Арматура углепластиковая: Углепластиковая арматура: основные характеристики и применение

Содержание

Углепластиковая арматура: основные характеристики и применение

Углепластиковая арматура

Этапы производства углепластиковой арматуры

Технологический автоматизированный процесс, благодаря которому появляется арматура из углепластика, носит название пултрузии или протяжки. С ее помощью, без дополнительных материальных затрат и привлечения дополнительных людских ресурсов, можно изготовить композитную арматуру, которая обладает постоянной площадью поперечного сечения.

Схема аппарата для пултрузии

Установка, производящая данный вид изделий, состоит из системы, подающей композитное волокно в полимерную ванну, преформовочной системы, горячей пресс-формы (или фильеры) и из тянущей и отрезной машины. Чаще всего сегодня в качестве полимеров применяют различные эпоксидные или виниловые смолы, хотя на более прогрессивных производствах появились так называемые пултрузионные смолы, позволяющие ускорить процесс до 6 м/с.

Как же делают углепластиковую арматуру?

  • Вначале, волокно графита подается в полимерную ванну, в которой оно пропитывается специальным полимером;
  • Из ванны, графит, покрытый полимером, попадает в преформовочное устройство.
    Именно в нем придается нужная форма будущему изделию, и выравниваются волокна;
  • Оттуда, волокна карбона направляются в нагретую фильеру, наружный край которой постоянно охлаждают водой, дабы предотвратить коагуляцию не застывшего полимера. Проходя через пресс-форму, в которой специальными нагревательными элементами создается до 6 зон с различной температурой, полимер затвердевает и на выходе из нее получается охлажденный, почти готовый продукт;
  • Далее, по тянущей системе углепластиковая арматура режется на определенные технологическим стандартом сегменты.
Производственная линия для изготовления углепластиковой арматуры

Казалось бы, ничего сложного в данном процессе нет – подготовил нужные компоненты и нажал кнопку «Пуск»! На самом деле только правильный научный подбор всех параметров производства: скорости протяжки, подбор температурных режимов фильеры, хорошая пропитка полимером и его кинетические свойства и т.п., позволят в конечном итоге получить качественный продукт.

Основные свойства углепластиковой арматуры

По своему внешнему виду данное изделие почти ничем не отличается от предшественницы – металлической арматуры. Оно тоже имеет вид тонких прутьев или стержней с различным диметром поперечного сечения (до 20мм).

Различные диаметры поперечного сечения

Поверхность у такой арматуры ребристая, что обеспечивает максимальное сцепление с бетонным раствором.

Основными компонентами, который и наделяет углепластиковую арматуру уникальными свойствами, являются полимер и сам карбон. Структура его волокон является прерывистой, за счет чего и достигаются те принципиальные преимущества, выгодно выделяющие такую арматуру среди остальных композитных изделий:

  • Высокая прочность изделия. По сравнению с металлической арматурой, углепластиковая лучше выдерживает нагрузку и компрессионное давление на удар или излом. Благодаря этому качеству можно значительно уменьшить ее расход, а также сделать более редкую армированную сетку. Многие используют даже стержни с меньшим диметром, чем металлические, и все-равно качество постройки не страдает. То есть, можно сказать, что из-за уникальной прочности этого изделия заметно уменьшаются затраты на строительство;
  • Более легкий удельный вес. Опять же, по сравнению с металлической, арматура углепластиковая до 10 раз легче. Это влечет за собой уменьшение затрат на транспортировку изделия, ведь за один раз вы сможете привести почти в 10 раз больше армирующего материала. Если же речь идет о частном строительстве загородного дома или дачи, то такую арматуру можно с легкостью перевести в багажнике автомобиля, тем более что она приобретается вместе со специальными укладочными бухтами;
  • Устойчивость к коррозии и воздействию агрессивных факторов внешней среды. Если металлическая арматура, спустя определенный промежуток времени может заржаветь, то углепластиковой не страшны даже морская вода или различные кислоты. Вот почему именно этот вид композитной арматуры используется при строительстве мостов;
  • Низкая теплопроводность. Данное качество просто неоценимо, так как оно позволит сохранить большую часть тепла в фундаменте и стенах. Если, задаться целью, сравнить энергосберегающие возможности углепластиковой и металлической арматуры, то первая раз в сто опережает свою предшественницу!
  • Устойчивость к воздействию экстремально низких температур;
  • Хорошая радиопроницаемость наряду с экранирующими свойствами по отношению к электромагнитному полю. Как это свойство композитной арматуры поможет в реальной жизни? Возьмем тот факт, что все мобильные устройства будут работать, независимо от месторасположения, без помех и искажений сигнала;
  • Высокая долговечность. Как утверждают все производители композитной арматуры, ее минимальный срок эксплуатации около 75 лет;
  • И, наконец, последнее преимущество, которое по своей значимости может перевесить все остальные, это низкая стоимость изделия, благодаря доступности материала.
Сравнительная характеристика

«Минусы» углепластиковой арматуры

Наряду с положительными качествами, углепластиковая арматура обладает и рядом отрицательных черт, о которых необходимо знать.

Прежде всего, это низкий модуль упругости (в 4 раза меньше, чем у металлической). То есть такая арматура плохо гнется, а если это и происходит, то она сразу же ломается. По этой причине, ее применяют при строительстве фундамента, дороги, мостов, но использование в перекрытиях влечет за собой потенциальный риск и необходимость дополнительных расчетов.

Затем нужно сказать и о воздействии высокой температуры. Так, при нагреве до 600ºС, арматура из углепластика начинает быстро размягчаться. Поэтому при строительстве нужно предпринять дополнительные меры по теплоизоляции, в случае пожара.

Следующий минус данной арматуры можно отнести не к отрицательным качествам, а к неудобным факторам работы. Дело в том, что ее нельзя сварить электросваркой. В связи с этим, на производстве к концам арматуры приделывают стальные наконечники, которые позволяют уже произвести сварочные мероприятия.

Также вы не сможете изменить форму углепластиковой арматуры в процессе строительства. Необходимо сразу же просчитать нужные вам варианты и договориться с производителем на заводе, предоставив ему чертежи.

Использование углепластиковой арматуры

Из-за того, что такая арматура не подвержена коррозии и воздействию влаги, она находит широкое применение в строительстве канализационных систем и водоочистительных сооружений. Также, ее предпочитают использовать для постройки химических складов и мостов. Во втором случае важную роль играет прочность армирующего изделия.

Данная композитная арматура идеально подходит для прокладки дорожного полотна и при выполнении на нем любых реставрационных работ. Во-первых, ее легко транспортировать.

Удобство транспортировки

Во-вторых, не требуется дополнительных сварочных работ, что удешевляет и ускоряет процесс укрепления дороги.

Таким образом, хотя на Западе, углепластиковую арматуру применяют уже несколько десятилетий, в нашем регионе это еще сравнительно новая тенденция, которая имеет далеко идущие перспективы!

Применение углепластиковой арматуры

Видео – арматура углепластиковая

отзывы, характеристики, плюсы и недостатки, цена FibARM Rebar

Композиты стремительно ворвались в повседневную практику. Их используют на стройках, в машиностроении, химической промышленности, металлургии, медицине, электротехнике и во многих других производственных сферах. Что касается строительной индустрии, то XXI век стал «эпохой композитов». Появляются новые материалы на основе тех, что известны тысячелетиями. Например, композитная арматура в большинстве случаев является достойной заменой металлической. Легкая, прочная, не поддающаяся коррозии, она, чем дальше, тем активнее применяется во многих строительных процессах, связанных с армированием.

Оглавление:

  1. Разновидности арматуры
  2. Преимущества и недостатки углепластика
  3. Область применения
  4. Технология вязки
  5. Отзывы об эксплуатации углепластиковой арматуры
  6. Цена FibARM Rebar

Основные виды композитной арматуры

Стержни, изготовленные из стеклянных, углеродных, базальтовых или арамидных волокон и прошедшие специальную обработку, относятся к неметаллической арматуре.

Существует несколько ее разновидностей. Классификация проводится на основании использованного волокна:

  • Стеклопластиковая (АСП).
  • Базальтопластиковая (АБП).
  • Углепластиковая арматура (АУП).

Известен еще один малораспространенный вид из стеклоармированного полиэтилентерефталата (АСПЭТ).

К общим свойствам указанных выше материалов можно отнести следующие:

  • высокая прочность;
  • коррозионная стойкость;
  • диэлектрик;
  • небольшой вес;
  • магнитопрозрачность;
  • малая теплопроводность.

На современном этапе наиболее изучены характеристики стеклопластиковой арматуры. Этот материал получил соответствующий ГОСТ, на нескольких российских заводах налажено его производство. Благодаря дешевизне сырья и внедрению эффективных технологий выпускается относительно недорогая по цене, но прочная и надежная арматура. Положительные отзывы строителей, ее применяющих, стимулируют других внимательнее присмотреться к такой альтернативной замене дорогостоящего металла.

Купить базальтопластиковую арматуру лучше в том случае, если нужно проводить армирование в агрессивной среде. Основными участками строительства, где не обойтись без нее, являются:

  • морские и портовые сооружения;
  • фундаменты;
  • опоры ЛЭП;- инженерные сети;
  • теплосберегающие оградительные конструкции.

Остальные характеристики полностью идентичны стеклопластиковому аналогу, о чем свидетельствуют отзывы самих строителей. Базальтопластиковая арматура имеет более высокую цену, поэтому использование регламентируется разумным соотношением прочности конструкции и стоимости проекта.

Особенности углепластика

Внешний вид полностью повторяет классическую форму арматуры из металла: прутья и стержни диаметром сечения до 3,2 см. Сцепление с бетоном достигается за счет ребристой поверхности углепластика.

При внешней схожести химический состав неметаллической композитной арматуры совершенно другой. Она изготовлена из волокон карбона, связанных в единый пучок полимером. Прерывистость структуры углеродного наполнителя определяет свойства и характеристики материала, выгодно отличает его среди подобных изделий.

Преимущества

  • Высокая прочность.

