Что лучше композитная или металлическая арматура: Сравнение композитной и металлической арматуры. Какая арматура лучше: стеклопластиковая или стальная?

Какая арматура лучше — металлическая или стеклопластиковая: сравнение, плюсы и минусы

По причине активного внедрения в строительную отрасль новых технологий многие специалисты задаются вопросом, какая арматура лучше решит задачу укрепления бетонных конструкций: металлическая или стеклопластиковая? Чтобы обоснованно сделать такой выбор, следует разобраться в преимуществах, которыми обладает арматура из стеклопластика по сравнению с металлическим аналогом. Несмотря на свое относительно недавнее появление, она уже приобрела огромную популярность на рынке строительных материалов.

Стеклопластик или металл?

Особенности стеклопластика

Арматура, изготовленная из стеклопластика, — это пруток, диаметр которого может находиться в интервале 4–18 мм, а длина составлять до 12 метров. Производится он из сверхпрочного пластика. На поверхность такого прутка в процессе его изготовления наносятся спиралевидные ребра, благодаря которым обеспечивается его надежное сцепление с бетонными конструкциями.

Пластиковая арматура, если сравнивать ее с металлическими изделиями аналогичного назначения, благодаря своим прочностным характеристикам и коррозионной устойчивости позволяет создавать более надежные и долговечные каркасные сооружения, что и объясняет популярность, которую активно приобретает данный материал.

Сравнение характеристик металлической и композитной арматуры

Немаловажным является и то, что арматура, изготовленная из стеклопластика, в отличие от металлических изделий, требует особых условий производства, использования качественного сырья и специального оборудования, поэтому ее изготовление в кустарных условиях исключено. Именно поэтому, приобретая на современном строительном рынке арматуру, изготовленную из стеклопластика, вы можете быть уверены в том, что это материал, изготовленный в полном соответствии с требованиями соответствующего нормативного документа.

Уникальные характеристики, которыми отличается арматура, сделанная из стеклопластика, объясняются свойствами ее структуры, включающей в себя:

• внутренний стержень, обеспечивающий прочность арматуры; такой стержень изготовлен из параллельных стеклопластиковых волокон, надежно соединенных полимерной смолой;
• внешний слой, который представляет собой волокнистое тело, накрученное по спирали вокруг внутреннего стержня; этот слой стекловолокна может быть нанесен по технологии песчаного напыления или двунаправленной навивки.

Стеклопластиковая арматура лучше, чем стальная, работает на сжатие на 30%, а на растяжение на 20%

Стеклопластиковая арматура, в зависимости от предпочтений производителя, может быть изготовлена по различным методикам. Так, на современном рынке есть возможность встретить изделия, внутренний стержень которых выполнен в виде косички из стеклопластикового волокна.

Достоинства и недостатки арматуры из стеклопластика

Арматурные каркасы, выполненные не из традиционных металлических, а из стеклопластиковых элементов, отличаются следующими преимуществами.

• В отличие от металлических, имеют легкий вес сооружений, которые не создают значительной нагрузки на фундамент строения, что позволяет продлить срок его эксплуатации.
• Стеклопластиковые элементы арматурных каркасов, в отличие от своих металлических аналогов, лучше переносят нагрузки на разрыв, что дает возможность использовать их при укреплении наиболее ответственных бетонных конструкций. Стеклопластиковые арматурные каркасы характеризует оптимальное соотношение их легкого веса и высокой прочности, что позволяет отнести их к отдельной группе строительных материалов, набирающих с каждым годом все большую популярность.
• В отличие от металлической арматуры, которая подвержена окислительным процессам и с течением времени уменьшает прочность фундаментных конструкций, каркасы из стеклопластиковых элементов не поддаются влиянию таких негативных факторов внешней среды.
• Части арматурных систем, изготовленные из стеклопластика, являются диэлектриком и не проводят электрический ток, что также сказывается на их долговечности. Используемые в качестве элементов заземления металлические арматурные конструкции под воздействием электрического тока окисляются значительно быстрее, чего нельзя сказать о прутках из композитных материалов. Естественно, арматуру из стеклопластика нельзя использовать в качестве заземляющего элемента, но это только самым положительным образом сказывается на ее долговечности.
• Износоустойчивость стеклопластиковой арматурной конструкции, как и стальной, также находится на достаточно высоком уровне.
• Коэффициент теплового расширения арматурного каркаса, изготовленного из стеклопластиковых элементов, имеет очень близкое значение с аналогичным параметром бетонных конструкций, что значительно снижает риск образования в них трещин при использовании подобного материала.

Соотношение диаметров стержней при устройстве армирующего каркаса фундамента

Если судить по отзывам, то можно выделить следующие недостатки стеклопластиковой арматуры.

• В сравнении с изделиями из металла арматура из стеклопластика обладает значительно большим модулем упругости, превышающем аналогичный параметр стальных изделий приблизительно в 4 раза. Означает этот факт то, что стеклопластиковые элементы по сравнению с металлическими будут значительно лучше прогибаться под воздействием механических нагрузок. При использовании данных элементов для армирования дорожного полотна и фундамента такая их характеристика является некритичной, но для укрепления плит перекрытия лучше использовать металлические конструкции или производить дополнительные расчеты.
• Армирующие элементы, изготовленные из стеклопластика, обладают свойством сильно размягчаться и терять свою упругость при нагревании до температуры 600 градусов. Поэтому при использовании стеклопластиковых деталей лучше позаботиться о надежной теплоизоляции каркаса, произведенного из композитных материалов.
• Выполненные из стеклопластика арматурные прутки нельзя сваривать, в отличие от металлических, поэтому если необходимость в такой операции имеется, лучше воспользоваться изделиями, во внутреннюю часть которых еще на стадии их производства вмонтирована стальная трубка.
• Арматуру, изготовленную из композитных материалов, лучше не сгибать на строительной площадке: это может вызвать ее повреждение. Такую операцию, ориентируясь на чертежи арматурного каркаса, лучше выполнить на производственной площадке.
• Сложность и непривычная для современных строителей технология монтажа — еще один недостаток армирующих элементов, изготавливаемых из стеклопластика. Между тем такой недостаток нельзя считать слишком значительным, если учитывать, какой надежностью и долговечностью отличаются стеклопластиковые конструкции.

Крепление стеклопластиковой арматуры с помощью хомутов и фиксаторов

Применение арматуры из стеклопластиковых материалов

Уникальные характеристики, которыми отличается арматура, изготовленная из стеклопластиковых материалов, позволяет применять ее в самых различных сферах. Так, данный материал успешно используется в следующих областях:

• укрепление фундаментных систем, в особенности тех, которые относятся к ленточному типу;
• армирование бетонных конструкций, которые играют роль опорных элементов, в частности, опор ЛЭП;
• укрепление бетонных элементов различных ограждений, мостовых систем, дорожного полотна;
• армирование элементов железнодорожных путей, тротуарной плитки;
• укрепление бетонных конструкций, подверженных высокой коррозионной и динамической нагрузке: причалов, доковых сооружений и др.;
• укрепление береговых сооружений;
• монтаж канализационных и мелиоративных сооружений;
• использование в качестве стержней и сеточных систем в сельском хозяйстве и различных отраслях промышленности;
• монтаж сейсмостойких поясов в бетонных конструкциях различного назначения.

Пример использования композитной арматуры при возведении стен по технологии несъемной опалубки

Арматурные элементы, изготовленные из стеклопластика, — это инновационный материал, использование которого позволяет избежать трещин и разрушений в бетонных конструкциях. Преимуществом его применения является и то, что он способен сохранять свои характеристики на протяжении длительного периода времени, чего нельзя сказать о его металлическом аналоге. Между тем выбирая, какие армирующие элементы лучше использовать, следует иметь в виду, что изделия из композитных материалов, достаточно недавно появившиеся на строительном рынке, еще не прошли длительной проверки на практике.

Какую арматуру выбрать: стеклопластиковую или металлическую, каждый пользователь решает сам, но в пользу изделий из стеклопластика и других композитных материалов говорят их механические характеристики, надежность и долговечность.

Выбираем между металлической арматурой и стеклопластиковой продукцией. Все «за» и «против». Мнения и отзывы

В строительной отрасли все чаще и активнее используются новые технологии и высокотехнологичные инновационные материалы, качественные и эксплуатационные параметры которых на порядок превышают аналогичные показатели обычного строительного сырья. Одним из перспективных направлений развития передовых материалов является создание стеклопластиковой арматуры, которая, несмотря на свое недавнее появление, уже успела стать достойной альтернативой металлическому аналогу.

Что такое стеклопластиковая арматура?

Внешне стеклопластиковая арматура, многочисленные отзывы о которой Вы можете найти у нас на сайте, напоминает специальный стержень из сверхпрочного пластика диаметром 4-18 мм и длиной до 12 м.

Поверхность спиралевидного профиля на ощупь ребристая, благодаря чему ее крепление в бетонное основание получается наиболее прочным и надежным, следовательно, подходит для успешного выполнения широкого спектра строительно-монтажных работ.

стеклопластиковая арматура

преимущества стеклопластиковой арматуры

 

Сравнивая прочностные характеристики традиционной и известной всем арматуры из металла и перспективным стеклопластиковым изделиям, обнаружим, что каркас последней более устойчив, что увеличивает в несколько раз эксплуатационный период различных конструкций промышленного, гражданского или строительного назначения даже в условиях агрессивной внешней среды. Особая, сложнейшая технология изготовления, использование качественного сырья и современного оборудования полностью исключают возможность кустарного изготовления, поэтому вся стеклопластиковая продукция, которую Вы встретите на рынке, произведена в заводских условиях в соответствии с требованиями и нормами ГОСТов.

Достоинства и недостатки стеклопластиковой арматуры. Отзывы

Прежде всего, отметим важнейшие характеристики арматуры, не имеющей металлических опор:

• Легкий вес, не создающий дополнительную нагрузку на основание фундамента, что позволяет увеличить срок службы здания;
• Отличная устойчивость к разрывам дает возможность применять стеклопластиковые элементы на наиболее ответственных и сложных участках. Композиция малого веса и хорошей прочности выделили подобный строительный материал в отдельную группу и сделали его наиболее популярным;
• Хорошая устойчивость к агрессивному воздействию окружающей среды. Вспомним металлическую арматуру, которая со временем окисляется и негативным образом сказывается на технических характеристиках строения;
• В некоторых отзывах о целесообразности использования арматуры из стеклопластика можно встретить упоминание о том, что этот стройматериал не является проводником электрического тока. И это правда. Отметим, что постоянный ток, который присутствует в металлической арматуре, используемой для заземления, считается катализатором процесса окисления металла, что, как мы обозначили выше, пагубно сказывается на эксплуатационных параметрах стен. Безусловно, арматура из стеклопластика не предназначена для обустройства столь удобного заземления, но на сроке эксплуатации дома Вы явно выиграете;
• Высокая износоустойчивость гарантирует длительный срок службы.

