Композитная арматура это: Композитная арматура — плюсы и минусы, отзывы, характеристики, свойства

Стоит ли доверять композитной арматуре

Композитная арматура – сравнительно молодой в строительстве материал, который, несмотря на свой возраст, успел себя положительно зарекомендовать среди сообщества строителей, и прочно обосноваться на стройплощадке, потеснив стальную арматуру. Это – материал, состоящий из нескольких компонентов. Точнее, основных компонентов два:

1. Волокна, которые несут основную нагрузку, и непрерывно тянутся по всей длине арматурного стержня. Объем волокон должен быть не менее 75% от массы арматуры.
2. Связующее на основе термореактивных смол, благодаря которому компоненты соединяются в единое целое.

Диаметр арматуры, согласно нормативному документу ГОСТ 31938-2012, устанавливается и используется следующий: 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28 и 32 мм. Из них диаметры от 4 до 8 производятся и продаются в скрученном виде (мотках, барабанах), что облегчает транспортировку. Остальные диаметры производятся и продаются в прутках со стандартной длиной 6 – 12 метров.

Состав композитной арматуры бывает различный, и, в зависимости от компонентов, меняются свойства и себестоимость готового продукта.

Какая бывает композитная арматура

Классификация композитной арматуры в соответствии с составом волокон, несущих основную нагрузку, следующая:

• стеклопластиковая,
• базальтокомпозитная;
• углекомпозитная,
• арамидокомпозитная
• комбинированная композитная арматура.

В последнем варианте разные волокна комбинируются в необходимой пропорции. Оптимальный вариант по себестоимости и свойствам – стеклопластиковая арматура, которая и получила наибольшее распространение.

На наружную оболочку композитной арматуры следует обратить особое внимание. Арматура (и композитная, и стальная) должна как можно плотнее сцепляться с бетоном, который она армирует, и эту задачу решает именно наружная поверхность. У разных производителей оболочка выполнена по-разному; например, где-то – это выступы волокон определённой формы, где-то – песок крупной фракции, и т. д.

Как правильно укладывать композитную арматуру

Перед заливкой бетонного элемента композитная арматура укладывается и вяжется в виде пространственного жесткого каркаса. Если вы покупали материал в бухте, её необходимо размотать, разрезать на нужные отрезки, и дать ей распрямиться, отлежаться, вернуть свою форму.

Далее, мы определяем необходимую для нашего бетонного изделия форму каркаса (или прибегая к помощи квалифицированных специалистов, или ищем информацию в интернете, и на свой страх и риск сами проектируем каркас). К сожалению, каждое изделие индивидуально, и в каждом конкретном случае правильный путь – это работа инженера-проектировщика, который в составе проекта дома, опираясь на расчетные данные проекта дома, предоставит дополнительно формы и размеры каркасов для армирования, а также диаметр арматуры и другие данные.

В местах пересечения прутков их необходимо зафиксировать. Фиксация выполняется либо при помощи специальных кляймеров (это идеальный вариант), либо при помощи пластиковых хомутов, если нет специализированного крепежа. Угловые пересечения прутков могут быть выполнены либо в металле (комбинируем композитный каркас и стальную арматуру), либо могут быть изготовлены на заводе-производителе цельнолитым элементом.

Так, как композитный каркас имеет малую жесткость и меняет свои размеры от малейших наружных воздействий, его необходимо закрепить. Идеальным решением будет применение стальных элементов каркаса, которые увеличат жесткость и позволят композитным пруткам не сдвинуться с места при заливке бетоном.

Что лучше: композитная или стальная арматура?

Поскольку до композитной арматуры свойства бетона улучшали исключительно стальной арматурой, и композитная арматура является прямым конкурентом стальной, повсеместно принято сравнивать два вида арматуры. Сравним и мы.

Итак, плюсы композитной арматуры:

1. Вес. Композитная арматура весит меньше в несколько раз.
2. Форм-фактор. Композитная арматура малых диаметров продается в скрученном виде, в бухтах. Это позволяют транспортировать её на личном автомобиле.
3. Коррозия на стеклопластиковую арматуру не распространяет свое действие, в отличие от стальной арматуры. Вследствие этого, более долгая служба.
4. Не проводит электричество. Не создает препятствий для радиосигналов, для сигналов мобильных телефонов.
5. Более устойчива к воздействию отрицательных температур. Сталь при низких температурах становится более хрупкой, композитная арматура сохраняет свои свойства.
6. Теплопроводность небольшая, вследствие этого дом, армированный композитной арматурой, в холодное время года лучше сохраняет тепло.
7. Экологична. Не наносит вред природе при разложении.