Выдерживает значительные нагрузки и компрессионное давление. Устойчива к ударам и изломам. Как следствие, армирующую сетку можно делать в «более экономном» режиме.

По сравнению с металлической удельный вес меньше в 10 раз. Легко транспортируется даже легковым автомобилем, поэтому для индивидуальных застройщиков, решивших купить ее, снимается вопрос с доставкой.

  • Устойчивость к коррозии, кислотам, щелочам.

Внешняя агрессивная среда не может повредить структуру изделия, стержни из углепластика могут применяться в строительстве морских и припортовых сооружений.

  • Низкая теплопроводность.

Показатель теплопроводности в 100 раз ниже, чем у металлической.

  • Широкий температурный диапазон.

Может эксплуатироваться при температурах от -70°C до +400°C. В случае пожара связующий компонент разрушается при +200°C, но к этому моменту и бетон потеряет свои эксплуатационные характеристики. При +600°C углепластик полностью размягчается.

  • Диэлектрические свойства.

Не пропускает электрический ток. Предотвращает короткие замыкания электропроводки внутри бетона.

  • Радио-, магнитопрозрачность.

Углепластик не создает помех и искажений для радиоволн.

  • Долговечность.

Гарантийный срок эксплуатации – 75 лет, а судя по отзывам ученых – значительно больше.

  • Простой монтаж.

Вязать сетку из углепластика могут 2 специалиста. Использование инструментов – минимальное.

Доступность сырья делает общую стоимость невысокой.

Недостатки

Положительных моментов у данной арматуры много, тем не менее, есть и минусы. Первым следует назвать невысокий модуль упругости. По этому показателю арматура в 4 раза проигрывает металлической. Свойство проявляется в том, что материал не гнется, а ломается.

И если застройщик решил купить углепластиковую арматуру для армирования перекрытий, ему нужно проводить целый ряд точных расчетов. Форму готовых изделий изменить нельзя, все конфигурации и их размеры следует заказывать заранее.

Еще одним недостатком считается тот факт, что соединяют композитную арматуру только вязкой, электросварка применяться не может. На крупных стройплощадках часто надевают стальные наконечники на прутья и производят сварку.

Найти дефекты самостоятельно невозможно, но самая небольшая трещина на углепластике значительно понижает прочность.

Сферы использования

По отзывам композитная арматура из углепластика незаменима на таких участках:

  • канализационные системы;
  • водоочистительные сооружения;
  • мосты;
  • химические склады;
  • дороги;
  • реставрационные работы.

Вязка арматуры

Вязать арматуру из композитных материалов достаточно просто, если использовать специальные хомуты и клипсы. Выровнять каркас можно при помощи пластиковых опор («стульчики», «кубики», «звездочки»-фиксаторы). Прутья соединяют «внахлест». Ширина шага – до 25 см.

Нередко проводят скрепление проволокой. Необходимый инструмент для такой процедуры: крючок для вязки, кусачки, плоскогубцы. Проволоку заранее разрезают на куски длиной 20 см (при диаметре до 16 мм). Применяются узлы: угловые, крестовые, двухрядные, «мертвые».

Отзывы

«Продавец-консультант посоветовал взять углепластик. Я сначала сомневался, но нашел информацию об этой арматуре и решился купить. Говорить о результатах рано – дом стоит только второй год, но если арматура используется для мостовых конструкций, то два этажа для нее – не проблема».

Алексей, Москва.

«Участок, где я строюсь, расположен достаточно далеко от МКАД. Поэтому, чтобы хоть немного снизить транспортные расходы, выбрал композитную. Привез ее сам, на машине. И вязал самостоятельно, мне только сын помогал. Особых сложностей и премудростей при вязке углепластика нет».

Юрий Алексеевич, Ленинградская область.

«Плохо то, что арматура не гнется, а ломается. Было проблематично вязать по углам. Но легкость прутьев компенсирует другие неудобства. Покупал стержни 8 мм для армирования опор и фундамента летней беседки».

Вячеслав, Уфа.

«Композитная мне показалась надежней металлической арматуры, хоть и немного дороже. Но в комплексе стоимость, доставка и монтаж затягивают примерно одинаково. Почему выбрал углепластик? Потому что дом расположен очень близко к реке, и я решил не рисковать с металлом, который очень скоро поржавеет».

Игорь Новиков, Самара.

Цены

Выбор в Москве ограничен. Материал предлагает холдинг «Композит». Стоимость зависит от толщины прутьев FibARM Rebar.

Диаметр сечения, ммЦена за 1 пог. м, рубли
4160
6270
8470
10760
121 070

отзывы застройщиков, характеристики, плюсы и минусы, цены

Из всех видов композитной арматуры углепластиковая является самой прочной и дорогостоящей, ее применение должно быть экономически обоснованным. Материал представляет собой прутья диаметром от 4 до 32 мм длиной до 12 м, с целью повышения адгезии они имеют ребристую или покрытую песком поверхности. В основном используются в качестве альтернативы или усиления металлической арматуры в фундаментах, стяжках и ЖБИ, но в ряде случаев они незаменимы.

Оглавление:

  1. Классификация и описание
  2. Область применения углепластика
  3. Список преимуществ и недостатков
  4. Правила вязки стержней
  5. Мнения застройщиков

Разновидности, характеристики и особенности

Общие технические условия регламентированы ГОСТ 31938-2012. В зависимости от материала стержней выделяют следующие виды неметаллической арматуры:

  • Стеклопластиковая, из склеенных в пруток полимерных волокон с накрученной поверх стеклянной нитью. Реализуется в кольцах и бухтах, из всех композитных типов арматуры имеет самую низкую прочность и термоустойчивость.
  • Базальтопластиковая арматура – на основе нитей из расплавов твердых пород: базальта или габбро-диабаза.
  • Углеродные прутья, получаемые путем пропитки синтетическими смолами термически разложенных полиакрилонитрильных или гидратцеллюлозных волокон и протяжкой их через высокопрочные формы.

Характеристики последней разновидности говорят сами за себя:

  • Высокая прочность на разрыв – от 2000 до 3000 МПа, что позволяет использовать при заливке фундаментов и изготовлении ЖБИ прутьев с меньшим диаметром.
  • Удельный вес – не более 1600 кг/м3.
  • Модуль упругости в пределах 350 ГПа, в этом плане углепластиковая арматура в 7 раз лучше обычной стекловолоконной.
  • Огнестойкость – до 600 °C.
  • Коэффициент теплопроводности – 0,55-1 Вт/м·°С.
  • Материал химически инертен и обладает абсолютной коррозионной стойкостью.

Сфера применения

Композитная арматура востребована в жилищно-гражданском, промышленном, горнодобывающем и дорожном строительстве. Высокая прочность и антикоррозийная устойчивость делают ее незаменимой при возведении объектов, подверженных частым влажностным нагрузкам или эксплуатируемым в воде. К таким относят подтапливаемые фундаменты, колодцы, септики, ж/б емкости, очистные сооружения, системы канализации, мелиорации и водоотвода, мосты, опоры, объекты береговой линии, в том числе морские. Допускается использование этой арматуры при изготовлении предварительно напряженных ЖБИ.

В частной сфере потребность в углепластиковых прутьях возникает при заложении фундаментов ниже нулевой отметки грунта, строительстве домов с подвалами. Практика показывает, что основания и объекты, армированные таким прутьями, хорошо выдерживают вибрационные нагрузки. К альтернативным вариантам относят усиление металлических каркасов и аналогичных поддерживающих конструкций. Имея более низкий коэффициент теплопроводности в сравнении со сталью, композиты применяются с целью армирования кладки из пено- или газоблоков и других легких марок бетона.

Плюсы и минусы

К достоинствам этой разновидности относят:

  • Химическую инертность, стойкость к коррозии, агрессивным средам и биологическим воздействиям.
  • Низкий вес и снижение трудозатрат при доставке и вязке армоконстуркций.
  • Высокую прочность основы, углеродные волокна выдерживают нагрузки на разрыв в 2-3 раза лучше стали.
  • Близкий к бетону коэффициент теплового расширения и низкую теплопроводность. Это исключает риск образования трещин и мостиков холода при заливке единых монолитов или армировании кладки из строительных блоков.
  • Хорошие диэлектрические свойства, материал беспрепятственно пропускает радиоволны и не меняет свои показатели под влиянием э/м излучения.
  • Долговечность, заявленный производителями срок службы составляет 75 лет, отзывы потребителей подтверждают неизменность форм, внешнего вида и прочности в процессе эксплуатации.

К эксплуатационным недостаткам арматуры из углепластика относят отсутствие возможности изгиба непосредственно на стройплощадке (читайте о том, как гнуть металлическую арматуру), снижение прочностных характеристик при растрескивании и потерю полезных свойств при нагреве (в отличие от полностью соответствующей пожарным нормам стали композиты в лучшем случае являются самозатухающими). Изогнутые формы производят исключительно в заводских условиях, что приводит к потребности в точной схеме армирования и ее строгого выполнения. Эта разновидность обходится дорого, число ее изготовителей ограничено, по отзывам на рынке встречается много подделок с низкой прочностью.

Технология вязки

Соединение композитных прутьев осуществляется внахлест, с шагом ячеек сетки или соседних рядов в пределах 25 см. Проведение сварки в данном случае крайне затруднительно, на больших площадках могут использоваться специальные накладки, но чаще всего фиксацию проводят с помощью вязальной проволоки или пластиковых хомутов. В процессе вязки отслеживается ровность вертикальных рядов и надежность закрепления углов, особенно это актуально при бетонировании заглубленных фундаментов. Низкий вес углепластика с одной стороны облегчает работы, с другой – делает каркас менее устойчивым к смещению при заливке строительного раствора.

С целью упрощения процесса все инструменты и крепежи подготавливают заранее. Для надежной фиксации прутьев с сечением в пределах 16 мм потребуется около 20 см мягкой проволоки, вязка узлов может быть любой: угловой, двурядной, крестовой. Собранный каркас нуждается в выравнивании и надежной основе, по аналогии с металлическим его устанавливают на специальные пластиковые опоры.