сравнительная характеристика видов арматуры

таблица равнопрочной замены металлической арматуры на стеклопластиковую

 

Обобщив отзывы об использовании стеклопластиковой арматуры в строительстве, выделим следующие отдельные негативные моменты:

1. Сравнивая модуль упругости арматуры из стеклопластика и из стали, отметим, что первый вариант проигрывает приблизительно в 4 раза, другими словами, при одинаковом диаметре стеклопластиковая продукция будет значительно сильнее прогибаться. Этот показатель позволяет применять подобный материал при создании дорожных плит и выполнении фундаментных работ, однако при изготовлении плит перекрытий понадобятся дополнительные расчеты;
2. Нагреваясь до 600˚С, композит значительно размягчается и теряет упругость. Поэтому для повышения огнеупорности необходимо задуматься о проведении дополнительных теплоизоляционных мероприятий тех конструкций, в которых используется композитный, стеклопластиковый материал;
3. Судя по многочисленным отзывам, электросварка в отношении арматуры из стеклопластика недопустима. Вместо нее можно воспользоваться трубками из стали, которые традиционно монтируются внутрь стержня непосредственно на заводе. С такими изделиями можно работать с помощью электрической сварки;
4. Не рискуйте сгибать арматуру из стеклопластика на строительной площадке, Вы можете повредить ее. Целесообразнее придать ей нужную форму еще на производстве, ориентируясь на готовые чертежи будущего здания;
5. Пожалуй, к последнему, но существенному недостатку можно отнести сложность монтажа. Впрочем, это не должно отпугнуть профессионального строителя, ведь на кону – надежность, прочность и эффективность.

Сфера применения

Изучив мнения пользователей, определив и разложив по полочкам все плюсы и минусы инновационного продукта, смело можно сказать, что она не ограничивается узконаправленным применением, а активно используется в самых различных областях:

1. Фундаментные работы, в особенности ленточного типа;
2. Создание опор освещения, ЛЭП;
3. Дорожная реконструкция, строительство опор для ограждающих конструкций, мостов, усиления полотна;
4. Для повышения прочностных характеристик ж/д шпал, тротуарной плитки, дорожных плит;
5. В подверженных ускоренной коррозии конструкциях: причалах, доках, в сооружениях с высокой динамической нагрузкой;
6. Берегоукрепление;
7. Канализационные, мелиоративные работы;
8. В роли стержней и сеток в сооружениях промышленного и сельскохозяйственного назначения;
9. Для сооружения сейсмоустойчивых поясов вновь возводимых конструкций.

Обобщая вышесказанное, можно сделать вывод, что стеклопластиковая арматура – это надежный и прочный строительный материал нового поколения, который исключает образование трещин и разрушений в бетонном основании, а также сохраняет свои первоначальные механические характеристики в течение длительного времени. В следующей статье мы расскажем как устанавливать столбы для электричества на участке.

Какая арматура лучше — металлическая или стеклопластиковая

При строительстве фундамента, производится его обязательное армирование. Раньше, когда арматура выпускалась только из металла вопрос о ее выборе не стоял так остро. Достаточно было только рассчитать количество материала и выбрать подходящее сечение.

Сегодня, кроме металлической арматуры существует еще и стеклопластиковая. Поэтому у частных застройщиков появляется вопрос: Какая арматура лучше — металлическая или стеклопластиковая?

В этой статье попробуем в этом разобраться и проведем сравнение стеклопластиковой и металлической арматуры.

Стеклопластиковая арматура

По отношению к этому материалу есть стереотипы: пластик — значит хрупкий, горит и т.д. Однако если знать где она применяется, то мнение кардинально меняется. Сфера применения арматуры из стеклопластика:

1. Возведение ЛЭП;
2. Строительство и ремонт дорожного полотна;
3. Возведение ограждающих опор и мостов;
4. Строительство объектов химической промышленности;
5. Объекты требующие отсутствия электромагнитного излучения;
6. Несъемная опалубка и армирующие пояса зданий, в районах с высокой сейсмической активностью.

Видео: Композитная арматура — сравнение со стальной

Достоинства стеклопластиковой арматуры

Одним из преимуществ читается — небольшой вес. Ее вес в пять раз меньше по сравнению с классической арматурой из металла. Отсюда вытекает еще несколько плюсов, а именно: с ней становится легче не только работать, но и доставлять на площадку. Эта арматура выпускается в бухтах, поэтому для транспортировки не потребуется нанимать длинномер.
Не проводит электроток и не создает электромагнитных помех. Благодаря таким качествам стала широко применяться при обустройстве и реконструкции коммуникаций аэропортов и больниц.
Можно использовать в агрессивной среде: морская вода, щелочь, кислота. Устойчива к морозам, не теряет свойства даже при температуре минус 40º С.

Остальные достоинства:

• доступна любая длина стержня;
• высокая прочность на разрыв;
• не подвержена коррозии.

Недостатки

Несмотря на все свои плюсы, этот материал имеет и минусы. Из недостатков можно выделить:

Прут из стеклопластика изогнуть не получится. Если при строительстве есть необходимость в фигурном армировании лучше выбирать стальную арматуру;

Нельзя сваривать. Хотя лучший способ соединения считается связывание прутов арматуры, все же иногда возникает необходимость в электросварке;

Низкий показатель термостойкости. Стеклопластик выдерживает температуру до плюс 100º С, при температуре выше он начинает плавиться. Поэтому после пожара конструкция здания будет ненадежной.

Металлическая арматура

Классическая арматура из металла проверенна временем и в некоторых случаях просто незаменима. Сфера применения широка, вот только несколько пунктов где без нее не обойтись:

Конструкции из железобетона — не смотря на достоинства пластиковой арматуры, при армировании бетона используется металлическая, а стеклопластик играет вспомогательную роль;

Используется при строительстве конструкций гражданского и промышленного назначения, изготовление тяжелого бетона и монолитного фундамента также не обходится без нее;

Конструкции с повышенным поперечным сжатием.

Преимущества металлической арматуры

• Высокая прочность;
• Упругая, выдерживает высокие нагрузки на изгиб;
• Прут можно согнуть как угодно;
• Устойчива к внешнему воздействию.

Недостатки

• Основной недостаток — подверженность коррозии;
• Еще один значительный минус — большой вес;
• Длина прута фиксирована и не превышает 11,7 м.

Таблица сравнения стеклопластиковой арматуры с металлической

Подведем итоги

Нельзя дать однозначный ответ о том какая арматура лучше, металлическая или стеклопластиковая. Выбор будет зависеть от конструктивных особенностей здания и условий в которых оно будет эксплуатироваться. Специалисты рекомендуют использовать стеклопластик для армирования стен. Так же она подходит для создания армопояса.

В этом случае снижается нагрузка на фундамент. При монтаже фундамента выбор зависит от массы сооружения. Для тяжелых зданий от 2х этажей и выше лучше использовать металлическую арматуру, а для легкого строения подойдет и стеклопластиковая.

Не самый последний фактор который влияет на выбор — стоимость. Может показаться, что стеклопластиковый вариант стоит дороже, но это только на первый взгляд.

При равной прочности, стеклопластик имеет сечение меньше чем сталь. Таким образом получается, что стоимость равных по своим параметрам элементов будет примерно одинакова.

Посмотрите видео: арматура стеклопластиковая и металлическая сравнение

В каких случаях какая арматура лучше: металлическая или стеклопластиковая

Автор perminoviv На чтение 5 мин Просмотров 14 Опубликовано 13.06.2021

На строительном рынке недавно появилась арматура для ЖБИ-изделий из композитного материала – стеклопластика. Продавцы ее активно продвигают, и она уже заняла значительную потребительскую нишу. Арматура из стеклопластика характеризуется неплохими эксплуатационными параметрами и ассортиментным разнообразием, но всегда ли целесообразно ее использование?

Давайте попробуем разобраться, какая арматура лучше металлическая или стеклопластиковая. В каких случаях рационально использовать тот или иной вариант.

Стальная арматура производится и используется давно, на сегодняшний день разработано много ее видов. Их принято классифицировать по таким параметрам:

• конфигурация профиля;
• нагрузкам, которые может принять изделие;
• способ распределения нагрузок;
• принцип работы;
• технологии производства.

При изготовлении железобетонных конструкций чаще всего используются такие варианты стальной арматуры:

• Рабочая. Прутки прекрасно принимают все нагрузки на растяжение, и оптимально выдерживают – соскальзывающие воздействия.
• Распределительная. Эти стержни удерживают арматурную конструкцию в определенном положении, и однородно распределяют нагрузки между ее частями.
• Монтажная. Применяется для формирования каркаса.
• Анкерная. Этот вид используется в качестве закладных конструкций.

По принимаемым нагрузкам арматурная продукция подразделяется:

• Продольная. Она предназначена для купирования растягивающих нагрузок, она предотвращает появление трещин вертикального направления, в том числе в «узких местах».
• Поперечная. Этот вид препятствует формированию разрывов по наклону, которые формируются в зоне опор от скользящих напряжений.

По способу распределения нагрузок различают:

• единичные стержни;
• каркасы;
• армирующие сетки.

По технологии изготовления арматуру из металла классифицируют:

• проволока
• стержни
• канаты

Арматура стеклопластик или металл в обязательном порядке классифицируется по эксплуатационным параметрам. А композитные изделия еще принято различать по типу использованного материла в изготовлении волокон, помимо стекловолокна:

• базальт;
• арамид;
• углерод.

Волокна пропитывают полимером. Чаще в производстве используется эпоксидная смола. Стержни отправляются в печь для просушки. После этого изделие является готовым, его можно использовать в производстве железобетонных конструкций. Диаметр прутков может варьироваться от 0,4 до 1,8 см, длина стандартных стержней может достигать 12 метров. На поверхности стеклопластиковых изделий сформированы спиралеобразные ребра, подобно металлической продукции, для надежного соединения с железобетоном.

Достоинства и недостатки

Сначала рассмотрим свойства металлической арматуры, хотя, ее достоинства очевидны – дома, построенные в начале XX века с применением этих изделий, до сих пор не только сохранились, но и вполне функциональны. Стержни из стали характеризуются такими преимуществами:

• высокая прочность на изгиб, сжатие и другие деформации;
• прутки универсальны в применении;
• хорошо адгезируются с бетоном;
• широчайший диапазон рабочих температур;
• монтируются стандартно, с применением сварочных установок.

