежнему хорошо финансировался и был на подъёме. В первую очередь это касалось аэрокосмической отрасли, одного из фундаментов международного авторитета страны, а также «оборонки». В 1983 году началась разработка новых стратегических ракетных комплексов, приведшая в итоге к появлению РК РТ-23 УТТХ «Молодец» и ныне стоящих на вооружении РТ-2ПМ2 «Тополь-М». Серьёзно стояли вопросы максимального облегчения ракет при сохранении прочностной структуры и жёсткости.

И специалисты ЦНИИСМ предложили необычное решение – использовать не просто композитные материалы (это было на поверхности), а совместить их с сетчатой структурой, предложенной ещё Шуховым и используемой в промышленном строительстве. Со стройплощадки – в ракету? Да, звучало странно. Но идея, у истоков которой стоял Валерий Васильев, нашла поддержку, и работа закипела.

В итоге к концу 1980-х была готова технология: система рёбер из современных композитных материалов (в частности, однонаправленного углепластика) автоматически наматывалась на станках с программным управлением, образуя сетчатый цилиндр. Такая система жёсткости позволяла получить характеристики, несравнимо лучшие, чем если бы применяли многослойные композиты или сплавы, не говоря уже о лёгкости всей конструкции.

В принципе, сетчатые конструкции в авиастроение применяли и раньше – в частности, знаменитый британский бомбардировщик Vickers Wellington, выпущенный с 1936 по 1945 года в количестве более 11 000 машин, имел перекрёстные спиральные тонкостенные рёбра и обладал благодаря этому высокой живучестью – местные повреждения не влияли на прочность всего самолёта. Были и другие попытки применения такой технологии – но во-первых, они оставались единичными, а во-вторых, не комбинировались с композитными материалами.

Важно то, что композитные сетчатые структуры нашли себя и в мирной жизни. Они используются, в частности, в конструкции современной ракеты-носителя «Протон-М», поднимающей на орбиту многочисленные российские и иностранные спутники. Особенно эффективны они в конструкции переходных отсеков (адаптеров), соединяющих носитель с космическим аппаратом – при сравнении оказывается, что они на 60% легче металлических аналогов и на 25% — трёхслойных конструкций с сотовым заполнителем, применяемых в американских носителях. Валерий Васильев, ныне – академик РАН – по-прежнему занимается вопросом сетчатых конструкций из композитных материалов, ведёт научно-исследовательскую работу и выступает перед сообществами учёных.

Конечно, эти три пункта – всего лишь капля в море советских и российских разработок в области композиционных материалов. Работа идёт и сегодня. Мы не знаем, куда шагнут технологии через десять, пятьдесят или сто лет – но уверены, что за композитами – будущее.

Краткий анализ композитных материалов, используемых в качестве армирования бетона

Надежность, долговечность и безопасность имеют колоссальное значение, когда речь идет о проектировании и строительстве бетонной инфраструктуры. Крайне важно уменьшить традиционные дефекты железобетона, чтобы построить конструкции, которые могут достичь длительного срока службы. Армированная волокном полимерная (FRP) арматура оказалась замечательным строительным материалом, способным повысить прочностные параметры железобетона. В этом сообщении блога будет представлено краткое введение в композитные материалы FRP, используемые в качестве армирования в бетонных конструкциях.

За последние пару десятилетий композиты FRP превратились в структурно 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 готового к использованию материала, такого как арматура, либо в виде отдельных составляющих, таких как волокно и полимерная смола.

Невероятная эффективность композитных материалов для армирования бетона делает их привлекательной альтернативой традиционным армирующим материалам. Применимость полимерных стержней, армированных волокном, к гражданским конструкциям в качестве замены стальных арматур и стержней была тщательно исследована и проанализирована. Доступно большое количество исследований, касающихся структурной осуществимости и практических характеристик современных композитных материалов. Коррозионная стойкость, высокая прочность на растяжение и простота установки — вот некоторые из характерных особенностей стержней FRP, которые помогают создавать устойчивые бетонные конструкции.

Чтобы получить оптимальное сочетание свойств материалов, необходимо поддерживать качество составляющих материалов и производственный процесс 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 FRP непрерывной длины. Поверхность композитных стержней покрыта тонким слоем песка, чтобы улучшить сцепление 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. Являясь устойчивым к коррозии и электромагнитно прозрачным строительным материалом, стеклопластиковая арматура является перспективным материалом для конструкций, эксплуатируемых в морских и чувствительных средах. Ниже приведены некоторые из идеальных областей применения арматуры из стеклопластика:

Конструкции, возводимые в потенциально агрессивных средах: настилы мостов, подпорные стены, инфраструктура общественного транспорта, дороги и т. д.
Сооружения, построенные вблизи морской воды: сваи, палубы, бассейны, плавучие конструкции, рампы для лодок, 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 средства, исследовательские центры, военные сооружения и т. д.
Временные бетонные конструкции: горные работы, проходка туннелей, бурение и т. д.

После обширных исследований, кодов проектирования и наличия практических данных инженеры-строители все больше доверяют продуктам для арматуры из стеклопластика. Композиты FRP, несомненно, являются строительным материалом 21 века.

Автор Tuf barОпубликовано 13 июня 2017 г. Рубрики Без рубрики

Решения для устойчивого строительства

[Решено] Железобетон представляет собой композиционный материал, состоящий из бетона…

sectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pellentesque dapibus efficitur laoreet. Nam risus ante, dapibus a molestie consequat, ultrices ac magna. Fusce dui lectus, congue vel laoreet ac, dictum vitae odio. Донец Аликет. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pellentesque dapibus efficitur laoreet. Nam risus ante, dapibus a molestie consequat, ultrices ac magna. Fusce dui lectus, congue vel laoreet ac, dictum vitae odio. Делайте
sectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pellentesque dapibus efficitur laoreet. Nam risus ante, dapibus a molestie consequat, ultrices ac magna. Fusce dui lectus, congue vel laoreet ac, dictum vitae odio. Донец Аликет. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pellentesque dapibus efficitur laoreet. Nam risus ante, dapibus a molestie consequat, ultrices ac magna. Fusce dui lectus, congue vel lao
sectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pellentesque dapibus efficitur laoreet. Nam risus ante, dapibus a molestie consequat, ultrices ac magna. Fusce dui lectus, congue vel laoreet ac, dictum vitae odio. Донец Аликет. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pellentesque dapibus efficitur laoreet. Nam risus ante, dapibus a molest
sectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pellentesque dapibus efficitur laoreet. Nam risus ante, dapibus a molestie consequat, ultrices ac magna. Fusce dui lectus, congue vel laoreet ac, dictum vitae odio. Донец Аликет. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis.
sectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pellentesque dapibus efficitur laoreet. Nam risus ante, dapibus a molestie consequat, ultrices ac magna. Fusce dui lectus, congue vel laoreet ac, dictum vitae odio. Донец Аликет. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Nam lacinia pul
sectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pellentesque dapibus efficitur laoreet. Nam risus ante, dapibus a molestie consequat, ultrices ac magna. Fusce dui lectus, congue vel laoreet ac, dictum vitae odio. Донец Аликет. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pellentesq
sectetur adipiscing elit. Nam lacinia pulvinar tortor nec facilisis. Pellentesque dapibus efficitur laoreet. Nam risus ante, dapibus a molestie consequat, ultrices ac magna.