Минусы композитной арматуры:

1. Не пластична. Арматуру в условиях строительства часто необходимо гнуть, с последующим сохранением формы. Стальная арматура гнется и фиксируется в согнутом положении, а вот стеклопластиковая, к сожалению, нет. После того, как термореактивная смола-связующее затвердеет, изменить её форму уже нельзя, можно только сломать. Но выход есть, и даже не один: можно заказать на заводе арматуру какой угодно формы или комбинировать стальную и композитную арматуру.
2. Не сваривается. К сожалению, сварка композитной арматуры невозможна. Но есть решение. Если есть такая необходимость, можно использовать композитную арматуру, оканчивающуюся металлическими прутками. Соединение композитной арматуры и металлического прутка выполняется на производстве.
3. Не стойка к тепловому разрушению. Держит температуру до 150-160 градусов по цельсию. То есть, при пожаре бетон, армированный стальной арматурой, при разрушении повиснет на прутках стали, а вот бетон с композитной арматурой после нагрева более 150 градусов, просто упадет.
4. Высокая вредность при резке. При обработке образуются мельчайшие острые частицы, загрязняющие рабочее пространство, угрожающие дыхательным путям, органам зрения.
5. Не жесткая. Модуль упругости композитной арматуры меньше аналогичного у стальной в 4 раза. То есть, для того, чтобы армированный композитной арматурой бетон работал на растяжение так же, как армированный стальной арматурой, нужно увеличить диаметр композитной арматуры. Пример: диаметр стальной арматуры 12 мм, диаметр композитной арматуры должен быть 24 мм. То есть, это не выгодно экономически, и для перекрытий лучше брать стальную арматуру.

Вывод: Композитная арматура имеет как плюсы, так и минусы. Поэтому, в каждом конкретном случае нужно тщательно взвесить все качества стальной и композитной арматуры, и выбрать для себя нужный вариант в соответствии с конкретной ситуацией.

Композитная арматура: виды, химический состав, свойства

Композитная арматура из полимерных материалов – материал, предназначенный для замены металлических аналогов в местах с высокой вероятностью воздействия агрессивных сред. Полимерные изделия эффективны во влажных средах, особенно в местах контакта с морской водой.

Виды композитной арматуры в зависимости от исходного материала

Эта продукция состоит из волокон различного происхождения и полимерной связующей пропитки. Для производства этих изделий используется несколько видов сырья, состав которого определяет свойства материала:

• стекловолокно – стекловолоконная арматура АСК с поперечным рифлением;
• арамидное волокно – изделия ААК;
• базальтовое волокно, образуемое из расплава диабаза или базальта – базальтопластиковая арматура АБК с продольным рифлением;
• углеводородное волокно – углекомпозитная арматура (АУК), на сегодняшний день используется мало.

Поверхность стержней может быть двух типов:

• периодической – стержень обматывается полимерным канатом, изделие покрывается прозрачной термореактивной смолой, такая форма обеспечивает прекрасное сцепление с бетонной смесью;
• условно-гладкой, покрытой мелкофракционным кварцевым песком.

Примерный состав композитной полимерной арматуры и базовые механические свойства стеклопластиковых изделий регламентируются ГОСТом 31938-2012. Производители самостоятельно подбирают точную рецептуру, а проектировщики делают расчеты в соответствии с их рекомендациями.

Особенности использования полимерной арматуры

Использование металлических усиливающих элементов – классическая строительная технология, для которой характерен ряд серьезных недостатков.

• Большой удельный вес металлических элементов в железобетоне требует сооружения массивного усиленного фундамента. Удельный вес полимерной арматуры примерно в 7-8 раз ниже аналогичного показателя стальных изделий.
• Коррозия стального арматурного каркаса ослабляет прочность сооружений. Пластиковая арматура коррозии не подвержена, проявляет хорошую стойкость к морской воде, аммиачным растворам, соляной, серной и другим кислотам.
• Полимерная продукция устойчива к воздействию низких температур.
• Высокая электропроводность стали – нежелательный фактор при эксплуатации некоторых типов сооружений, например, в которых расположены приборы, чувствительные к электромагнитному влиянию. Полимеры – диэлектрики, магнито- и радиопрозрачны.
• Дополнительный плюс – возможность сматывать изделия в бухты с последующим возвращением в исходное состояние. Изделия могут иметь любую длину, у металлической продукции ограничение – 12 м.