Но в сравнении с новой композитной продукцией, изделия из металла проявляют следующие недостатки:

• они имеют значительную массу;
• металл подвержен коррозии;
• металл характеризует высокая способность проводить температуру, что вызывает промерзание конструкций в холодное время года;
• высокая стоимость, включая транспортировку.

Композитная продукция привлекает потребителей своей ценой, которая вдвое ниже. У арматуры стеклопластиковой технические характеристики также весьма высоки:

• высокая устойчивость к коррозии;
• небольшая масса;
• нейтральность к большинству агрессивных веществ;
• эластичность;
• стеклопластик не проводит электроток;
• не формирует радио- и электронных помех, не создают преграду электромагнитным волнам.

Сравнение стальной и стеклопластиковой арматуры формирует понимание недостатков материала из композита:

• стержни из стекла и пластика плохо переносят нагрузки на изгиб, что обуславливает невозможность их использования в конструкциях, подверженных таким нагрузкам: балки, перекрытия и подобные элементы;
• небольшой диапазон рабочих температур, особенно к низким значениям;
• установка арматуры сложна, поскольку композитные стержни не подлежат технологии обработки сваркой.

Из сопоставления двух типов арматур становится понятно, что стеклопластиковые изделия следует применять строго, согласно техническим характеристикам. В противном случае железобетонные конструкции будут ненадежны.

Область применения

Не смотря на все имеющиеся достоинства стеклопластиковой арматуры, использовать ее следует с большой осторожностью. Лучше предварительно проконсультироваться со специалистами, которые не заинтересованы в раскрутке данной продукции. Главная причина тому – кардинальные отличия материалов: бетона и стеклопластика.

На самом деле не существует результатов независимых экспертиз, все технические характеристики заявлены производителями, после локальных экспериментов. Тем более что компании порой делают совершенно различные заявления, поскольку их технологии производства различаются существенно. Рекламации производителей остаются только рекламациями, и не являются нормативной базой. Так, прочность стеклопластика на растяжении выше, чем у металла, в 4 раза, но поведение материала напрямую зависит от направления вектора нагрузки. Поэтому реальные показатели данного параметра до сих пор остаются инкогнито.

Арматура из металла, сваренная в конструкции

Относительно применения стеклопластиковой арматуры разработан СНиП52-01, но он содержит лишь общие предписания. Поэтому целесообразно для ответственных железобетонных конструкций использовать металлические изделия.

Ценовой аспект использования при строительстве

При выборе арматуры чаще покупатели руководствуются ценовым аспектом в отношении единицы веса готового изделия. Но данный подход в сравнении стоимости арматуры из металла и стеклопластика абсолютно не верен, поскольку материалы имеют различную плотность. Так, тонна арматурной продукции из композита, благодаря меньшему значению вышеназванного параметра, может иметь в партии до 5 раз больше изделий, в сравнении с металлической, такого же диаметра. Поэтому сложно определить, какая арматура дешевле металлическая или стеклопластиковая, поскольку следует учитывать параметры расхода бетона, затраты на транспортировку и качество готовых железобетонных конструкций. Следует понимать, что по завершении гарантийного срока, у предприятия, которое возвело ненадежное сооружение или изделие остается законодательная и моральная ответственность.

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 или металлическая арматура | Компания «АСТИМ»

На российском рынке уже несколько лет можно встретить композитную арматуру.

Ее производители и дистрибьюторы наперебой вещают об уникальности этого вида строительного материала. Не будем утверждать, что композитной арматуре не место на стройке.

Мы лишь проведем сравнение и определим, где лучше использовать из композитного материала, а где из металла.

Долговечность

Металл может сохранять свойства 150 лет, композитная арматура
50—80 лет.

Весьма условное свойство. Чтобы его рассчитать точно, понадобится учесть десятки факторов. Статическая, динамическая нагрузка, сейсмические волнения, перепады температур в каждой конкретной местности, где производится строительство. И это только общие обозначения некоторых из них.

При корродировании металла образуется ржавчина, которая оказывает разрушающее действие на бетон. Однако при соблюдении правил строительства, металл может сохранять свои свойства более 150 лет. Подтверждением тому являются здания, построенные еще в 19 веке, и стоящие по сей день. Кстати, патент на железобетон был выдан аж в 1854 году.

Производители композитной арматуры сообщают о 50-80 годах долговечности. Но эти данные пока что не имеют фактического подтверждения. Да, проводились неоднократные испытания, в которых моделировали совокупность воздействий окружающей среды на армированные конструкции. Но вряд ли их результаты могут гарантировать отсутствие деформации строения в течение прогнозируемого времени.

Предел прочности

на растяжение

стальная арматура
17-25%, стеклокерамическая
2,2 %.

Мы не будем приводить различные формулы расчета и путать вас цифрами. Возьмем лишь два значения по данному параметру из официальных данных ГОСТов: стальная 17-25%, стеклокерамическая 2,2 %. Что нам дают эти цифры? Железобетонная конструкция в момент своих предельных состояний может деформироваться и даже разрушиться. Но при разрушении бетона арматура сохранит свою целостность до достижения указанных значений. То есть, прежде чем разрушится, арматура получит растяжение, равное четверти от ее длины. Не стоит забывать, что расчет количества берется с учетом необходимого запаса прочности конструкции. Если на ЖБК (железобетонные конструкции) оказывается воздействие, по силе и продолжительности превышающее расчеты проекта, то разрушение будет происходить не сразу. Это позволит оперативно принять соответствующие меры.
Что же будет с АСК (стеклокерамическая) при аналогичном воздействии? Прочность бетона на растяжение крайне мала. И если предельное состояние для стеклокерамической арматуры будет достигнуто, то ее разрыв произойдет, как только она растянется всего на 2,2%. Человек может не заметить и трещинки в фундаменте, как все строение может обрушиться в одно мгновение без видимых на то причин.

Модуль упругости

стальная арматура
200 000 мПа,
стеклокерамическая
55 000 мПа.

Данный модуль влияет на то, как арматура устойчива к прогибу. А-3 А400С имеет модуль упругости равный 200 000 мПа, в то время как АСК имеет показатель в 55 000 мПа. Это означает, что использование АСК в перекрытиях, а так же в фундаменте с высокими нагрузками и без предварительного напряжения крайне нежелательно и не экономично.

Анкеровка

стальная арматура
готова к анкеровке,
стеклокерамическая
не предусмотрено производителем .

Чтобы арматура воспринимала воздействие усилий, необходимо завести ее за расчетное сечение на определенную длину или установить на концах прута специальных анкеров.

С металлической арматурой все просто. Ее можно загнуть крюком, сплющить конец, поставить муфту, сделать резьбу и установить анкерную гайку. В некоторых случаях допускается даже сварка.

Композитная не обладает выше указанными возможностями. К сожалению, ее производители не выпускают какие-либо устройства, помогающие произвести анкерование должным образом. При этом стоит обратить внимание, что АСК хуже сцепляется с бетоном и в результате продергивания сможет привести к разрушению конструкции.

Термостойкость

стальная арматура
600℃,
стеклокерамическая
140℃.

Металлическая выдерживает температуру до 600℃. В АСК начинает разрушаться при 150℃.

Полное разрушение волокон произойдет при достижении 400℃. Из этого следует, что в случае наступления предельных  для АСК температуры, стальная арматура останется целой.

Электропроводность

стальная арматура
является проводником,
стеклокерамическая
диэлектрик.

Металлический металлопрокат является хорошим проводником. Может использоваться как элемент заземления, громоотвода.

Композитный материал по своей сути является диэлектриком. Поэтому все выше указанные свойства ему недоступны. Но при этом такой вид арматуры может применяться в конструкциях, где диэлектрическое свойство является крайне важным.

Коррозийность

стальная арматура
корродирует,
стеклокерамическая
не подвержена коррозии.

Металлическая корродирует. Особенно в местах, где она контактирует с окружающей средой, а так же в местах сварки. Отрицательно так же влияет бетон с добавками хлоридов и сульфатов, которые часто применяются для ускорения его застывания. Однако, если брать бетон без подобных присадок, то он, являясь щелочным по своей сути и полностью покрывающим арматуру, надежно защищает ее от коррозии продолжительное время.

Стеклопластиковая и подобные ей по типу не подвержены коррозии совсем. Что позволяет их использовать в агрессивной среде. Например, при контакте с морской водой.

Транспортировка

стальная арматура
требует спец техники,
стеклокерамическую
можно перевозить в легковой машине.

Тут бесспорное превосходство композитного материала. Если для перевоза металлической арматуры потребуется специальный грузовой транспорт, то композитную (в небольших количествах) можно перевезти и на легковой машине. До диаметра в 12 мм. АСК производят в виде бухты. Что тоже способствует удобству разгрузки и транспортировки.

Экономия на стоимости транспортировки композитной арматуры ощущается при малом строительстве. Так как при больших поставках разница будет не столь существенна.

Вес конструкции

вес конструкции с применением
арматуры стальной или композитной
примерно равен.

Металлический каркас армирования весит в 4-5 раз больше, чем стеклопластиковая арматура. Но давайте разберемся, насколько это критично.

Например, в плите перекрытия ПП 2,2.48.10-20-к7-п весом чуть более 1,5 тонны, количество металлической арматуры составит 21 кг. Если мы посчитаем вес стеклопластикового армирования, то поймем, что разницы между 1555 кг. с металлом и 1538 кг. с композитным материалом практически нет.

Гибкость

стальная арматура гибкая,
стеклокерамическая ломкая.

Металл хорошо гнется. Это позволяет избегать лишней резки при угловых соединениях арматуры.

Композитный оппонент напротив — сломается при первой попытке согнуть прут под углом 45 градусов. Чтобы композитная арматура имела необходимые по вашему расчету изгибы, ее придется заказывать специально на заводе-изготовителе. Что увеличивает как временные, так и денежные затраты. Экономия на стоимости транспортировки композитной арматуры ощущается при малом строительстве. Так как при больших поставках арматуры разница будет не столь существенна.

Репутация производителей

производители стальной арматуры — крупные компании
стеклокерамическую арматуру проще потделать

Металлическая арматура производится по жестким правилам на специализированных заводах. Технология производства отработана десятилетиями. Проводятся масштабные проверки качества каждой партии металла. Компания Астим работает только с самыми крупными и проверенными производителями стальной арматуры и металлопроката: НЛМК, СЕВЕРСТАЛЬ и  ЕВРАЗ. Это дает гарантию качества и отсутствие подделок.