Отзывы о материале

«Использовал композитные арматурные прутья при заливке ленточного основания на подтапливаемой местности, вложения были значительные, сэкономить удалось только на доставке и вязке. Результатом остался доволен: фундамент второй год стоит без смещения и подвижек. Недостатков не заметил, но обратил внимание, что по ходу заливки каркас следует придерживать, он получился в разы легче металлического».

Владимир, Нижний Новгород.

«При бетонировании фундаментов имел дело с разными видами арматуры, в том числе с композитной. Считаю ее главным недостатком хрупкость, работа с прутьями требует осторожности, особенно в момент выгрузки. Они не гнутся, но в этом нет необходимости, хомуты хорошо держат стыки, каркас получается прочный и легкий. К однозначным плюсам отношу инертность и коррозийную устойчивость».

Роман, Ростов.

«Решил купить углепластиковую арматуру с целью укрепления заглубленной плиты, сетку вязал со стандартным шагом 25×25 см с помощью проволоки. За исключения высокой цены минусов у материала не заметил, начитавшись отзывов, ожидал, что часть прутьев разобьется, но в итоге на момент соединения все они были целые».

Александр, Москва.

«Считаю арматуру из углепластика для частного строительства неоправданной, при сильном риске коррозии или необходимости облегчения конструкции лучше купить более дешевые стекловолоконные или базальтовые прутья, а углерод ввести в раствор в виде фибры. По моему опыту это поможет сэкономить на каркасе до 40 %, а в прочности фундамент или стяжка только выиграет. Гнуть композиты нельзя в любом случае, в бухту скатываются исключительно тонкие, поэтому для усиления углов советую комбинировать углепластик или стекловолокно с металлом».

Сергей, Воронеж.

Добавить отзыв

Стоимость материала

Тип арматурных прутьев, производительДиаметр, ммЦена за 1 п.м., рубли
FibARM Rebar, ХК «Композит» С финишным песочным покрытием или навивкой4165
6265
8570
10760
121070

Плюсы и минусы арматуры из углепластика

Дата: 07.10.2014

Углепластики представляют собой особо прочные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна. Они отличаются высокой плотностью – до 2 000 кг/м3, жесткостью, легкостью и превосходят сталь по ряду параметров. Именно поэтому углепластиковая арматура интересна в качестве достойной альтернативы металлическим прутам. Она даже внешне похожа на стальную диаметром и ребристой поверхностью. Тем, не менее, полностью заменить их она не может по ряду причин.

Оглавление:

  1. Достоинства
  2. Недостатки
  3. Вязка
  4. Цена
  5. Отзывы

Применение

Композитная арматура из углепластика используется при изготовлении стоек под дорожные знаки, фонарных столбов, шпал для железных дорог, опор для мостов, аэродромных плит. Активно применяется в масштабном строительстве для изготовления монолитных конструкций, распорок, подвесов, укрепления дорожного полотна. В частном использовании при возведении кирпичного дома с помощью углепластика соединяют внутренние перегородки, облицовку с несущими стенами.

Виды и сравнительные характеристики

Неметаллическая композитная арматура может быть ещё и стеклопластиковой, базальтопластиковой. Все изделия имеют различные параметры, что можно увидеть из сравнительной таблицы.

Технические характеристикиАрматура
углепластиковаястеклопластиковаябазальтопластиковая
Прочность на растяжение, МПа2000-300010001200
Огнестойкость, °Cдо 600до 300до 600
Плотность, кг/м3160022002200
Устойчивость к коррозиивысокаявысокаявысокая
Упругость, ГПадо 350до 45до 50
Теплопроводность, Вт/(м×С)от 1,0до 1,0до 1,0

Получается, что углепластиковые изделия выгодно отличаются: параметры базальтопластиковой и характеристики стеклопластиковой арматуры уступают по прочности и упругости.

Достоинства

  • Обладает достаточной прочностью, чтобы выдерживать большие компрессионные нагрузки, можно делать менее густую армированную сетку или брать для этой цели прутья тоньше.
  • Пластик в 10 раз легче металла, что облегчает и удешевляет перевозку.
  • Для монтажа сетки и нарезки прутьев не нужна сварочная аппаратура, что упрощает сборку и позволяет экономить на оборудовании.
  • Не реагирует со щелочью и не поддается коррозии.
  • Хорошо переносит низкие температуры и не разрушается.
  • Обладает долговечностью — служит до 75 лет.

Недостатки арматуры из углепластика

  • Высокая стоимость, ее чаще используют в качестве усилителя, опоры в составе конструкции из менее дорогих материалов. Правда, судя по отзывам, композитная арматура дает возможность экономить на перевозке, нарезке и монтаже, в комплексе она получается вполне доступной.
  • Может ломаться при ударных нагрузках, а также при попытках её согнуть, то есть требует аккуратного обращения при транспортировке, хранении и собственно монтаже.
  • Отличить подделку рядовому потребителю невозможно, для оценки качества требуется особое дорогостоящее оборудование: ультразвук, рентген, оптическая голография и тому подобное.
  • Малейшая трещина, невидимая глазу, снижает прочностные характеристики.
  • Отсутствие огнестойкости — при 600°C начинает размягчаться, нужны меры по защите на случай пожара.

Правила вязки

Изготавливая арматурную сетку, нужно следить, чтобы соединение прутьев осуществлялось внахлест. Ширина шага должна составлять не более 250 мм. Надежность соединения стыков никак не влияет на качество самого бетона, но лучше их проверять, чтобы сама конструкция не сместилась во время заливки.

Все угловые элементы должны быть зафиксированы при установке каркаса. Если вязка происходит непосредственно в котловане, то опорная конструкция должна быть укреплена сразу, до установки опалубки.

Для вертикальных изделий важно, чтобы арматура оставалась в ровном положении. Для его сохранения прутья тоже можно перевязать меж собой проволокой.

Чтобы ручная вязка происходила достаточно быстро, необходимо заранее подготовить инструменты. Для этого понадобятся кусачки, плоскогубцы, винтовой крючок. Проволоку нужно заранее нарезать на кусочки примерно по 20 см, если диаметр пластиковых стержней не превышает 16 мм. Вязать можно угловыми узлами, двухрядными, крестовыми или мертвыми.

Стоимость по Москве

Цена на углепластковую арматуру зависит от сечения диаметра и не очень отличается от аналогов.

Вид изделияСечение, ммМатериалЦена, рубли/м
АКС (бухты)Ø 4Стекло7,60
Ø 69,30
Ø 815,90
Ø 1023,30
Ø 1229,30
АКС (прутья)Ø 68,60
Ø 8от 12,90
Ø 1025,30
Ø 1431,54
Ø 1656,70
АКУ (прутья)Ø 4Углепластикот 8,00
Ø 69,73
Ø 710,62
Ø 812,90
Ø 1433,00
БПА 250Ø 4Базальт6,12
Ø 67,08
Ø 89,36
Ø 1011,28

Для домашнего применения: стяжки полов, кирпичной кладки, возведения колонн и прочего, достаточно купить базальтовую арматуру (или углепластиковую) диаметром 4-6 мм.

Какие же будут мнения и отзывы?

«Ни один вид строительства не обходится без арматуры. И хотя все мы привыкли к металлу, все же у углепластика есть много преимуществ: он намного легче, его легко перевозить, с ним легче обращаться, а ещё он не создает экрана для радиоволн и не проводит электричество. Поэтому я выбрал его, когда начал строиться в прошлом году. За все время работы с ним особых недостатков не заметил».

Виталий Кудрявцев, Москва.

«Мне материал совершенно не показался дорогим. Конечно, я не брал углепластик с диаметром 16 мм, так как для домашнего использования вполне хватает привычных 8-ми. Особенно для возведения небольших колонн для ворот. Могу подтвердить, что обращаться с арматурой углепластиковой очень просто и удобно – она легче и сварку нанимать не надо. Посмотрим, сколько простоит моя «крепость».

Григорий Павлов, Мытищи.

«Я как-то углепластиковую арматуру не нашел. Но мне предложили альтернативу – стеклопластик. Поскольку я просто хотел сделать армированный пояс для дома из силикатного кирпича, то этот вариант мне вполне подошел. Заказывал его в бухтах. Вязали сетку втроем. Делали все очень аккуратно, проблем не возникло. Стройка закончилась – дом стоит, все хорошо».

Тимофей Макаров, Балашиха.

«Я делал фундамент, и мне посоветовали новый вид арматуры — углепластик. Немного боялся, что монтаж будет обременительным из-за того, что она плохо гнется. Хотел все-таки брать классику. Теперь радуюсь, что меня уговорили — её было легко перевозить, просто в багажнике, и совершенно не сложно устанавливать, а в прочности конструкции я не сомневаюсь, потому что если из углепластиковой арматуры делают мосты и шпалы, то и мой дом не упадет».

Владислав Колесников, Белгород.


Арматура углепластиковая

Содержание статьи:

Арматура углепластиковая

Строительство — это на сегодняшний день, как и в былые времена, является очень значимым делом. Это ведь и не удивительно. Точно также, существует огромное количество всевозможных строительных материалов и композиций.

В данной статье, речь пойдет об арматуре углепластиковой. Уж очень много всевозможных разговоров, положительных и противоречивых разговоров ходит о представленной арматуре. Именно поэтому, есть смысл разобраться во всем этом.

Типы углепластиковой арматуры

Стоит отметить, что арматура композитного направления подразделяется на три самых основных и важных типа, вариаций.

Все это зависит от того, какой характер содержит наполнитель, в также и матрица, которая в свою очередь, туда входит.

Помимо этого, стоит учитывать еще и то, что составная часть композитной арматуры довольно такие сильно воздействует на физические и механические свойства данного вида.

За исключением этого, все это влияет еще и на ту область, где используют композитную арматуру. Таких областей может быть огромное множество. Кстати, для понимания общей картины, можете ознакомиться с арматурой стеклопластиковой.

На сегодняшний день, число людей, которые используют подобную конструкцию, становится все больше и больше. Конечно, противоречивые отзывы существуют.

Но как вы знаете, не всех все всегда устраивает. Но, тем не менее, и цена соответствует качеству, и все же положительных отзывов о нем гораздо больше.