Минусы использования полимерной арматуры

• Существенный недостаток – потеря рабочих характеристик при температурах, начиная с +120°C.
• Для соединения неметаллической арматуры нельзя применять сварку, а только пластиковые хомуты или вязальную проволоку.
• Из композитных стержней нельзя сформировать углы конструкций и криволинейные области.
• Неметаллическая арматура не пригодна для связи с колоннами, для этих целей может использоваться только металлопрокат.
• Ограниченное применение в плитах перекрытий.

Области применения неметаллических усиливающих элементов

Композитная арматура востребована:

• при создании бетонных конструкций в строительстве жилых, общественных и промышленных объектов;
• для проведения ремонтных и реставрационных работ;
• для осуществления кирпичной кладки с гибкой связью;
• при устройстве наливных полов;
• в строительстве дорог для усиления покрытий и укрепления откосов;
• для создания конструкций, препятствующих размыву берегов;
• возможно применение в ленточных фундаментах нетяжелых строений, возводимых на прочных грунтах.

Что такое армирование и матрица в композитах?

Слово «составной» означает «состоящий из двух или более отдельных частей». Таким образом, материал, состоящий из двух или более отдельных составляющих материалов или фаз, может считаться композитным материалом . Армирование и матрица являются двумя фазами композиционного материала.

Однако мы признаем материалы композитами только тогда, когда составляющие фазы не растворяются друг в друге и имеют существенно разные физические свойства, и, таким образом, свойства композита заметно отличаются от свойств составляющих.

Материал считается композиционным, если

1. Комбинация материалов должна приводить к значительным изменениям свойств
2. Содержание составляющих, как правило, более 10 % 5), чем другой компонент

Один компонент называется усиливающей фазой , а тот, в который он встроен, называется матрицей. Материал армирующей фазы может быть в форме волокон, частиц или хлопьев. Материалы матричной фазы обычно являются непрерывными.

Армирование в композитах

Армирование может представлять собой волокна, частицы ткани или усы. эти усиления в основном используются для повышения механических свойств композита.

Основной целью армирования является

• Обеспечение превосходных уровней прочности и жесткости композита.
• Армирующие материалы (графит, стекло, карбид кремния, оксид алюминия) могут также обеспечивать тепло- и электропроводность, контролируемое тепловое расширение и износостойкость в дополнение к структурным свойствам.
• Наиболее широко используемой формой армирования в высокоэффективных композитах являются жгуты волокон (нескрученный пучок непрерывных нитей).
• Волокнистые мононити используются в ЧВК, ММС и ОМЦ; они состоят из одного волокна диаметром обычно ≥100 мкм.
• В ММС частицы и рубленые волокна являются наиболее часто используемой морфологией армирования, и они также применяются в ФМС.
• Усы и тромбоциты в меньшей степени используются в ЧВК и ММС.

Матричный материал в композитах

Матричный материал представляет собой однородный и монолитный материал, в который встроена и полностью непрерывна система армирования композита.

Пожалуйста, включите JavaScript

Основное назначение Матрицы

• Связывание армирования вместе благодаря его когезивным и адгезионным характеристикам.
• Для передачи нагрузки на арматуру и между арматурами матрица позволяет полностью использовать прочность арматуры, обеспечивая эффективную передачу нагрузки от внешних сил на арматуру.
• Матрица обеспечивает жизненно важную неупругую реакцию, так что концентрации напряжений резко снижаются, а внутренние напряжения перераспределяются из-за сломанной арматуры.
• Для защиты арматуры от окружающей среды и манипуляций.
• Матрица также придает композиционному материалу твердую форму, что облегчает обращение с ним во время производства и обычно требуется для готовой детали.
• Будучи непрерывной фазой, матрица, таким образом, контролирует поперечные свойства, межслойную прочность и прочность композита при повышенных температурах.
• Поскольку арматура обычно прочнее и жестче, матрица часто является «слабым звеном» в композите с точки зрения конструкции.

Заключение

Мы обсудили основное назначение армирования и матрицы в композиционных материалах. Если у вас все еще есть какие-либо мысли по этой теме, сообщите нам об этом в разделе комментариев ниже.