АСП могут производить как крупные, так и мелкие предприятия. Для изготовления такой арматуры не нужны сталелитейные цеха, многотонные краны, металлургические станки. Для организации производства стеклокерамической арматуры нужны куда меньшие объемы вложений. Чем стали пользоваться не чистые на руку дельцы. Поэтому на рынке можно встретить достаточное количество подделок.

Применение:

Металлическая арматура применяется повсеместно. Везде, где требуется устойчивость к внезапным разрушениям из-за критических внешних нагрузок, в несущих кладках, фундаментах и перекрытиях. Жилищно-гражданское, промышленное, сельскохозяйственное, гидротехническое, транспортное строительство не может пока что обойтись без стальной арматуры. Методология определения необходимого количества металла позволяет добиться нужного результата: надежной и долговечной службы возводимого строения. Металлическую арматуру выбирает тот, кто не хочет рисковать ни своими вложениями, ни своим здоровьем и здоровьем близких.

Композитная арматура может использоваться для создания фундамента для легких строений (веранда, подсобное помещение, уличный туалет), малоэтажного строительства при допущении столь низкого модуля упругости (в 4 раза меньше металлического аналога), временных построек, не несущих кладок. Композитную арматуру можно использовать там, где требуется возведение конструкций с изоляцией электричества (опоры ЛЭП), конструкций, которые будут подвергаться воздействию агрессивной окружающей среды. Ее применение возможно только при выше указанных условиях и проведении качественных предварительных расчетов.АСП могут производить как крупные, так и мелкие предприятия. Для изготовления такой арматуры не нужны сталелитейные цеха, многотонные краны, металлургические станки. Для организации производства стеклокерамической арматуры нужны куда меньшие объемы вложений. Чем стали пользоваться не чистые на руку дельцы. Поэтому на рынке можно встретить достаточное количество подделок.

Навигация по записям

Какая арматура лучше металлическая или стеклопластиковая: применение,сравнение, плюсы и минусы

2018.04.19

В нашем быстро развивающемся мире технологий, всегда есть нужда в альтернативных вариантах, будь то сырье или готовый материал во всех областях промышленности. Речь идет о выборе между чем-то, в нашем случае поговорим об арматуре. Сейчас без её использования не обходится не одна строительная сфера, ну если вы, конечно, не строите деревянный дом без гвоздей. В нашем примере мы рассмотрим строительство железобетонных конструкций, домов и дорог, из металлических и стеклопластиковых элементов, а также поговорим о свойствах, отличиях и областях их применения.

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Свойства и недостатки
2. Сравнение стеклопластика с металлом
3. Характеристики
4. Применение стеклопластиковых материалов

Начнем, пожалуй, с самого распространенного вида металлической арматуры, область ее применения достаточно широка (от строительства железобетонных конструкций до полотна дорог), одним из основных преимуществ металла является то, что он поддается сварке, что дает возможность сделать наиболее прочные соединения между прутьями.

Также она является проводником, благодаря чему ее использование в качестве заземления можно отнести, как к достоинствам, так и к недостаткам. Давайте попробуем разобраться, что для вас важнее: во-первых, поставить целью добиться заземления какого-то объекта, то конечно её использование не оставляет никаких сомнений, соответственно, если металлическая арматура используется в качестве заземления, то это подвергает ее окислению, уменьшая срок службы, плюс к этому не забываем, что метал подвержен коррозиям; во-вторых, если вашей целью не стоит вопрос заземлять что-то и варить соединения, то конечно же отдаем преимущество композитной.

Свойства и недостатки

Стеклопластиковая арматура изготавливается из стекловолокна и полимерных смол, её преимущество легкий вес и сверхпрочность, внутренний стержень обернут спиралевидными ребрами с помощью которых осуществляется надежное сцепление с бетоном. К самым важным недостаткам относятся, пожалуй, это отсутствие текучести при растяжении. В результате этого исключается возможность изменять форму без нагрева.

Еще одним недостатком будет фактор нанесения вреда здоровью, при резке данного композита образуется пыль, состоящая из мелких стеклочастиц. При распылении подобной стеклопыли есть вероятность занесения заноз, повреждения глаз и дыхательной системы.

Арматура стеклопластиковая и металлическая сравнение

Если сравнивать композитную и металлическую, рассмотрим такие качества, как легкий вес, сверхпрочность и коррозийную стойкость, что помогает создавать более крепкие каркасные сооружения. Отличительные характеристики которыми обладают композитные элементы, объясняются особенностями внутренней структурной сетки будут следующими:

По сравнению со сталью, композит превосходит достаточно большим модулем упругости превышающий аналогичные характеристики изделий из металла примерно в 4 раза. Из этого следует что уровень прогиба под влиянием нагрузок у композита будет значительно выше нежели у прутков из металла. При армировании данных элементов в полотна дорого, откосов и фундамента подобные свойства не критичны. Но для использования в напряженных конструкциях предпочтительнее использовать сталь.

Полимерная арматура превосходит, стальную по параметрам, на сжатие на 40%, на растяжение на 30%

Еще одним аргументом будет прочностной потенциал удельной прочности в 10 раз превышающий стальные элементы. Внутренний стержень задает своего рода основание для прочности, благодаря параллельному соединению стекловолокон, композитные смолы, выступают в качестве связующего.

Внешний слой обволакивает внутренний стержень и образует спираль, которая обеспечивает высокую связку с бетоном.

Сравнение характеристик арматуры

Каркасные сооружения из стеклопластика несут в себе ряд преимуществ:

Сравнение характеристик:

1. полимер не обладает электропроводностью, поэтому в конструкции из этого композита отсутствует наводящий ток и магнитные поля, в результате исключаются радиопомехи;
2. влияние стеклопластика на окружающую среду на сегодняшний день не зафиксировано; не обладает токсичностью при распаде, не обсорбирует радиацию даже спустя много лет нахождения в экстремальной бетонной среде.

При соответствии изделия всем техническим нормам сертификации, температурный коэффициент расширения с бетоном одинаков, не зависимо от изменений температуры окружающей среды. Под влиянием внешних факторов среды армированная конструкция расширяется и сужается в совокупности с бетонными сооружениями, исключая возникновение разрывов и трещин.

Пропорции диаметров прутков при армировании каркаса фундамента

Напоследок хотелось отметить еще одно явное преимущество, объемы транспортировки стеклопластика. Вы только представьте, что перед вами стоит задача доставить два камаза (в одном грузовике стальные элементы, в другом стеклопластиковые). Если к примеру загрузить 5 метров стальных прутков весом 10 кг и взять пруток полимера той же длинны весом 2 кг. Чувствуете разницу? Загрузив тонну металла, у вас будет половина кузова, а если взять тонну стеклопластика, грузовик будет набит доверху. Вывод очевиден.

Применение композитной арматуры

На сегодняшний день использование полимеров в больших масштабах не ограничивается в промышленном и гражданском строительстве, на малоэтажных и коттеджных объектах. Уникальными особенностями, которыми обладает этот материал, позволяет применять ее в самых различных областях, таких как строительство дорожного полотна (используется для устройства покрытий, субъектов), так же практикуется применение в укреплении откосов.

Полимерный материал рекомендовано использовать в сейсмоопасных зонах 7 — 9 баллов в качестве основного эксплуатируемого материала бетонных сооружений.

При выборе материала нужно задать себе вопрос, а что я собираюсь делать, какой объект строить. Из всего, что мы выяснили по ходу нашего сравнения, следует сделать вывод не о том, что лучше, а какой материал целесообразнее использовать в конкретных случаях.

Ниже приведены несколько информационных роликов, которые будут интересны для вас, если вам понравилась эта статья, просим поставить лайк или оставить отзывы на сайте. Спасибо.

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.

Композитная арматура по сравнению со стандартной стальной арматурой

Q. Что будет со стекловолокном и арматурой из углеродного волокна? Я узнал об этих вариантах композитной арматуры недавно, когда услышал, как подрядчик упомянул, что их стоимость теперь сопоставима со стандартной стальной арматурой. Но я не уверен, насколько точен мой источник, и когда вы использовали бы один по сравнению с другим. И где в эту смесь вписалась бы арматура с эпоксидным покрытием?

A. Билл Палмер, редактор woc360.com , член Американского института бетона, лицензированный профессиональный инженер и бывший редактор Concrete Construction , отвечает: Арматура из углеродистой стали уже более века используется для обеспечения прочности на растяжение железобетона. Это дополнительное армирование необходимо, потому что прочность бетона на растяжение (при прямом растяжении) составляет всего от 10% до 15% от его прочности на сжатие, поэтому бетон под давлением 3000 фунтов на квадратный дюйм может иметь предел прочности на разрыв всего 300 фунтов на квадратный дюйм по сравнению со сталью марки 60, которая имеет предел прочности на разрыв 60 000 фунтов на квадратный дюйм.

Когда к бетонной балке прилагается нагрузка, она прогибается или изгибается, и бетон в верхней половине балки сжимается, а нижняя половина находится в растяжении. Сталь кладется около нижней части балки, и когда бетон, окружающий сталь, трескается — хотя вы можете даже не видеть трещины — сталь обеспечивает прочность на разрыв.

Обратной стороной стали в бетоне является то, что со временем влага, хлориды и кислород проникают в бетон и вызывают коррозию стали.Если коррозия достаточно сильная, бетонная балка (колонна или стена) теряет прочность на растяжение или изгиб. Это особенно проблема в конструкциях, которые подвергаются воздействию солей для борьбы с обледенением, таких как мосты или гаражи.

Фото любезно предоставлено Owens Corning Infrastructure Solutions Арматура из стеклопластика доступна в различных размерах и марках для различных областей применения. Здесь показана арматура из стекловолокна Pinkbar №3 от Owens Corning, которая, по словам компании, хорошо подходит для плоских работ благодаря своей коррозионной стойкости, легкому весу и простоте обращения.Также доступна арматура из стекловолокна повышенной прочности для применения в строительстве.

Для защиты стали в 1970-х годах была изобретена арматура с эпоксидным покрытием. За последние 50 лет тысячи конструкций были построены с использованием стержней с эпоксидным покрытием, и эпоксидное покрытие в основном успешно продлевает время до начала коррозии. Однако недавно некоторые государственные департаменты транспорта запретили использование арматуры с эпоксидным покрытием после обнаружения многих мостов, на которых покрытие отслоилось от стали.Достаточно всего лишь небольшого скола на эпоксидной смоле, чтобы коррозия могла начаться и распространиться под покрытием.