Качества арматуры углепластиковой

Арматура стеклопластикового назначения (АКС). Характеристики и области применения композитная арматура. Элементом, за счет которого происходит армирование арматуры стеклопластикового назначения (АКС), является стекловолокно.

  • Арматура подобного вида является очень легким, но в тоже время, достаточно прочным (повышена степень прочности во время разрыва), магнитоинертным, противостоит порчи металла, радопрозрачная, не проводить электричество. Также, арматура имеет очень низкую ценовую категорию. Кроме того, она устойчива к тем условиям, которые происходят в среде бетона.

Углепластиковая арматура

Можно еще добавить и то, что углепластиковая арматура обладает достаточным коэффициентом расширения теплового направления, которая в свою очередь, очень похожа на свойства бетона.

Это позволяет преодолеть образование всевозможных деформаций. Например, таких как трещины, разрушения конструкций, состоящих, непосредственно, из бетона, а также, которые тесно связаны с изменениями температуры, вызванные сезонно.

Арматура углепластиковая имеет очень хорошие физические и химические показатели. Именно поэтому, ее довольно таки активно используют в процессе осуществления армирования заборных, тротуарных, а также и для дорожных плит.

Сюда же можно отнести армирование балок из дерева, всевозможные опоры, которые изолируют траверсы линий электрических коробок, армирование оснований, сооружений, изготовленных из бетона и так далее.

Использование углепластиковой арматуры

Мало, кому известно, что арматуру стеклопластикового направления используют еще и в работах реставрационного направления, процессе армирования настилов и мостов, а также, еще очень и очень во многих областях.

  • Самое важное, необходимо знать толк, начальные навыки и меру. Это правило относится не только арматуре композитного направления, но и к другим строительным материалам и элементам.

Матрицей этого материала является еще и смола на основе синтетического термостойкого назначения. А вот наполнителем еще служит и непосредственно, волокно.

Иными словами, еще именуют, как карбон. В отличие от иных разновидностей подобных наполнителей композитных материалов, представленное волокно периодически прерывается.

Минусы углепластиковой арматуры

Во время испытаний, абсолютно все показатели по всем категориям, включая физические и химические свойства показатели очень высокие баллы. Единственное, в данном случае, есть свой минус.

Арматура может быть доступна не всем. Это зависит от того какое количество, будет использовано в строительстве. Также, отрицательный фактор состоит еще и в том, что она практически не гнется. И как следствие, в большинстве случаев, ломается.

Армирование углепластиком

Помимо всего этого, она не выдержит более продолжительного нагревания, которое будет превышать порядка двухсот градусов по Цельсию.

И если произойдет пожар, то арматура сразу же перейдет в жидкое состояние, причем, внутри бетона.

Очень не рекомендовано использовать такую арматуру в тех плитах, которые составляют длину более четырех метров при производстве маршей лестничного направления, в конструкциях из бетона, при процессе осуществления армирования мостов, как было сказано ранее и во всех подобных процессах, все-таки для монолитного фундамента нужен иной подход.

В противном случае, никакого толка от строительства не будет. Скорее, вы больше потеряете и вложите, нежели получите хороший и эффективный результат от выполненной работы.

Именно поэтому и необходимы начальные навыки в данной области. Таким образом, начинать какую-либо работу, связанную с использованием углепластиковой арматуры, не имеет смысла, потому как, прежде всего, тут нужен опыт.

Электронная библиотека Полоцкого государственного университета: Стеклопластиковая и углепластиковая арматура в строительстве: преимущества, недостатки, перспективы применения

Please use this identifier to cite or link to this item: http://elib.psu.by:8080/handle/123456789/16370

Title: Стеклопластиковая и углепластиковая арматура в строительстве: преимущества, недостатки, перспективы применения
Authors: Гиль, А. И.
Бадалова, Е. Н.
Лазовский, Е. Д.
Keywords: Строительные конструкции
Композитная арматура
Углепластиковая арматура
Стеклопластиковая арматура
полиэтилентерефталат
арматура типа АСПЭТ
анализ свойств композитных материалов
углеродные волокна
Issue Date: Dec-2015
Publisher: Полоцкий государственный университет
Citation: Вестник Полоцкого государственного университета. Серия F. Строительство. Прикладные науки. — 2015. — № 16. — С. 48-53.
Series/Report no.: Серия F. Строительство. Прикладные науки;2015. — № 16
Abstract: Рассматривается композитная арматура на основе стеклянных и углеродных волокон, а также сравнительно новая на строительном рынке арматура из стеклоармированного вторичного полиэтилен-терефталата. Перечислены основные факторы, оказывающие влияние на физико-механические характеристики композитов. В ходе сравнительного анализа свойств композитных материалов с разным типом армирующего волокна выявлены преимущества и недостатки арматуры типа АСПЭТ по сравнению со стандартной стеклопластиковой арматурой. Приведены примеры применения композитной арматуры в строительных конструкциях зданий и сооружений, определены области наиболее эффективного использования различных типов композитов. Показаны перспективные направления применения композитной арматуры из стеклоармированного вторичного полиэтилентерефталата в армобетонных конструкциях, области дальнейших исследований её свойств и работы в армобетонных элементах. = The article describes the characteristics of composite reinforcement based on glass and carbon fibers, as well as relatively new in the construction market of fiberglass reinforcement of secondary polyethylene terephthalate. List the main factors that affect the physical and mechanical properties of composites. In the comparative analysis of the properties of composite materials with different types of reinforcing fibers, found FRPPT advantages and disadvantages, compared to the standard FRP. Show examples of application of composite reinforcement in the building construction of buildings and structures identify areas to better use, most of the different types of composites. Presented promising areas of application of composite reinforcement in FRPPT reinforced concrete structures, areas of further studies of the properties of the reinforcement and its work in reinforced concrete elements.
Description: GLASS FIBER AND CARBON FIBER REINFORCECEMENT IN CONSTRUCTION: ADVANTAGES, DISADVANTAGES, PROSPECTS OF APPLICATION. А. HIL, cand. tehn. Sciences E. BADALOVA, cand. tehn. Sciences Y. LAZOUSKI (Polotsk State University)
URI: http://elib.psu.by:8080/handle/123456789/16370
ISSN: 2070-1683
Appears in Collections:2015, № 16

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Углеродная арматура: Углеродная арматура —  

  • Углеродная арматура
  • Углепластиковая арматура: характеристики, преимущества и недостатки
  • отзывы застройщиков, характеристики, плюсы и минусы, цены
  • отзывы, характеристики, особенности и область применения, цены
  • характеристики, отзывы, недостатки, цена, фото, видео
  • Углепластиковая арматура: отзывы, характеристики, особенности
  • отзывы, характеристики, особенности и область применения, цены
  • Армирование углеродным волокном в модификации здания
  • углеродное армирование — это … Что такое углеродное армирование?
  • В сравнении с техническим углеродом, проводящей углеродной сажей и осажденным диоксидом кремния
  • — предложения производителей, поставщиков, экспортеров и оптовиков углеродного армирования

Углеродная арматура

 Углеродная арматура представляет собой материал, который состоит из основы в виде углеродного волокна и связующего: термореактивной синтетической смолы. Углеродная арматура изготовляется методом пультрузии — протяжкой пропитанных связующим армирующих волокон через нагретую формообразующую фильеру.

Углеродная арматура представляет собой материал, который состоит из основы в виде углеродного волокна и связующего: термореактивной синтетической смолы. Углеродная арматура изготовляется методом пультрузии — протяжкой пропитанных связующим армирующих волокон через нагретую формообразующую фильеру.

Возможно изготовление углеродной арматуры диаметром от 2 до 32 мм.

Углеродная арматура производится с финишным покрытием (песок) и без (навивка).

Максимальная длина — до 12 м.

Стержень

Метод получения

Метод пультрузии — протяжка пропитанных связующим армирующих волокон через нагретую формообразующую фильеру.

Упаковка
Углепластиковый стержень упакован в полиэтиленовую пленку, в каждой связке по 50 штук. На каждой упаковке указана маркировка.

Гарантийный срок хранения
3 года со дня изготовления

Применение

Применяют в следующих отраслях:
Жилищно-гражданское и промышленное строительство
Горнодобывающая промышленность
Дорожное строительство
Мостостроение
Армированные бетонные емкости и хранилища очистных сооружений и химических производств
Объекты ЖКХ
Канализация, мелиорация и водоотведение
Укрепление береговой линии
Морские и припортовые сооружения
Фундаменты ниже нулевой отметки залегания
Опоры контактной сети

Преимущества применения

Прочность на разрыв до 5 раз выше прочностных характеристик стальной арматуры класса АIII. Показатель предела прочности металлической арматуры — 390 МПа, композитной — не менее 2000 МПа.
Углеродная арматура не подвержена коррозии
Стойкая к кислотам, к морской воде.
Углеродная арматура практически не проводит тепло.
Радиопрозрачна.
Магнитоэнертна. Не меняет свойства под воздействием электромагнитных полей.
Не теряет своих прочностных свойств при воздействии сверхнизких температур.
Легче металлической арматуры в 10 раз
Долговечность в среде бетонов
прогноз долговечности на срок > 75 лет

Разрешена ли неметаллическая арматура в строительстве?

Да, неметаллическая композитная арматура уже разрешена к применению в СНиП 52-01-2003 (ещё в 2003 году).
В этом документе, в разделе «5.3 Требования к арматуре», дословно написано следующее:
5.3.1. При проектировании железобетонных зданий и сооружений в соответствии с требованиями, предъявляемыми к бетонным и железобетонным конструкциям, должны быть установлены вид арматуры, ее нормируемые и контролируемые показатели качества.
5.3.2. Для железобетонных конструкций следует применять следующие виды арматуры, установленные соответствующими стандартами:
горячекатаную гладкую и периодического профиля диаметром 3–80 мм;
термомеханически упрочненную периодического профиля диаметром 6–40 мм;
механически упрочненную в холодном состоянии (холоднодеформированная) периодического профиля или гладкая, диаметром 3–12 мм;
арматурные канаты диаметром 6–15 мм;
неметаллическую композитную арматуру.