Полимерные композиты Часть 3: Обычное армирование, используемое в композитах

В этом вводном посте будут представлены обычные армирующие материалы для композитов. Это послужит основой для будущих дискуссий по препрегам, ламинатам и широкому спектру композитов, армированных волокном. Выбор армирования является критическим фактором при проектировании или выборе композитных материалов, поскольку во многих случаях свойства композита определяются армированием. Усиления обычно неизотропны (т. е. имеют направленность), что приводит к свойствам, которые могут различаться в направлениях X, Y и Z. Например, однонаправленный волокнистый композит может иметь очень высокую прочность в направлении волокна из-за того, что большая часть нагрузки приходится на волокно, и низкую прочность в поперечном направлении из-за нагрузки, которую несет полимерная матрица. Композиты спроектированы таким образом, что большая часть нагрузки приходится на арматуру, что обеспечивает высокое соотношение прочности к весу. Химическая природа армирования, а также форма армирования являются важными параметрами конструкции композита. В следующих двух разделах будут обсуждаться типы армирования и формы армирования.

Типы армирования

• Стекловолокно
• Углеродные или графитовые арамидные (кевларовые) волокна
• Волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ)
• Экзотические волокна (бор)
• Наполнители в виде частиц (керамические наполнители (карбонат кальция, пирогенный кремнезем), металлические наполнители)

На Рисунке 1 показана кривая напряжения-деформации для некоторых типичных волокон, используемых в композитах.

Рисунок 1. Напряжение растяжения в зависимости от деформации растяжения для различных армирующих материалов, обычно используемых в композитах (1)

Наиболее распространенным типом композитной арматуры является Е-стекло. Судя по данным напряжения-деформации, E-стекло имеет самый низкий модуль, но имеет относительно хорошую прочность на растяжение. Е-стекло также является самым недорогим стеклянным волокном. E-стекло обычно доступно во многих формах (см. Ниже). S-стекло обладает более высоким модулем упругости и прочностью на растяжение, но имеет более высокую стоимость по сравнению с Е-стеклом. Двигаясь влево на рисунке 1, можно увидеть, что Kevlar 49 имеет более высокий модуль и прочность на растяжение по сравнению со стеклянными волокнами. Углеродные волокна имеют самые высокие модули, а высокопрочные углеродные волокна имеют примерно такую ​​же прочность на растяжение, как Е-стекло, но со значительно более высоким модулем. Обратите внимание, что для высокомодульного углеродного волокна прочность на растяжение снижается, поэтому это волокно будет использоваться там, где модуль и жесткость будут более важными критериями проектирования. Таблица 2.1 в ссылке 1 дает хороший обзор свойств материалов (модуль растяжения, предел прочности при растяжении, предел прочности при растяжении, КТР и коэффициент Пуассона) для широкого спектра коммерческих армирующих волокон.

Общие формы армирования:

• Непрерывные жгуты (однонаправленные)
• Ткани и плетеные рукава (двунаправленные)
• Непрерывные рубленые волокна (дискретные волокна и волокнистые маты)
• Наполнители в виде частиц

На следующем рисунке схематично показаны различные формы армирования и то, как они используются в многослойной укладке в готовом композите.

Рисунок 2. Основные строительные блоки армированных волокном композитов (1)

После выбора типа волокна (например, стекло, углерод, кевлар) в зависимости от применения выбирается форма. Однонаправленные волокна могут выдерживать высокие нагрузки при использовании, но обычно их необходимо накладывать слоями в укладке для достижения желаемых свойств. Как видно на ламинате в левом нижнем углу рисунка 2, несколько однонаправленных слоев уложены друг на друга по координатам 0 ^o , 90 ^o и 45 ^o (0, 90, 45, 45, 45, 45, 45, 90,0) в симметричной раскладке. Преимущество тканых тканей заключается в том, что геометрия переплетения может быть адаптирована для придания требуемых свойств в направлениях X и Y. Тканые ткани имеют разные типы переплетения (полотняное/квадратное, саржевое, атласное) и могут иметь различное количество пряжи в направлениях X (основа) и Y (уток/наполнитель). Например, стеклоткани сатинового переплетения обладают хорошей драпируемостью (для формирования сложных криволинейных форм) и малой извитостью. Извитость представляет собой угол между пересекающимися волокнами, а более низкая извитость обеспечивает улучшенные механические свойства, поскольку более прямые волокна могут выдерживать более высокие нагрузки.

Композиты, изготовленные с использованием компаундов для объемного формования (BMC) и компаундов для формования листов (SMC), изготавливаются из рубленого стекловолокна. BMC обычно содержат беспорядочно ориентированные короткие нарезанные волокна E-стекла. Материалы SMC также изготавливаются с использованием случайно ориентированных рубленых волокон E-стекла.