Однако существуют альтернативные армирующие материалы для бетона, которые можно использовать для предотвращения коррозии. Арматура из нержавеющей стали доступна, но довольно дорога, есть и оцинкованная арматура. Другой выбор — материалы, которые сочетают в себе полимерную матрицу со стеклянными, углеродными или базальтовыми волокнами — армированный волокном полимер (FRP). Эти материалы не подвержены коррозии, они намного легче стали (примерно треть веса), они не нагреваются на солнце на рабочем месте, а их 4.В 5 раз сильнее по напряжению. Более новые стержни имеют шероховатый внешний вид, поэтому они хорошо сцепляются с бетоном.

Однако арматурный стержень из стеклопластика имеет некоторые недостатки. Стекловолоконные стержни в настоящее время стоят от 15% до 25% больше, чем эквивалентная стальная арматура. Кроме того, есть несколько вопросов о том, насколько хорошо они работают в огне — тают ли они и теряют ли силу? И были некоторые опасения по поводу их длительного прогиба или ползучести. Вопросы проектирования привели к более консервативному (и, следовательно, более дорогому) проектированию конструкционных бетонных элементов.Еще одна проблема заключается в том, что прутки нельзя гнуть в поле, их нужно заказывать гнутыми на заводе.

Но для легкой арматуры в плоских конструкциях, где основной целью является предотвращение трещин, арматура из стеклопластика вполне конкурентоспособна даже с точки зрения затрат, а поскольку она намного легче стали, она снижает трудозатраты. А из-за его высокой прочности требуется меньше армирования. Несколько компаний сегодня производят арматуру из стеклопластика. Owens Corning продвигает свой Pinkbar из стекловолокна, а Neuvokas производит GatorBar в Мичигане.GatorBar состоит из стержней из стекловолокна и базальтового волокна.

Покупатель, однако, будьте осторожны. Дуг Гремель из Owens Corning говорит: «Легко срезать углы, используя менее дорогостоящую полиэфирную смолу, которая не будет столь же прочной при щелочности бетона, как стержни, сделанные из более качественной винилэфирной смолы, которая, как было показано, выдерживает в тестах на ускоренное старение и в реальном времени. Есть много очень недорогих китайских производителей стекловолокна, которые продаются за небольшую часть его стоимости. Это немного похоже на проблему китайского гипсокартона, на мой взгляд, с некоторыми из этих плееров.

Что касается использования углеродного волокна в арматуре FRP, Гремель говорит: «Карбоновый стержень, на мой взгляд, все еще остается в лагере экзотики. Это, безусловно, лучший материал, который разумно и целесообразно используется для структурного усиления существующих конструкций. Карбоновые стержни из стеклопластика, закрепленные эпоксидной смолой в неглубоких бетонных канавках в покрытии конструкций, как лейкопластырь, придают элементу почти чудесную дополнительную способность к изгибу и сдвигу. Однако углеродные стержни или арматурные стержни из углеродного волокна остаются как минимум в 10 раз дороже, чем стержни из стеклопластика и стальной арматуры.”

Пожалуй, лучшим решением для конструкционного бетона, который будет подвергаться воздействию солей для борьбы с обледенением, является горячеоцинкованная арматура. Оцинкованные стержни будут противостоять коррозии примерно в четыре раза дольше, чем стержни из углеродистой стали, а надбавка к цене составляет всего около 10%. Оцинкованные стержни легко доступны по всей территории США

.

Metal Matrix Composite — обзор

14.3.3 Разработка композитных материалов для селективного лазерного плавления

MMC могут проявлять уникальные комбинации свойств и обеспечивать еще один способ увеличения прочности после SLM.В результате растет интерес к изучению потенциала производства MMC на основе алюминия с помощью SLM [120,121]. Эти MMC могут также представлять интерес для аэрокосмических приложений, особенно если принять меры для обеспечения того, чтобы частицы армирования не действовали как места зарождения трещин для усталостного разрушения.

В одном исследовании высокоэнергетическая шаровая мельница была использована для синтеза нанокомпозитов Al ₂ O ₃ / Al, которые затем были охарактеризованы для целей изготовления SLM [122].С помощью ПЭМ было обнаружено, что наноразмерные частицы Al ₂ O ₃ могут быть адаптированы путем контроля параметров измельчения так, чтобы они были равномерно распределены по поверхности порошка Al, что обычно считается подходящей формой для Обработка SLM с точки зрения сыпучести и лазерной поглощающей способности. После этого композитные порошки были подвергнуты изготовлению SLM, и образцы с почти полной плотностью могли быть получены с оптимизированными параметрами процесса [123,124]. Было обнаружено, что усиление Al ₂ O ₃ равномерно распределено в матрице Al, что способствовало значительному повышению предела текучести, микротвердости и износостойкости.

Для дальнейшего повышения прочности широко используемого сплава AlSi10Mg после SLM, порошки чистого Ni были смешаны в соотношении, которое может гарантировать химический состав, близкий к точке эвтектики, чтобы уменьшить диапазон затвердевания и избежать растрескивания при затвердевании [ 125]. За исключением нескольких скоплений частиц Al ₃ Ni микронного размера, было обнаружено, что большая часть частиц Al ₃ Ni субмикронного размера, полученных реакцией in situ, равномерно распределена по матрице.Осажденные частицы Al ₃ Ni имеют высокую когерентность с Al-матрицей, а свойства деталей, изготовленных с помощью SLM, были значительно улучшены за счет упрочнения Орована или механизмов образования дефектов упаковки. При попытке напрямую включить керамические частицы, такие как SiC или TiC, в AlSi10Mg посредством шаровой мельницы, можно было реализовать достаточно равномерное распределение этих усиливающих частиц с оптимизированными параметрами, а улучшенные механические свойства могли быть достигнуты после SLM [126,127].Например, детали SiC / AlSi10Mg, обработанные методом SLM, показали два типа армирующих фаз (нерасплавленные частицы SiC и сформированные на месте полосы Al ₄ SiC ₄ ), и доля одной из них могла быть увеличена путем изменения параметров процесса. В этом случае считается, что фаза Al ₄ SiC ₄ в основном отвечает за повышенные механические свойства из-за ее улучшенной смачиваемости алюминиевой матрицей. С другой стороны, новые наноразмерные частицы TiC с кольцевой структурой были получены в деталях из TiC / AlSi10Mg, изготовленных методом SLM, и механизмы образования приписываются перегруппировке частиц TiC под действием потока Марангони и капиллярных сил.В результате были получены повышенные микротвердость и предел прочности при растяжении без явного снижения пластичности по сравнению с неармированными образцами.

Углеродные нанотрубки рассматриваются как потенциальное усиление для композитов с алюминиевой матрицей, изготовленных методом SLM, благодаря их выдающимся преимуществам в виде высокого модуля упругости, механической прочности и электропроводности [128,129]. Однако считается, что механическое смешивание углеродных нанотрубок затруднено из-за их высокой склонности к агломерации, и поэтому был предложен метод измельчения в шаровом режиме, который обеспечивает относительно равномерное распределение углеродных нанотрубок на поверхности порошка AlSi10Mg при соответствующих параметрах измельчения.Однако одна проблема заключается в том, что во время SLM было обнаружено разложение и испарение углеродных нанотрубок. Некоторые атомы углерода диффундировали в ванну расплава и рассеялись в матрице AlSi10Mg, что немного увеличило предел прочности на разрыв, но снизило пластичность.

Хорошо известно, что TiB ₂ имеет низкое рассогласование кристаллической решетки с матрицей Al, а также играет важную роль в измельчении зерен алюминиевых сплавов. Поэтому включение недеформируемых частиц TiB ₂ в сплавы AlSi10Mg рассматривается как эффективный способ улучшения механических свойств.Однако, поскольку наноразмерные частицы TiB ₂ имеют высокую тенденцию к агломерации, результирующий эффект упрочнения может быть нарушен. Недавно исследователи предложили новый способ диспергирования арматуры среди порошков алюминиевого сплава [130]. Путем плавления реакционноспособных солей K ₂ TiF ₆ и KBF ₄ в чистый Al были получены улучшенные нано-TiB ₂ армированные алюминиевые композиты. Затем этот композит переплавили вместе с лигатурой Al – Si для достижения желаемого состава.Затем расплавленный металл распыляли газом в порошок, который содержал однородно диспергированные наноразмерные частицы TiB ₂ в сплаве AlSi10Mg.

Когда этот композитный порошок был использован в SLM с оптимизированными параметрами обработки, был успешно получен почти полностью плотный нанотиБ ₂ армированный композит AlSi10Mg [131]. Также считается, что наночастицы улучшают поглощающую способность лазерного излучения и получаемую в результате обрабатываемость по сравнению с порошками AlSi10Mg. Наблюдение за микроструктурой выявило мелкие равноосные зерна и случайную текстуру, что было приписано комбинированному эффекту измельчения зерна наночастицами TiB ₂ и высокой скорости охлаждения процесса SLM.Было обнаружено, что частицы нано-TiB ₂ и Si когерентны с Al-матрицей, что приводит к прочной межфазной связи. В результате нанокомпозиты TiB ₂ / AlSi10Mg, изготовленные с помощью SLM, достигли предела текучести ~ 430 МПа вместе с относительным удлинением до разрушения 15,5%, что намного выше, чем у AlSi10Mg, полученного с помощью SLM.

Может ли стеклопластик быть доступной альтернативой металлу?

Джон Карсон был директором по маркетингу компании CHOMARAT в Северной Америке в течение последних 10 лет и возглавляет глобальные коммерческие усилия по усилению C-Grid.Он входит в совет директоров AltusGroup, одним из основателей которого является CHOMARAT. Он является членом Американского института бетона, Международного института ремонта бетона и Американской ассоциации производителей композитов. Карсон также активен в подгруппах ACMA: Альянс по автомобильным композитам, Совет по транспортным конструкциям и Подкомитет по экологическим композитам. Он будет говорить об армировании углеродным волокном на конференции по строительству, коррозии и инфраструктуре (CCI) 9-11 мая в Лас-Вегасе, спонсируемой Американской ассоциацией производителей композитов.

Джон Карсон — Директор по маркетингу, CHOMARAT

Как можно использовать углеродное волокно для усиления бетонной конструкции?

Сетка из углеродного волокна имеет много возможностей для армирования бетонных конструкций. Текущие области применения включают сборный железобетон, бетонный декор, монолитный бетон, торкретбетон (бетон транспортируется по шлангу), проницаемый бетон, а также для ремонта и восстановления. Он в основном используется в качестве вторичной арматуры при изгибе для контроля трещин и для замены термостойкой стали (сварная проволочная сетка и легкая стальная арматура).

Как углерод соответствует требованиям для этих приложений?