Условия хранения и транспортировки
Транпортируют всеми видами транспорта в упакованном виде, в горизонтальном положении. Хранить в горизонтальном положении в условиях, обеспечивающих целостность упаковки, в закрытых помещениях. Исключить механическое повреждение стержня

 

контакты

Углепластиковая арматура: характеристики, преимущества и недостатки

Углепластики – это композитные полимерные материалы, отличающиеся высокой прочностью на излом, стойкостью к ударным нагрузкам. По целому ряду параметров углепластики превосходят сталь, поэтому углепластиковая арматура рассматривается строителями как альтернатива значительно более тяжелой, подверженной коррозии, стальной.

Что такое углепластиковая арматура и ее преимущества перед стальной

Углепластик представляет собой композитный материал на основе графитовых волокон, пропитанных различными полимерами. Сейчас для пропитки полимером волокон графита чаще других используются полиэфирные, эпоксидные или виниловые смолы. В последнее время при производстве углепластиков начали применять пултрузионные смолы и отвердители, резко ускоряющие производственный процесс.

На выходе установки по производству композитной арматуры, в зависимости от настроек агрегата, получают либо бухту из углепластика, либо мерные стержни заданного сечения и длины. Последние параметры определяются настройками вытяжных механизмов. Полученные углепластиковые изделия имеют ребристую поверхность, однородную структуру и механические свойства, превосходящие по некоторым параметрам аналогичные характеристики стальной арматуры.

Основные параметры, характеризующие углепластиковую арматуру:

Физико-механические свойства композитной арматуры различных типов

  • прочность углепластика на растяжение – от 2000 МПа до 3000 МПа;
  • огнестойкость – до 600°С;
  • плотность – 1600 кг/м3;
  • высокая коррозиеустойчивость;
  • высокая упругость – до 350 ГПа;
  • теплопроводность – от 1.0 Вт/(м×C).

Благодаря своим характеристикам углепластиковые изделия как нельзя лучше подходят для укладки долговечного дорожного полотна, для армирования конструкций химических складов, для сооружения различных гидротехнических объектов, систем ливнестоков, водоочистки и канализации. Углепластиковую арматуру целесообразно использовать при возведении небольших домов, коттеджей, особенно если стены монолитные или многослойные, а материал гигроскопичный.

Основные преимущества углепластиковой арматуры

Виды стеклопластиковой арматуры

Композитная структура делает стержни прочными, выдерживающими высокую ударную нагрузку и статическую нагрузку на излом. Это качество позволяет значительно снизить расход арматуры, собирая не такую густую армированную сетку, как при стальной. При изготовлении армированной сетки отпадает необходимость в сварочном аппарате.

Арматура из углепластика имеет удельный вес на порядок меньше, чем стальная. Это означает, что бетонные конструкции, армированные углепластиковыми прутьями, будут значительно легче, чем со стальной. А при транспортировке за один раз можно перевезти в десять раз больше углепластиковой арматуры, чем стальной.

Углепластиковые изделия устойчивы к коррозии и к воздействию агрессивных сред. Им не страшны ни кислоты, ни щелочи, ни морская вода, что позволяет применять углепластиковую арматуру при строительстве мостов, различных сооружений химической защиты.

К достоинствам углепластика следует отнести устойчивость к низким температурам. Поскольку материал представляет собой диэлектрик, он полностью радиопроницаем, и стены, армированные им, будут свободно пропускать радиоволны.

Низкая теплопроводность углепластиковой арматуры не позволит отдавать полезное тепло в атмосферу через стены и фундамент, как это происходит со арматурой стальной. Композитная структура материала подразумевает длительный срок службы. Лабораторные испытания на износ различных образцов углепластика дают прогнозируемую долговечность не менее 75 лет. И последний аргумент в пользу углепластика – его доступная цена при промышленном производстве.

Технология производства углепластиковой арматуры

Технологический процесс получения углепластиковой арматуры – стержней с композитной структурой и постоянным сечением на основе волокон графита – называется пултрузией (протяжкой). Весь этот процесс автоматизирован, цикл производства непрерывный, человеческий труд минимизирован.

Линия производства стеклопластиковой арматуры

Установка для получения углепластика состоит из устройства подачи волокон, ванны для полимеров, устройства предварительной формовки, нагреваемой пресс-формы, тянущей и отрезной машины.

В обычных установках использовались полиэфирные, виниловые или эпоксидные смолы. В пултрузионном процессе используются специальные смолы и отвердители, позволяющие резко увеличить скорость протяжки. Если скорость протяжки в прежних установках не превышала одного метра в минуту, то пултрузионные установки позволяют получить скорость протяжки до шести метров в минуту. Конечный продукт либо наматывается на бобину, либо разрезается на мерные куски.

Технологический процесс

Графитовое волокно с катушек подается в полимерную ванну, где происходит пропитывание волокна полимером. Волокна, пропитанные на этом этапе полимером, попадают в устройство предварительной формовки, где состав приобретает заданную форму, а волокна выравниваются. Далее волокна с полимером, который еще не успел затвердеть, попадают в нагретую пресс-форму, входная зона которой охлаждается водой для предотвращения преждевременного слипания полимера.

Технологическая схема производства углепластиковой арматуры

В пресс-форме (фильере) несколькими комплектами нагревателей создано от четырех до шести зон нагрева, которые поддерживают оптимальные температуры для правильного процесса полимеризации. Эти оптимальные режимы нагрева задает автоматическая система управления в зависимости от параметров изделия и скорости протяжки. Во время протяжки в полимере возникает экзотермическая реакция (саморазогрев).

Из пресс-формы выходит готовый, полностью отвердевший продукт, который не нуждается в какой-либо обработке. Вытяжное устройство вытягивает его из пресс-формы и подает в отрезную машину, где изделие распиливается на мерные отрезки, готовые к применению.

На качество конечного продукта может оказать влияние любой из факторов – скорость протяжки, температурные режимы пресс-формы, совместимость графитовых волокон и полимерной смолы, равномерная пропитка волокон полимером.

Как вязать углепластиковую арматуру

Увязывая углепластиковую арматуру, соединять прутья следует внахлест, с шириной шага до 25 сантиметров. Перед заливкой бетона нужно проверить, все ли стыки связаны надежно, не сместится ли конструкция. Угловые элементы фиксируются при установке каркаса. В котловане опорная конструкция с углепластиком крепится до того, как будет установлена опалубка. При бетонировании вертикальных конструкций необходимо, чтобы арматура была установлена ровно.

Вязка композитной арматуры

Для вязки арматуры необходимы инструменты:

  • кусачки;
  • пассатижи;
  • винтовой крючок.

Вязать стержни можно любыми узлами – угловыми, крестовыми и др.

Перечень недостатков углепластиковой арматуры

К основным недостаткам композитной арматуры следует отнести ее относительно высокую стоимость. Правда, благодаря малому весу можно компенсировать стоимость арматуры расходами на перевозку, нарезку, монтаж. Следующий недостаток – ломкость. Прут может сломаться от удара, от попыток изогнуть, а любая микротрещина снижает прочность. И, наконец, низкая огнестойкость – всего 600°С. В случае пожара арматура расплавится внутри бетона.

Стеклопластиковые прутья

Видео по теме: Композитная арматура — сравнение со стальной

отзывы застройщиков, характеристики, плюсы и минусы, цены

Из всех видов композитной арматуры углепластиковая является самой прочной и дорогостоящей, ее применение должно быть экономически обоснованным. Материал представляет собой прутья диаметром от 4 до 32 мм длиной до 12 м, с целью повышения адгезии они имеют ребристую или покрытую песком поверхности. В основном используются в качестве альтернативы или усиления металлической арматуры в фундаментах, стяжках и ЖБИ, но в ряде случаев они незаменимы.

Оглавление:

  1. Классификация и описание
  2. Область применения углепластика
  3. Список преимуществ и недостатков
  4. Правила вязки стержней
  5. Мнения застройщиков

Разновидности, характеристики и особенности

Общие технические условия регламентированы ГОСТ 31938-2012. В зависимости от материала стержней выделяют следующие виды неметаллической арматуры:

  • Стеклопластиковая, из склеенных в пруток полимерных волокон с накрученной поверх стеклянной нитью. Реализуется в кольцах и бухтах, из всех композитных типов арматуры имеет самую низкую прочность и термоустойчивость.
  • Базальтопластиковая арматура – на основе нитей из расплавов твердых пород: базальта или габбро-диабаза.
  • Углеродные прутья, получаемые путем пропитки синтетическими смолами термически разложенных полиакрилонитрильных или гидратцеллюлозных волокон и протяжкой их через высокопрочные формы.

Характеристики последней разновидности говорят сами за себя:

  • Высокая прочность на разрыв – от 2000 до 3000 МПа, что позволяет использовать при заливке фундаментов и изготовлении ЖБИ прутьев с меньшим диаметром.
  • Удельный вес – не более 1600 кг/м3.
  • Модуль упругости в пределах 350 ГПа, в этом плане углепластиковая арматура в 7 раз лучше обычной стекловолоконной.
  • Огнестойкость – до 600 °C.
  • Коэффициент теплопроводности – 0,55-1 Вт/м·°С.
  • Материал химически инертен и обладает абсолютной коррозионной стойкостью.

Сфера применения

Композитная арматура востребована в жилищно-гражданском, промышленном, горнодобывающем и дорожном строительстве. Высокая прочность и антикоррозийная устойчивость делают ее незаменимой при возведении объектов, подверженных частым влажностным нагрузкам или эксплуатируемым в воде. К таким относят подтапливаемые фундаменты, колодцы, септики, ж/б емкости, очистные сооружения, системы канализации, мелиорации и водоотвода, мосты, опоры, объекты береговой линии, в том числе морские. Допускается использование этой арматуры при изготовлении предварительно напряженных ЖБИ.

В частной сфере потребность в углепластиковых прутьях возникает при заложении фундаментов ниже нулевой отметки грунта, строительстве домов с подвалами. Практика показывает, что основания и объекты, армированные таким прутьями, хорошо выдерживают вибрационные нагрузки. К альтернативным вариантам относят усиление металлических каркасов и аналогичных поддерживающих конструкций. Имея более низкий коэффициент теплопроводности в сравнении со сталью, композиты применяются с целью армирования кладки из пено- или газоблоков и других легких марок бетона.

Плюсы и минусы

К достоинствам этой разновидности относят:

  • Химическую инертность, стойкость к коррозии, агрессивным средам и биологическим воздействиям.
  • Низкий вес и снижение трудозатрат при доставке и вязке армоконстуркций.
  • Высокую прочность основы, углеродные волокна выдерживают нагрузки на разрыв в 2-3 раза лучше стали.
  • Близкий к бетону коэффициент теплового расширения и низкую теплопроводность. Это исключает риск образования трещин и мостиков холода при заливке единых монолитов или армировании кладки из строительных блоков.
  • Хорошие диэлектрические свойства, материал беспрепятственно пропускает радиоволны и не меняет свои показатели под влиянием э/м излучения.
  • Долговечность, заявленный производителями срок службы составляет 75 лет, отзывы потребителей подтверждают неизменность форм, внешнего вида и прочности в процессе эксплуатации.

К эксплуатационным недостаткам арматуры из углепластика относят отсутствие возможности изгиба непосредственно на стройплощадке (читайте о том, как гнуть металлическую арматуру), снижение прочностных характеристик при растрескивании и потерю полезных свойств при нагреве (в отличие от полностью соответствующей пожарным нормам стали композиты в лучшем случае являются самозатухающими). Изогнутые формы производят исключительно в заводских условиях, что приводит к потребности в точной схеме армирования и ее строгого выполнения. Эта разновидность обходится дорого, число ее изготовителей ограничено, по отзывам на рынке встречается много подделок с низкой прочностью.

Технология вязки

Соединение композитных прутьев осуществляется внахлест, с шагом ячеек сетки или соседних рядов в пределах 25 см. Проведение сварки в данном случае крайне затруднительно, на больших площадках могут использоваться специальные накладки, но чаще всего фиксацию проводят с помощью вязальной проволоки или пластиковых хомутов. В процессе вязки отслеживается ровность вертикальных рядов и надежность закрепления углов, особенно это актуально при бетонировании заглубленных фундаментов. Низкий вес углепластика с одной стороны облегчает работы, с другой – делает каркас менее устойчивым к смещению при заливке строительного раствора.

С целью упрощения процесса все инструменты и крепежи подготавливают заранее. Для надежной фиксации прутьев с сечением в пределах 16 мм потребуется около 20 см мягкой проволоки, вязка узлов может быть любой: угловой, двурядной, крестовой. Собранный каркас нуждается в выравнивании и надежной основе, по аналогии с металлическим его устанавливают на специальные пластиковые опоры.

Отзывы о материале

«Использовал композитные арматурные прутья при заливке ленточного основания на подтапливаемой местности, вложения были значительные, сэкономить удалось только на доставке и вязке. Результатом остался доволен: фундамент второй год стоит без смещения и подвижек. Недостатков не заметил, но обратил внимание, что по ходу заливки каркас следует придерживать, он получился в разы легче металлического».

Владимир, Нижний Новгород.

«При бетонировании фундаментов имел дело с разными видами арматуры, в том числе с композитной. Считаю ее главным недостатком хрупкость, работа с прутьями требует осторожности, особенно в момент выгрузки. Они не гнутся, но в этом нет необходимости, хомуты хорошо держат стыки, каркас получается прочный и легкий. К однозначным плюсам отношу инертность и коррозийную устойчивость».

Роман, Ростов.

«Решил купить углепластиковую арматуру с целью укрепления заглубленной плиты, сетку вязал со стандартным шагом 25×25 см с помощью проволоки. За исключения высокой цены минусов у материала не заметил, начитавшись отзывов, ожидал, что часть прутьев разобьется, но в итоге на момент соединения все они были целые».

Александр, Москва.

«Считаю арматуру из углепластика для частного строительства неоправданной, при сильном риске коррозии или необходимости облегчения конструкции лучше купить более дешевые стекловолоконные или базальтовые прутья, а углерод ввести в раствор в виде фибры. По моему опыту это поможет сэкономить на каркасе до 40 %, а в прочности фундамент или стяжка только выиграет. Гнуть композиты нельзя в любом случае, в бухту скатываются исключительно тонкие, поэтому для усиления углов советую комбинировать углепластик или стекловолокно с металлом».

Сергей, Воронеж.

Добавить отзыв

Стоимость материала

Тип арматурных прутьев, производительДиаметр, ммЦена за 1 п.м., рубли
FibARM Rebar, ХК «Композит» С финишным песочным покрытием или навивкой4165
6265
8570
10760
121070

отзывы, характеристики, особенности и область применения, цены

Углеродные волокна доказали свою полезность и их активно используют во многих продуктах бытовой, промышленной и строительной сферы. Одним из направлений является выпуск композитных полимерных арматурных изделий, которые производители продвигают как неплохую альтернативу металлическому прокату.

Оглавление:

  1. Особенности и область использовния
  2. Плюсы и минусы композитной арматуры
  3. Отзывы застройщиков

Характеристики и сферы применения

Согласно ГОСТ 31938-2012 «Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия» в качестве упрочняющих волокон могут использоваться четыре вида непрерывных или штапельных нитей:

  • Арамидные из полиамидных материалов.
  • Стеклянные, производимые из расплава неорганического стекла.
  • Базальтовые, изготавливаемые из вулканических пород.
  • Углеродные, получаемые методом пиролиза (термообработки) органических волокон специальных веществ – прекурсоров. Их выбирают из-за того, что они содержат от 90 % и более массы углерода.

Волокна дополняются термореактивными связующими смолами группы эпоксидов или полиэфиров. Именно из-за этого готовая продукция относится к категории «неметаллическая композитная арматура» и, несмотря на заверения производителей, не может быть приравнена к стальному арматурному прокату.

Исследования показывают, что углеродная нить обладает лучшими характеристиками по сравнению со стеклянными и базальтовыми волокнами. Соответственно, физико-технические свойства углепластикового композита намного выше, чем у аналогов.

Наименование показателяСтеклокомпозитБазальтокомпозитУглекомпозитАрамидокомпозит
Предел прочности при растяжении, МПа800-1000800-12001400-20001400
Модуль упругости при растяжении, ГПа45-5050-60130-15070
Предел прочности при сжатии, МПа300300300300
Предел прочности при поперечном срезе, МПа150150350190

Большинство продавцов и покупателей путают все четыре вида композита, хотя из таблицы видно, что характеристики стеклопластиковой арматуры весьма посредственные по сравнению с углепластиком.

По таким критериям как предел прочности и модуль упругости карбоновые волокна подразделяются на:

  • Материал общего назначения.
  • Высокопрочные.
  • Сверхвысокомодульные.
  • Высокомодульные.
  • Среднемодульные.

Композитная арматура производится из первых двух разновидностей. Внешне готовые изделия схожи с металлопрокатом – стержни круглого сечения диаметром 4-32 мм с периодическим профилем. Рифление получается за счет намотки углеволоконного жгута. Сверху продукт покрывается слоем термореактивной смолы для защиты нитей от разрушающих факторов. Некоторые заводы (Гален, ТДКМ) предлагают варианты с гладкой или рифленой поверхностью и песчаной обсыпкой для улучшения адгезии с бетонным раствором.

Бытует мнение, что углепластиковая арматура может быть только черной. Утверждение ошибочно, так как при желании заводы изготавливают композитную продукцию в любом из 12 основных колеров: красную, синюю, зеленую и так далее.

Производители рекомендуют применять углекомпозит в следующих областях:

1. Строительство малоэтажных зданий (фундамент, стены монолитные и многослойные, перегородки).

2. Сооружение различных устройств коммунального и бытового характера (септики, канализационные системы, теплицы).

3. Возведение мостов, настилов, опорных элементов.

4. Устройство дорожного полотна, тротуаров.

5. Производство фасонных изделий и многие другие.

Некоторые строители умудряются с успехом использовать карбоновый композит в нестандартных решениях: при анкеровании многослойных стен, в качестве замены металлических уголков, нагелей при возведении срубовых домов, бань или беседок. И, как свидетельствуют отзывы, углепластик отлично возмещает недостатки металла (коррозия и тому подобное).

Композитную арматуру можно купить в виде стержней длиной до 12 м или бухтами по 50-200 метров в намотке. Для фиксации (вязки) при сборке каркаса используются пластиковые хомуты или вязальная проволока в толщине не более 4 мм.

Преимущества и недостатки

О стальной арматуре известно все. А вот композитные армирующие прутья для потребителей – загадка. Производители заявляют о следующих достоинствах углепластиковой продукции:

1. Химическая и биологическая устойчивость материала. Композитные изделия инертны к воде, кислотам, щелочам, различным микроорганизмам.

2. Абсолютный диэлектрик. Конструкция с углепластиком радиопрозрачна и магнитоинтерна, не проводит электричество.

3. Малый вес. Масса углепластиковой арматуры в 5-7 раз меньше стали, за счет чего облегчается доставка, а монтаж производится быстро и легко одним работником.

4. Высокая теплоемкость. Коэффициент теплопроводности углекомпозита не превышает 0,5 Вт/м*К, тогда как аналогичный показатель стали равен 47 Вт/м*К.

5. Высокая прочность – выдерживает значительные нагрузки, устойчива на излом, к механическим воздействиям, поэтому при замене стальной можно использовать карбонокомпозит меньшего диаметра.

Некоторые физические характеристики не уступают показателям металла. Но демонстрируемые производителями результаты исследований опираются на данные волокна, а не готового стержня. В отличие от стальных изделий, в композитной арматуре сечение волокна не равно диаметру прута, не менее 25-50% объема приходится на синтетическую смолу или, проще говоря, полимеризованный пластик. Реальные данные по процентному соотношению отсутствует, равно как и соответствующие нормативы, ТУ для испытаний и другая документация. Все это заставляет сомневаться, а допустима ли замена металлического стержня 8 мм на углекомпозит того же диаметра или требуется пересчет?