Каркасная сетка из углеродного волокна является одним из наиболее экономичных композитных армирующих материалов на основе углеродного волокна, представленных сегодня на рынке. Он поставляется в рулонном формате шириной до 8 футов, в стропильных полосах длиной 1,6 метра или в листах или нестандартных размерах для определенных применений. Он легкий, легкий в обращении и помещается в формы и опалубку. Для соединения двух слоев бетона, например, в многослойных стенах, сетка из углеродного волокна зарекомендовала себя как очень эффективный высокопрочный соединитель, работающий на сдвиг.

Какие задачи предъявляются к углеродному волокну, чтобы соответствовать этим требованиям?

Непрерывное образование и знания в сочетании с готовностью меняться и принимать новые технологии являются постоянной проблемой для армирования углеродным волокном и композитных технологий в строительном сегменте в целом. Инженеры, архитекторы и разработчики должны знать, как правильно проектировать и производить продукты с использованием композитных материалов, чтобы в полной мере воспользоваться множеством преимуществ, которые они могут предоставить.Долговечность — лишь одно из их преимуществ.

Что потребуется большему количеству инженеров, чтобы включить композиты в свои строительные спецификации?

Продолжение обучения композитам, потому что, попробовав и добившись успеха, они, как правило, становятся постоянными пользователями.

Является ли композитная арматура доступной альтернативой металлической арматуре?

В некоторых случаях использование композитной арматуры может быть менее затратным, чем использование материала, который она заменяет (нержавеющая сталь).Однако во многих случаях армирование углеродным волокном, например, обычно дороже, чем сетка из углеродистой стали, которая используется в настоящее время. Однако, если смотреть на тотальный системный подход, который включает экономию рабочей силы и производства, удаление бетона, преимущества изоляции и последующую обработку поверхности бетона, использование решетчатых систем из углеродного волокна может быть нейтральным с точки зрения затрат и снизить затраты.

Что такое композитный материал? (Полное руководство)

Композитный материал — это комбинация двух материалов с разными физическими и химическими свойствами.Когда они объединяются, они создают материал, который специализируется на выполнении определенной работы, например, чтобы стать прочнее, легче или устойчивым к электричеству. Они также могут улучшить прочность и жесткость. Причина их использования по сравнению с традиционными материалами заключается в том, что они улучшают свойства основных материалов и применимы во многих ситуациях.

Если у вас есть вопросы или вам нужна помощь, напишите нам, чтобы получить консультацию специалиста:

[email protected]

Нажмите здесь, чтобы увидеть наши последние подкасты по технической инженерии на YouTube .

Содержание

Люди использовали композиты тысячи лет. В 3400 г. до н.э. г. первые искусственные композиты были созданы месопотамцами в Ираке. Древнее общество склеивало деревянные полоски друг на друга под разными углами для создания фанеры. После этого, примерно в 2181 г. до н.э., г. до н.э. египтяне начали делать посмертные маски из льняной ткани или папируса, пропитанного гипсом. Позже оба этих общества начали укреплять свои материалы соломой, чтобы укрепить глиняные кирпичи, глиняную посуду и лодки.

В — 1200 годах нашей эры монголы начали изготавливать составные луки, которые в то время были невероятно эффективными. Они были сделаны из дерева, бамбука, кости, сухожилий крупного рогатого скота, рога и шелка, скрепленных сосновой смолой.

После промышленной революции синтетические смолы начали принимать твердую форму с помощью полимеризации. В 1900-х годах эти новые знания о химических веществах привели к созданию различных пластмасс, таких как полиэстер, фенол и винил. Затем начали разрабатываться синтетические материалы, бакелит был создан химиком Лео Бэкеландом.Тот факт, что он не проводил электричество и был термостойким, означал, что он мог широко использоваться во многих отраслях промышленности.

1930-е годы были невероятно важным временем для развития композитов. Стекловолокно было представлено компанией Owens Corning, которая также положила начало производству первых армированных волокном полимеров (FRP). Смолы, разработанные в ту эпоху, до сих пор используются, а в 1936 были запатентованы ненасыщенные полиэфирные смолы. Два года спустя стали доступны системы смол с более высокими эксплуатационными характеристиками.

Первое углеродное волокно было запатентовано в 1961 и затем стало коммерчески доступным. Затем, в середине 1990-х годов , композиты начали становиться все более распространенными для производственных процессов и строительства из-за их относительно дешевой стоимости по сравнению с материалами, которые использовались ранее.

Композитные материалы на Boeing 787 Dreamliner в середине 2000-х годов подтвердили их использование для высокопрочных приложений.

Некоторые распространенные композитные материалы включают:

• Композит с керамической матрицей: Керамика на керамической матрице.Это лучше, чем обычная керамика, поскольку она устойчива к тепловым ударам и разрушению
• Композит с металлической матрицей : Металл, растекающийся по матрице
• Железобетон : Бетон, усиленный материалом с высокой прочностью на разрыв, таким как стальные арматурные стержни
• Бетон, армированный стекловолокном : Бетон, залитый в структуру из стекловолокна с высоким содержанием диоксида циркония
• Прозрачный бетон : Бетон, покрывающий оптические волокна
• Конструкционная древесина : Обработанная древесина в сочетании с другими дешевыми материалами.Одним из примеров может быть ДСП. В этом композите
также можно найти специальный материал, такой как шпон.
• Фанера : древесина, полученная путем склеивания множества тонких слоев древесины вместе под разными углами
• Искусственный бамбук : Полоски бамбукового волокна, склеенные вместе, чтобы образовать доску. Это полезный композит, потому что он имеет более высокую прочность на сжатие, растяжение и изгиб, чем древесина
• Паркет : Квадрат, состоящий из множества деревянных частей, часто собираемых из твердой древесины.Продается как декоративный элемент
.
• Древесно-пластиковый композит : пластик, отлитый из древесного волокна или муки
• Цементное древесное волокно : Минерализованные деревянные детали, отлитые в цемент. Этот композит обладает изоляционными и акустическими свойствами
• Стекловолокно : Стекловолокно в сочетании с относительно недорогим и гибким пластиком
• Полимер, армированный углеродным волокном : Набор из углеродного волокна в пластике с высоким отношением прочности к весу
• Сэндвич-панель : различные композиты, уложенные друг на друга
• Составные соты : Набор шестиугольников из композитных материалов, образующих сотовую форму.
• Папье-маше : Бумага с клеевым переплетом. Их можно найти в поделках
• Бумага с пластиковым покрытием : Бумага с пластиковым покрытием для повышения прочности. Пример того, где это используется, — игральные карты
.
• Синтаксическая пена : Легкие материалы, полученные путем заполнения металлических, керамических или пластмассовых материалов микрошариками. Эти баллоны изготавливаются из стекла, углерода или пластика

Наука и технология композиционных материалов

Послушайте эту тему

В таком развитом обществе, как наше, все мы зависим от композитных материалов в некоторых аспектах нашей жизни.Стекловолокно был разработан в конце 1940-х годов и стал первым современным композитом. Он по-прежнему самый распространенный, составляя около 65 процентов всех производимых сегодня композитов. Он используется для изготовления корпусов лодок, досок для серфинга, спортивных товаров, облицовки бассейнов, строительных панелей и кузовов автомобилей. Вы вполне можете использовать что-то из стекловолокна, даже не подозревая об этом.

Лодки, доски для серфинга, автомобили и многое другое: нас окружают стекловолокно и другие композитные материалы. Источник изображения: sobri / Flickr.

Что делает материал композитным

Композиционные материалы образуются путем объединения двух или более материалов, которые имеют совершенно разные свойства.Различные материалы работают вместе, чтобы придать композиту уникальные свойства, но внутри композита вы можете легко отличить разные материалы друг от друга — они не растворяются и не смешиваются друг с другом.

Композиты существуют в природе. Кусок дерева представляет собой композит, состоящий из длинных волокон целлюлозы (очень сложной формы крахмала), удерживаемых вместе гораздо более слабым веществом, называемым лигнином. Целлюлоза также содержится в хлопке и льне, но именно связующая способность лигнина делает кусок древесины намного прочнее, чем пучок хлопковых волокон.

Идея не нова

Люди использовали композитные материалы на протяжении тысячелетий. Возьмем, к примеру, сырцовые кирпичи. Если вы попытаетесь согнуть лепешку из засохшей грязи, она легко сломается, но она окажется крепкой, если вы попытаетесь раздавить или сжать ее. Кусок соломы, с другой стороны, обладает большой силой, когда вы пытаетесь ее растянуть, но почти не имеет силы, когда вы ее сминаете. Когда вы объединяете грязь и солому в блок, свойства двух материалов также объединяются, и вы получаете кирпич, который прочен как на сжатие, так и на разрыв или изгиб.Говоря более технически, у него есть и хорошие прочность на сжатие и хорошо предел прочности .

Мужчина реконструирует древнюю цитадель из сырцового кирпича в Иране после того, как она была повреждена в результате землетрясения. Глиняные кирпичи — это те же материалы, которые использовались для его строительства около 2500 лет назад. Источник изображения: OXLAEY.com / Flickr.

Еще один известный композит — бетон. Здесь заполнитель (мелкие камни или гравий) скреплен цементом. Бетон имеет хорошую прочность при сжатии, и его можно сделать более прочным при растяжении, добавив в композит металлические стержни, проволоку, сетку или тросы (таким образом создавая железобетон).

Композиты были сделаны из формы углерода, называемой графеном, в сочетании с металлической медью, в результате чего был получен материал, в 500 раз более прочный, чем сама медь. Точно так же композит графена и никеля имеет прочность более чем в 180 раз больше никеля.

Что касается стекловолокна, то он сделан из пластик армированный нитями или стекловолокном. Эти нити можно либо связать вместе и сплести в мат, либо их иногда можно разрезать на короткие отрезки, которые произвольно ориентированы в пластиковой матрице.

Больше чем сила

В настоящее время многие композиты производятся не только для улучшения прочности или других механических свойств, но и для других целей. Многие композиты предназначены для того, чтобы быть хорошими проводниками или изоляторами тепла или иметь определенные магнитные свойства; свойства, которые очень специфичны и специализированы, но также очень важны и полезны. Эти композиты используются в огромном количестве электрических устройств, включая транзисторы, солнечные элементы, датчики, детекторы, диоды и лазеры, а также для изготовления антикоррозионных и антистатических покрытий на поверхности.

Композиты, изготовленные из оксидов металлов, также могут иметь определенные электрические свойства и используются для производства кремниевых чипов, которые могут быть меньше и плотнее упакованы в компьютер. Это увеличивает объем памяти и скорость компьютера. Оксидные композиты также используются для создания высокотемпературных сверхпроводящих свойств, которые теперь используются в электрических кабелях.