6. Эксплуатация в широком диапазоне температур: от -70 до +400°C. На самом деле любой пластик при морозе ниже -10 °С становится хрупким. А если температурный уровень опустится ниже -30 °С, то каркас может просто раскрошиться при малейшем увеличении нагрузки. Что же касается верхнего предела, здесь вопрос в сомнительной огнестойкости материала. Синтетические полимеры начинают плавится при температуре от +120 °С и выше, стержни быстро потеряют форму, «потекут».

7. Долговечность – до 50 лет. Стальная арматура используется уже более 100 лет, накоплен огромный опыт и база знаний по ней, известны всевозможные параметры, включая срок службы. Арматура из карбонопластиковой смеси до сих пор полностью не изучена и точный эксплуатационный период неизвестен, только предполагаемый.

8. Простой монтаж при помощи пластиковых хомутов. Самым надежным методом фиксации элементов считается сварка. Следом идет вязка проволокой диаметром от 1,4 мм. Гибкие пластиковые полоски однозначно не выдерживают тех же нагрузок, что и сталь, поэтому высокая прочность таких соединений – не более чем миф.

Подытоживая, отметим, что действительных плюсов у арматуры из композита немного – четыре позиции. В копилке минусов:

  • Ломкость. При изгибании продукция быстро трескается, ломается, поэтому криволинейные конструкции и углы из нее армировать не получится. Именно из-за этого факта карбонопластик получает негативные отзывы.
  • Отсутствие нормативной и расчетной базы.
  • Высокая цена. Даже при равнопрочной замене стоимость стали существенно ниже, что доказывает приведенная ниже таблица.

Сравнение стоимости композитной и металлической арматуры:

Диаметр продукции, ммЦена АМ, рубли/погонный метрЦена АУК, рубли/погонный метр
61111
81314
101820
122528
143036
164855
185567

Таким образом, углепластик лучше использовать в узкоспециализированном строительстве и при возведении не нагружаемых конструкций.

Мнения людей

«Летом впервые столкнулся с углекомпозитной арматурной продукцией. Задумал строить забор из профнастила и на мелкозаглубленный фундамент потребовался каркас из тонких стержней. У меня легковая машина, поэтому металл брать не хотелось – сложно его везти на крыше. Сначала думал купить базальтопластиковую арматуру, но продавец предложил попробовать карбоновый композит, который по характеристикам гораздо прочнее. 3 бухты по 100 м легко уместились в багажнике. Минус заметил при заливке – изделия гибкие и бетонная смесь при попадании в опалубку немного сдвигает каркас. В остальном углекомпозит показал себя достойно».

Игорь Фомичев, Волгоград.

«Заказал строительство коттеджа из пенобетона. Материал гигроскопичный, поэтому снаружи дополнительно стены облицовывались кирпичом с внутренним утеплением пенопластом. Получилась такая колодезная кладка. Для связки всех слоев использовали стержни углекомпозитной арматуры. Работать с ней намного проще, чем с металлической, а разница в прочности невелика».

Арсений, Самара.

«Когда в квартире делали капитальный ремонт, для ускорения заказал полусухую стяжку и менеджер посоветовал приобрести углекомпозитную арматуру. Можно было и стеклопластик, но карбоновая продукция более прочная. Сетку сделали мелкоячеистой, чтобы увеличить надежность и исключить любые подвижки».

Александр, Казань.

«Строил дом из керамзитобетона и прораб порекомендовал купить углепластиковые прутья для армирования стен вместо металлических. По отзывам композитная арматура неплохо проявляет себя в таких конструкциях. Режется очень легко, монтировать ее еще проще».

Олег Чайкин, Омск.

характеристики, отзывы, недостатки, цена, фото, видео

Углепластики представляют собой особо прочные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна. Они отличаются высокой плотностью – до 2 000 кг/м3, жесткостью, легкостью и превосходят сталь по ряду параметров. Именно поэтому углепластиковая арматура интересна в качестве достойной альтернативы металлическим прутам. Она даже внешне похожа на стальную диаметром и ребристой поверхностью. Тем, не менее, полностью заменить их она не может по ряду причин.

Оглавление:

  1. Достоинства
  2. Недостатки
  3. Вязка
  4. Цена
  5. Отзывы

Применение

Композитная арматура из углепластика используется при изготовлении стоек под дорожные знаки, фонарных столбов, шпал для железных дорог, опор для мостов, аэродромных плит. Активно применяется в масштабном строительстве для изготовления монолитных конструкций, распорок, подвесов, укрепления дорожного полотна. В частном использовании при возведении кирпичного дома с помощью углепластика соединяют внутренние перегородки, облицовку с несущими стенами.

Виды и сравнительные характеристики

Неметаллическая композитная арматура может быть ещё и стеклопластиковой, базальтопластиковой. Все изделия имеют различные параметры, что можно увидеть из сравнительной таблицы.

Технические характеристикиАрматура
углепластиковаястеклопластиковаябазальтопластиковая
Прочность на растяжение, МПа2000-300010001200
Огнестойкость, °Cдо 600до 300до 600
Плотность, кг/м3160022002200
Устойчивость к коррозиивысокаявысокаявысокая
Упругость, ГПадо 350до 45до 50
Теплопроводность, Вт/(м×С)от 1,0до 1,0до 1,0

Получается, что углепластиковые изделия выгодно отличаются: параметры базальтопластиковой и характеристики стеклопластиковой арматуры уступают по прочности и упругости.

Достоинства

  • Обладает достаточной прочностью, чтобы выдерживать большие компрессионные нагрузки, можно делать менее густую армированную сетку или брать для этой цели прутья тоньше.
  • Пластик в 10 раз легче металла, что облегчает и удешевляет перевозку.
  • Для монтажа сетки и нарезки прутьев не нужна сварочная аппаратура, что упрощает сборку и позволяет экономить на оборудовании.
  • Не реагирует со щелочью и не поддается коррозии.
  • Хорошо переносит низкие температуры и не разрушается.
  • Обладает долговечностью — служит до 75 лет.

Недостатки арматуры из углепластика

  • Высокая стоимость, ее чаще используют в качестве усилителя, опоры в составе конструкции из менее дорогих материалов. Правда, судя по отзывам, композитная арматура дает возможность экономить на перевозке, нарезке и монтаже, в комплексе она получается вполне доступной.
  • Может ломаться при ударных нагрузках, а также при попытках её согнуть, то есть требует аккуратного обращения при транспортировке, хранении и собственно монтаже.
  • Отличить подделку рядовому потребителю невозможно, для оценки качества требуется особое дорогостоящее оборудование: ультразвук, рентген, оптическая голография и тому подобное.
  • Малейшая трещина, невидимая глазу, снижает прочностные характеристики.
  • Отсутствие огнестойкости — при 600°C начинает размягчаться, нужны меры по защите на случай пожара.

Правила вязки

Изготавливая арматурную сетку, нужно следить, чтобы соединение прутьев осуществлялось внахлест. Ширина шага должна составлять не более 250 мм. Надежность соединения стыков никак не влияет на качество самого бетона, но лучше их проверять, чтобы сама конструкция не сместилась во время заливки.

Все угловые элементы должны быть зафиксированы при установке каркаса. Если вязка происходит непосредственно в котловане, то опорная конструкция должна быть укреплена сразу, до установки опалубки.

Для вертикальных изделий важно, чтобы арматура оставалась в ровном положении. Для его сохранения прутья тоже можно перевязать меж собой проволокой.

Чтобы ручная вязка происходила достаточно быстро, необходимо заранее подготовить инструменты. Для этого понадобятся кусачки, плоскогубцы, винтовой крючок. Проволоку нужно заранее нарезать на кусочки примерно по 20 см, если диаметр пластиковых стержней не превышает 16 мм. Вязать можно угловыми узлами, двухрядными, крестовыми или мертвыми.

Стоимость по Москве

Цена на углепластковую арматуру зависит от сечения диаметра и не очень отличается от аналогов.

Вид изделияСечение, ммМатериалЦена, рубли/м
АКС (бухты)Ø 4Стекло7,60
Ø 69,30
Ø 815,90
Ø 1023,30
Ø 1229,30
АКС (прутья)Ø 68,60
Ø 8от 12,90
Ø 1025,30
Ø 1431,54
Ø 1656,70
АКУ (прутья)Ø 4Углепластикот 8,00
Ø 69,73
Ø 710,62
Ø 812,90
Ø 1433,00
БПА 250Ø 4Базальт6,12
Ø 67,08
Ø 89,36
Ø 1011,28

Для домашнего применения: стяжки полов, кирпичной кладки, возведения колонн и прочего, достаточно купить базальтовую арматуру (или углепластиковую) диаметром 4-6 мм.

Какие же будут мнения и отзывы?

«Ни один вид строительства не обходится без арматуры. И хотя все мы привыкли к металлу, все же у углепластика есть много преимуществ: он намного легче, его легко перевозить, с ним легче обращаться, а ещё он не создает экрана для радиоволн и не проводит электричество. Поэтому я выбрал его, когда начал строиться в прошлом году. За все время работы с ним особых недостатков не заметил».

Виталий Кудрявцев, Москва.

«Мне материал совершенно не показался дорогим. Конечно, я не брал углепластик с диаметром 16 мм, так как для домашнего использования вполне хватает привычных 8-ми. Особенно для возведения небольших колонн для ворот. Могу подтвердить, что обращаться с арматурой углепластиковой очень просто и удобно – она легче и сварку нанимать не надо. Посмотрим, сколько простоит моя «крепость».

Григорий Павлов, Мытищи.

«Я как-то углепластиковую арматуру не нашел. Но мне предложили альтернативу – стеклопластик. Поскольку я просто хотел сделать армированный пояс для дома из силикатного кирпича, то этот вариант мне вполне подошел. Заказывал его в бухтах. Вязали сетку втроем. Делали все очень аккуратно, проблем не возникло. Стройка закончилась – дом стоит, все хорошо».

Тимофей Макаров, Балашиха.