Изготовление композита

Большинство композитов состоит всего из двух материалов.Один материал (матрица или связующее) окружает и связывает скопление волокон или фрагменты гораздо более прочного материала (армирования). В случае глиняных кирпичей две роли берут на себя грязь и солома; в бетоне — цементом и заполнителем; в дереве целлюлозой и лигнином. В стекловолокне армирование обеспечивается тонкими нитями или стекловолокном, часто вплетенными в нечто вроде ткани, а матрица представляет собой пластик.

Примеры различных форм армирования стекловолокном, которые будут использоваться при создании стекловолокна.Источник изображения: Cjp24 / Wikimedia Commons.

Стекловолоконные нитки из стекловолокна очень прочные при растяжении, но они также хрупкие и ломаются при резком сгибании. Матрица не только удерживает волокна вместе, но и защищает их от повреждений, разделяя любые стресс из их. Матрица достаточно мягкая, чтобы ее можно было придать инструментам, и ее можно размягчить подходящими растворителями, чтобы можно было произвести ремонт. Любая деформация листа стекловолокна обязательно растягивает часть стекловолокна, и они способны этому противостоять, поэтому даже тонкий лист очень прочен.Кроме того, он довольно легкий, что является преимуществом для многих приложений.

За последние десятилетия было разработано много новых композитов, некоторые из которых обладают очень ценными свойствами. Тщательно выбирая арматуру, матрицу и производственный процесс, который их объединяет, инженеры могут адаптировать свойства к конкретным требованиям. Они могут, например, сделать композитный лист очень прочным в одном направлении, выравнивая волокна таким образом, но более слабым в другом направлении, где прочность не так важна.Они также могут выбирать такие свойства, как устойчивость к теплу, химическим веществам и атмосферным воздействиям, выбирая подходящий матричный материал.

Выбор материалов для матрицы

В качестве матрицы во многих современных композитах используются термореактивные или термопластичные пластмассы (также называемые смолами). (Использование пластика в матрице объясняет название «армированный пластик», которое обычно дают композитам). Пластмассы полимеры которые удерживают арматуру вместе и помогают определить физические свойства конечного продукта.

Термореактивные пластмассы являются жидкими при приготовлении, но затвердевают и становятся твердыми (т. Е. Затвердевают) при нагревании. Процесс схватывания необратим, поэтому эти материалы не становятся мягкими при высоких температурах. Эти пластмассы также устойчивы к износу и воздействию химикатов, что делает их очень прочными даже в экстремальных условиях окружающей среды.

Термопластмассы, как следует из названия, твердые при низких температурах, но размягчаются при нагревании. Хотя они используются реже, чем термореактивные пластмассы, они обладают некоторыми преимуществами, такими как более высокая вязкость разрушения, длительный срок хранения сырья, возможность вторичной переработки и более чистое и безопасное рабочее место, поскольку для процесса отверждения не требуются органические растворители.

Керамика, углерод и металлы используются в качестве матрицы для некоторых узкоспециализированных целей. Например, керамика используется, когда материал будет подвергаться воздействию высоких температур (например, теплообменники), а углерод используется для продуктов, которые подвергаются трению и износу (например, подшипники и шестерни).

Изображение под электронным микроскопом в искусственных цветах композита с магниевой матрицей, армированного карбидом титана и алюминия. Источник изображения: ZEISS Microscopy / Flickr.

Выбор материалов для армирования

Хотя стекловолокно является наиболее распространенным армированием, во многих современных композитах сейчас используются тонкие волокна из чистого углерода.Можно использовать два основных типа углерода — графит и углеродные нанотрубки. Оба являются чистым углеродом, но атомы углерода расположены в разных кристаллических конфигурациях. Графит — очень мягкое вещество (используется в «свинцовых карандашах») и состоит из листов атомов углерода, расположенных в виде шестиугольников. Связи, удерживающие шестиугольники вместе, очень прочные, но связи, удерживающие вместе листы шестиугольников, довольно слабые, что и делает графит мягким. Углеродные нанотрубки изготавливаются путем скатывания одного листа графита (известного как графен) в трубку.Это создает чрезвычайно прочную структуру. Также возможно изготовление трубок из нескольких цилиндров — трубок внутри трубок.

Композиты из углеродного волокна легки и намного прочнее, чем стекловолокно, но при этом более дороги. Из этих двух графитовые волокна дешевле и их легче производить, чем углеродные нанотрубки. Они используются в конструкциях самолетов и в высокопроизводительном спортивном оборудовании, таком как клюшки для гольфа, теннисные ракетки и гребные лодки, и все чаще используются вместо металлов для ремонта или замены поврежденных костей.

Нити бора даже прочнее (и дороже) углеродных волокон. Нанотрубки из нитрида бора обладают дополнительным преимуществом, поскольку они намного более устойчивы к нагреванию, чем углеродные волокна. Они также обладают пьезоэлектрическими качествами, что означает, что они могут генерировать электричество при приложении к ним физического давления, такого как скручивание или растяжение.

Полимеры также могут использоваться в качестве армирующего материала в композитах. Например, кевлар, первоначально разработанный для замены стали в радиальных шинах, но наиболее известный благодаря использованию в пуленепробиваемых жилетах и ​​шлемах, представляет собой чрезвычайно прочное полимерное волокно, которое придает прочность композитному материалу.Он используется в качестве арматуры в композитных изделиях, которые требуют легкой и надежной конструкции (например, структурные части корпуса самолета). Еще более прочным, чем кевлар, является вещество, состоящее из комбинации графена и углеродных нанотрубок.

Выбор производственного процесса

Для изготовления объекта из композитного материала обычно используется какая-либо форма. Армирующий материал сначала помещается в форму, а затем полужидкий матричный материал распыляется или закачивается для формирования объекта.Можно приложить давление, чтобы вытеснить пузырьки воздуха, а затем форму нагревают, чтобы матрица затвердела.

Процесс формования часто выполняется вручную, но автоматическая обработка становится все более распространенной. Один из этих методов называется пултрузия (термин, образованный от слов «вытягивание» и «экструзия»). Этот процесс идеально подходит для производства прямых изделий с постоянным поперечным сечением, например мостовых балок.

Во многих тонких структурах сложной формы, таких как изогнутые панели, композитная структура создается путем наложения листов тканого армирующего волокна, пропитанных пластиковым матричным материалом, поверх базовой формы соответствующей формы.Когда панель будет достигнута подходящей толщины, матричный материал отверждается.

Сэндвич-композиты

Многие новые типы композитов создаются не с помощью матрицы и метода армирования, а путем укладки нескольких слоев материала. Структура многих композитов (например, тех, которые используются в панелях крыла и корпуса самолетов) состоит из пластиковых сот, зажатых между двумя обшивками из композитного материала, армированного углеродным волокном.

Сотовая композитная сэндвич-структура от НАСА.Источник изображения: НАСА / Wikimedia Commons.

Эти многослойные композитные материалы сочетают в себе высокую прочность и, в частности, жесткость на изгиб и малый вес. Другие методы включают в себя простую укладку нескольких чередующихся слоев разных веществ (например, графена и металла) для создания композита.

Зачем использовать композиты?

Самым большим преимуществом композитных материалов является прочность и жесткость в сочетании с легкостью.Выбирая подходящую комбинацию армирования и материала матрицы, производители могут создавать свойства, которые точно соответствуют требованиям для конкретной конструкции для конкретной цели.

• Композиты в Австралии

  Австралия, как и все развитые страны, проявляет большой интерес к композитным материалам, которые многие люди считают «материалами будущего». Основная задача — снизить затраты, чтобы композитные материалы можно было использовать в продуктах и ​​приложениях, которые в настоящее время не оправдывают затрат.В то же время исследователи хотят улучшить характеристики композитов, например сделать их более устойчивыми к ударам.

  Одна из новых технологий включает «текстильные композиты». Вместо того, чтобы укладывать армирующие волокна по отдельности, что является медленным и дорогостоящим процессом, их можно связать или сплести вместе, чтобы получить своего рода ткань. Он может быть даже трехмерным, а не плоским. Пространства между текстильными волокнами и вокруг них затем заполняются матричным материалом (например, смолой) для изготовления продукта.

  Этот процесс довольно легко может быть выполнен машинами, а не вручную, что делает его быстрее и дешевле. Соединение всех волокон вместе также означает, что композит с меньшей вероятностью будет поврежден при ударе.

  По мере того, как стоимость снижается, другие применения композитов начинают выглядеть привлекательными. При изготовлении корпусов и надстроек лодок из композитов используется их устойчивость к коррозии. У минных охотников ВМС Австралии композитный корпус, поскольку магнитный эффект стального корпуса может помешать обнаружению мин.

  Также в разработке находятся вагоны для поездов, трамваев и других средств передвижения, сделанные из композитных материалов, а не из стали или алюминия. Здесь привлекательность заключается в легкости композитов, поскольку в этом случае автомобили потребляют меньше энергии. По той же причине в будущем мы увидим все больше и больше композитов в автомобилях.

Современная авиация, как военная, так и гражданская, является ярким примером. Без композитов было бы гораздо менее эффективно. Фактически, требования, предъявляемые этой отраслью к легким и прочным материалам, были основной движущей силой развития композитов.Сейчас обычным явлением являются крылья и хвостовое оперение, гребные винты и лопасти несущего винта, сделанные из современных композитных материалов, а также большая часть внутренней конструкции и деталей. Планеры некоторых небольших самолетов полностью сделаны из композитных материалов, как и крыло, хвостовое оперение и панели корпуса больших коммерческих самолетов.

Размышляя о самолетах, стоит помнить, что композиты с меньшей вероятностью, чем металлы (например, алюминий), полностью разрушатся под действием нагрузки. Небольшая трещина в куске металла может очень быстро распространиться с очень серьезными последствиями (особенно в случае самолета).Волокна в композите блокируют расширение любой небольшой трещины и распределяют напряжение вокруг нее.

Правильные композиты также хорошо выдерживают нагрев и коррозию. Это делает их идеальными для использования в продуктах, работающих в экстремальных условиях, таких как лодки, оборудование для обработки химикатов и космические корабли. В целом композитные материалы очень прочные.

Еще одно преимущество композитных материалов состоит в том, что они обеспечивают гибкость конструкции. Из композитов можно придавать сложные формы, что является отличным преимуществом при производстве чего-то вроде доски для серфинга или корпуса лодки.

Кроме того, в настоящее время большая работа направлена ​​на разработку композитных материалов, изготовленных из отходов, таких как сельскохозяйственные отходы, строительные материалы или пластиковые контейнеры для напитков.

Обратной стороной композитов обычно является их стоимость. Хотя при использовании композитов производственные процессы часто бывают более эффективными, сырье стоит дорого. Композиты никогда полностью не заменят традиционные материалы, такие как сталь, но во многих случаях это именно то, что нам нужно.И без сомнения, по мере развития технологии будут найдены новые применения. Мы еще не видели всего, на что способны композиты.

Современная авиация была основным двигателем развития композитов. Источник изображения: Пол Нелхэмс / Flickr.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Гальваническая коррозия металлов, соединенных с углеродным волокном Reinf

Композиты, армированные углеродным волокном (CFRC), представляют собой своего рода передовой материал, используемый в аэрокосмической, автомобильной, морской и спортивной отраслях. Их использование резко возрастает из-за их фантастических свойств, особенно их высокой прочности и малого веса.

Здесь мы объясним свойства углеродных композитов и рассмотрим гальваническую коррозию металлов, когда они электрически соединены с композитами, армированными углеродным волокном.

Свойства углеродных композитов: массовая плотность, удельная прочность и предел текучести

Мы слышали об алюминии и его сплавах как о легких металлах, которые очень подходят для использования в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Но для инженера по материалам, который хочет выбрать подходящий материал для конкретного применения, при выборе материала важна не массовая плотность.

На самом деле, важным вопросом является концепция, называемая удельной прочностью, которая определяется как отношение предела текучести материала к его массовой плотности.

Рисунок 1. Видео о желаемых физических характеристиках композитных материалов из углеродного волокна.

Инженеры всегда ищут материал с высокой удельной прочностью и низкой массовой плотностью. В следующей таблице сравнивается удельная прочность различных промышленных материалов.

904 904 344

8,1 904

Материал	Массовая плотность (г / см 3 )	Прочность на растяжение (МПа)	Удельная прочность 904 Нм / кг 4
Алюминий 7075-T6	2,8	600	214
Магниевый сплав AZ91D	1,7	230	950	216
Углеродистая сталь (0,45% C)	7,8	2500	108
300
Углеродный композит	1,6	1240	785

Таблица 1: Сравнение механической прочности, массовой плотности и удельной прочности различных промышленных материалов.

Материалы с высокой прочностью и низкой массовой плотностью обеспечивают высокую удельную прочность и идеально подходят для инженеров. Видно, что композиты, армированные углеродным волокном, обладают самой высокой удельной прочностью. Удельная прочность углеродных композитов как минимум в два раза больше, чем у мартенситностареющей стали, которая отличается самой высокой прочностью среди всех типов сталей.

Это означает, что для достижения определенной необходимой прочности вес компонента уменьшается вдвое, если вместо мартенситностареющей стали используется CFRC.Для автомобильной промышленности это означает более легкий автомобиль, который потребляет меньше топлива. Низкий рост трещин из-за удара или усталости, способность производить с желаемыми направленными механическими свойствами и рентабельность при массовом производстве — это другие особо отмеченные свойства композитов из армированного углеродом полимера.

В результате этот материал считается передовым конструкционным материалом.

Все вышеупомянутые свойства полимеров, армированных углеродным волокном, делают этот материал потенциальным кандидатом для автомобильной, аэрокосмической, инфраструктурной и морской техники.(Чтобы узнать больше о свойствах углеродного волокна, прочтите 10 фактов, которые нужно знать о полимере, армированном углеродным волокном, и коррозии.)

Рис. 2. Углеродные композитные материалы легче и прочнее , чем традиционные материалы, такие как алюминий и сталь.

Недостатки углеродных композитов

Несмотря на все превосходные свойства CFRC, существуют проблемы с совместным использованием композитов, армированных углеродным волокном, и металлов.Углеродные волокна в углепластике делают этот материал электропроводным. Углеродные волокна электропроводны и обладают очень высокими электрохимическими свойствами. Следовательно, когда металл электрически соединен с углепластиком, он более подвержен гальванической коррозии. (Чтобы узнать больше о гальванической коррозии, прочтите Введение в серию гальванических элементов: гальваническая совместимость и коррозия.)

Для возникновения гальванической коррозии между металлом и композитным материалом необходимо выполнить пять условий:

1. An активно корродирующий металл
2. Электропроводящий композит (обычно углеродное волокно)
3. Электрическое соединение между композитом и металлом
4. Электролит (обычно соленая вода)
5. Присутствие кислорода

Эта ситуация ухудшается при большом Площадь поверхности компонентов из углеродного композита соединяется с небольшими металлическими деталями (такими как крепежные детали, болты и гайки).В этих условиях скорость гальванической коррозии чрезвычайно высока из-за высокого отношения площади поверхности катода к площади анода (Ac / Aa).

Гальваническая коррозия металлов, связанных с углеродными композитами, не является новой проблемой. Об этом сообщают с 1960-х годов. Но этот вопрос до сих пор не решен. Морфология и интенсивность гальванической коррозии сильно зависят от типа металла, соединенного с углеродным композитом, соотношения площади поверхности катода и анода и условий окружающей среды.(Для дальнейшего обсуждения см. Почему два разнородных металла вызывают коррозию?)

В следующем разделе более подробно будет рассмотрено поведение разнородных металлов в этой ситуации.

Алюминий в сочетании с углеродным композитом

Алюминиевые сплавы чрезвычайно уязвимы, когда они связаны с углеродным композитом. Согласно анодной и катодной поляризационным кривым алюминиевых сплавов и углеродных композитов ясно, что скорость гальванической коррозии в морской воде контролируется реакцией восстановления кислорода.

Это означает, что любое условие, которое приводит к увеличению скорости восстановления кислорода, вызовет увеличение скорости гальванической коррозии. Во время гальванической коррозии на поверхности алюминия образуется белый желеобразный продукт коррозии.

Существует утверждение, что скорость гальванической коррозии алюминия может быть уменьшена за счет анодирования алюминия и образования толстого защитного слоя оксида алюминия на поверхности. Однако следует отметить, что в случае разрыва оксидного слоя из-за механического повреждения ситуация значительно ухудшается из-за действительно высокого отношения площади поверхности катода к аноду (Ac / Aa).

Обычная сталь

Скорость гальванической коррозии мягкой стали, соединенной с углеродным композитом, была исследована в различных средах: бетон, раствор для борьбы с обледенением и морская вода. Результаты показывают, что, как и у алюминия, скорость коррозии простой стали контролируется катодной реакцией O ₂ . Иногда скорость коррозии простой стали увеличивается в 25 и 60 раз, когда она сочетается с углеродным композитом в антиобледенительном растворе и морской воде соответственно.

Нержавеющая сталь

Нет никаких доказательств образования коррозии для нержавеющих сталей, связанных с углеродным композитом. Однако сообщается, что некоторые типы нержавеющих сталей (например, типы 410 или 301) подвержены локальной коррозии (точечной коррозии и щелевой коррозии), когда они соединены с углеродным композитом в аэрированном 3,5% NaCl (имитирующая морская вода). Считается, что точечная коррозия будет усилена увеличением Ac / Aa. (Для получения дополнительной информации о точечной коррозии см. Обзор нержавеющих сталей с высоким содержанием азота.)

Титан

Глядя на стандартный электрохимический потенциал титана, кажется, что этот металл является активным металлом. Однако из-за образования плотного стабильного и защитного оксидного слоя титан находится среди благородных материалов и чуть ниже графита или углерода в таблице гальванических рядов. (Для грунтовки см. Статью Введение в серию гальванических элементов: гальваническая совместимость и коррозия.)

Следовательно, нет значительного зазора между титаном и композитом, армированным углеродным волокном, для создания гальванической коррозии.Это означает, что технически чистый титан и его сплавы полностью устойчивы к гальванической коррозии в сочетании с углеродными композитами.

Гальваническое соединение металлов с углеродными композитами вызовет проблемы не только для металла, но и для самого композитного материала. Из-за выделения газообразного водорода в дефектных местах композита (таких как пустоты и трещины) на поверхности композита могут образовываться пузыри, заполненные водородом. (Подробнее см. Коррозия полимерных материалов.)

Другой проблемой, которая может быть проблемой для углеродных композитов в качестве катода в гальванической паре, является образование известковых отложений на поверхности углеродного композитного материала. В застойной морской воде на поверхности углеродных волокон происходит огромное количество катодных реакций, включая выделение водорода и восстановление кислорода, что может привести к образованию локализованного щелочного раствора на поверхности.

В этом состоянии карбонатные соли в морской воде не растворяются и будут откладываться в форме арагонитовой фазы (карбонат кальция и магния).Поскольку для создания таких известковых отложений требуется высокая скорость восстановления водородом, это явление происходит, когда активный металл, такой как алюминий или магний, соединяется с композитным материалом.

Вот некоторые средства борьбы с гальванической коррозией металлов, соединенных с углеродными композитами:

1. Замените металлическую часть сплавом с высокой коррозионной стойкостью. В этом случае лучший вариант — титан и его сплавы.
2. Разъедините электрическое соединение двух частей, поместив между ними электроизоляционный материал, например композит, армированный стекловолокном.
3. Используйте эпоксидные смолы без каких-либо гидролизуемых связей, таких как сложноэфирные связи, для уменьшения проникновения воды в композит, а затем для уменьшения реальной площади катодной поверхности.
4. Используйте проклеивающие вещества в качестве герметика на поверхности углеродных волокон перед изготовлением композитов.
5. Комбинация анодирования серной кислотой и гибридного золь-гелевого покрытия весьма эффективна против гальванической коррозии металлических ламинатов из углеродного волокна.

Стандарт ISO / DIS 21746 (en) определяет метод испытаний на гальваническую коррозию композитов и металлических узлов, подверженных воздействию солевого тумана, с использованием прикрепленного или закрепленного образца.

Потенциальные выгоды для пользователей металла из углепластика от проведения испытания на гальваническую коррозию на основе этого стандарта:

• Устранение рисков коррозии, связанных с углепластиками с гораздо более высоким гальваническим потенциалом, чем у металлов, для формирования глобальной ячейки между углепластиком и металлом.
• Расширение областей применения углепластика для включения коррозионных сред, которые все еще требуют включения металлических компонентов
• Обнаружение или предотвращение потерь изоляции гальваническим током, таких как миграция ионов и временная деградация в герметизирующей пленке, нанесенном герметизирующем слое и армированном стекловолокном пластмассы (GFRP)
• Демонстрация соответствия установленным условиям для требований сертификации типа для самолетов
• Оценка процедур, связанных с коррозией, для технического обслуживания, ремонта и капитального ремонта (MRO) самолетов из углепластика

.