«Я делал фундамент, и мне посоветовали новый вид арматуры — углепластик. Немного боялся, что монтаж будет обременительным из-за того, что она плохо гнется. Хотел все-таки брать классику. Теперь радуюсь, что меня уговорили — её было легко перевозить, просто в багажнике, и совершенно не сложно устанавливать, а в прочности конструкции я не сомневаюсь, потому что если из углепластиковой арматуры делают мосты и шпалы, то и мой дом не упадет».

Владислав Колесников, Белгород.

Углепластиковая арматура: отзывы, характеристики, особенности

Содержание статьи

Углеродные волокна доказали свою полезность и их активно используют во многих продуктах бытовой, промышленной и строительной сферы. Одним из направлений является выпуск композитных полимерных арматурных изделий, которые производители продвигают как неплохую альтернативу металлическому прокату.

Характеристики и сферы применения

Согласно ГОСТ 31938-2012 «Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия» в качестве упрочняющих волокон могут использоваться четыре вида непрерывных или штапельных нитей:

  • Арамидные из полиамидных материалов.
  • Стеклянные, производимые из расплава неорганического стекла.
  • Базальтовые, изготавливаемые из вулканических пород.
  • Углеродные, получаемые методом пиролиза (термообработки) органических волокон специальных веществ – прекурсоров. Их выбирают из-за того, что они содержат от 90 % и более массы углерода.

Волокна дополняются термореактивными связующими смолами группы эпоксидов или полиэфиров. Именно из-за этого готовая продукция относится к категории «неметаллическая композитная арматура» и, несмотря на заверения производителей, не может быть приравнена к стальному арматурному прокату.

Исследования показывают, что углеродная нить обладает лучшими характеристиками по сравнению со стеклянными и базальтовыми волокнами. Соответственно, физико-технические свойства углепластикового композита намного выше, чем у аналогов.

Наименование показателяСтеклокомпозитБазальтокомпозитУглекомпозитАрамидокомпозит
Предел прочности при растяжении, МПа800-1000800-12001400—20001400
Модуль упругости при растяжении, ГПа45-5050-60130-15070
Предел прочности при сжатии, МПа300300300300
Предел прочности при поперечном срезе, МПа150150350190

Большинство продавцов и покупателей путают все четыре вида композита, хотя из таблицы видно, что характеристики стеклопластиковой арматуры весьма посредственные по сравнению с углепластиком.

По таким критериям как предел прочности и модуль упругости карбоновые волокна подразделяются на:

  • Материал общего назначения.
  • Высокопрочные.
  • Сверхвысокомодульные.
  • Высокомодульные.
  • Среднемодульные.

Композитная арматура производится из первых двух разновидностей. Внешне готовые изделия схожи с металлопрокатом – стержни круглого сечения диаметром 4-32 мм с периодическим профилем. Рифление получается за счет намотки углеволоконного жгута. Сверху продукт покрывается слоем термореактивной смолы для защиты нитей от разрушающих факторов. Некоторые заводы (Гален, ТДКМ) предлагают варианты с гладкой или рифленой поверхностью и песчаной обсыпкой для улучшения адгезии с бетонным раствором.

Бытует мнение, что углепластиковая арматура может быть только черной. Утверждение ошибочно, так как при желании заводы изготавливают композитную продукцию в любом из 12 основных колеров: красную, синюю, зеленую и так далее.

Производители рекомендуют применять углекомпозит в следующих областях:

1. Строительство малоэтажных зданий (фундамент, стены монолитные и многослойные, перегородки).

2. Сооружение различных устройств коммунального и бытового характера (септики, канализационные системы, теплицы).

3. Возведение мостов, настилов, опорных элементов.

4. Устройство дорожного полотна, тротуаров.

5. Производство фасонных изделий и многие другие.

Некоторые строители умудряются с успехом использовать карбоновый композит в нестандартных решениях: при анкеровании многослойных стен, в качестве замены металлических уголков, нагелей при возведении срубовых домов, бань или беседок. И, как свидетельствуют отзывы, углепластик отлично возмещает недостатки металла (коррозия и тому подобное).

Композитную арматуру можно купить в виде стержней длиной до 12 м или бухтами по 50-200 метров в намотке. Для фиксации (вязки) при сборке каркаса используются пластиковые хомуты или вязальная проволока в толщине не более 4 мм.

Преимущества и недостатки

О стальной арматуре известно все. А вот композитные армирующие прутья для потребителей – загадка. Производители заявляют о следующих достоинствах углепластиковой продукции:

 

1. Химическая и биологическая устойчивость материала. Композитные изделия инертны к воде, кислотам, щелочам, различным микроорганизмам.

2. Абсолютный диэлектрик. Конструкция с углепластиком радиопрозрачна и магнитоинтерна, не проводит электричество.

3. Малый вес. Масса углепластиковой арматуры в 5-7 раз меньше стали, за счет чего облегчается доставка, а монтаж производится быстро и легко одним работником.

4. Высокая теплоемкость. Коэффициент теплопроводности углекомпозита не превышает 0,5 Вт/м*К, тогда как аналогичный показатель стали равен 47 Вт/м*К.

5. Высокая прочность – выдерживает значительные нагрузки, устойчива на излом, к механическим воздействиям, поэтому при замене стальной можно использовать карбонокомпозит меньшего диаметра.

Некоторые физические характеристики не уступают показателям металла. Но демонстрируемые производителями результаты исследований опираются на данные волокна, а не готового стержня. В отличие от стальных изделий, в композитной арматуре сечение волокна не равно диаметру прута, не менее 25-50% объема приходится на синтетическую смолу или, проще говоря, полимеризованный пластик. Реальные данные по процентному соотношению отсутствует, равно как и соответствующие нормативы, ТУ для испытаний и другая документация. Все это заставляет сомневаться, а допустима ли замена металлического стержня 8 мм на углекомпозит того же диаметра или требуется пересчет?

6. Эксплуатация в широком диапазоне температур: от -70 до +400°C. На самом деле любой пластик при морозе ниже -10 °С становится хрупким. А если температурный уровень опустится ниже -30 °С, то каркас может просто раскрошиться при малейшем увеличении нагрузки. Что же касается верхнего предела, здесь вопрос в сомнительной огнестойкости материала. Синтетические полимеры начинают плавится при температуре от +120 °С и выше, стержни быстро потеряют форму, «потекут».

7. Долговечность – до 50 лет. Стальная арматура используется уже более 100 лет, накоплен огромный опыт и база знаний по ней, известны всевозможные параметры, включая срок службы. Арматура из карбонопластиковой смеси до сих пор полностью не изучена и точный эксплуатационный период неизвестен, только предполагаемый.

8. Простой монтаж при помощи пластиковых хомутов. Самым надежным методом фиксации элементов считается сварка. Следом идет вязка проволокой диаметром от 1,4 мм. Гибкие пластиковые полоски однозначно не выдерживают тех же нагрузок, что и сталь, поэтому высокая прочность таких соединений – не более чем миф.

Подытоживая, отметим, что действительных плюсов у арматуры из композита немного – четыре позиции. В копилке минусов:

  • Ломкость. При изгибании продукция быстро трескается, ломается, поэтому криволинейные конструкции и углы из нее армировать не получится. Именно из-за этого факта карбонопластик получает негативные отзывы.
  • Отсутствие нормативной и расчетной базы.
  • Высокая цена. Даже при равнопрочной замене стоимость стали существенно ниже, что доказывает приведенная ниже таблица.

Сравнение стоимости композитной и металлической арматуры:

Диаметр продукции, ммЦена АМ, рубли/погонный метрЦена АУК, рубли/погонный метр
61111
81314
101820
122528
143036
164855
185567

Таким образом, углепластик лучше использовать в узкоспециализированном строительстве и при возведении не нагружаемых конструкций.

Мнения людей

«Летом впервые столкнулся с углекомпозитной арматурной продукцией. Задумал строить забор из профнастила и на мелкозаглубленный фундамент потребовался каркас из тонких стержней. У меня легковая машина, поэтому металл брать не хотелось – сложно его везти на крыше. Сначала думал купить базальтопластиковую арматуру, но продавец предложил попробовать карбоновый композит, который по характеристикам гораздо прочнее. 3 бухты по 100 м легко уместились в багажнике. Минус заметил при заливке – изделия гибкие и бетонная смесь при попадании в опалубку немного сдвигает каркас. В остальном углекомпозит показал себя достойно».

Игорь Фомичев, Волгоград.

«Заказал строительство коттеджа из пенобетона. Материал гигроскопичный, поэтому снаружи дополнительно стены облицовывались кирпичом с внутренним утеплением пенопластом. Получилась такая колодезная кладка. Для связки всех слоев использовали стержни углекомпозитной арматуры. Работать с ней намного проще, чем с металлической, а разница в прочности невелика».

Арсений, Самара.

«Когда в квартире делали капитальный ремонт, для ускорения заказал полусухую стяжку и менеджер посоветовал приобрести углекомпозитную арматуру. Можно было и стеклопластик, но карбоновая продукция более прочная. Сетку сделали мелкоячеистой, чтобы увеличить надежность и исключить любые подвижки».

Александр, Казань.

«Строил дом из керамзитобетона и прораб порекомендовал купить углепластиковые прутья для армирования стен вместо металлических. По отзывам композитная арматура неплохо проявляет себя в таких конструкциях. Режется очень легко, монтировать ее еще проще».

Олег Чайкин, Омск.

отзывы, характеристики, особенности и область применения, цены

Углеродные волокна доказали свою полезность и их активно используют во многих продуктах бытовой, промышленной и строительной сферы. Одним из направлений является выпуск композитных полимерных арматурных изделий, которые производители продвигают как неплохую альтернативу металлическому прокату.

Оглавление:

  1. Особенности и область использовния
  2. Плюсы и минусы композитной арматуры
  3. Отзывы застройщиков

Характеристики и сферы применения

Согласно ГОСТ 31938-2012 «Арматура композитная полимерная для армирования бетонных конструкций. Общие технические условия» в качестве упрочняющих волокон могут использоваться четыре вида непрерывных или штапельных нитей:

  • Арамидные из полиамидных материалов.
  • Стеклянные, производимые из расплава неорганического стекла.
  • Базальтовые, изготавливаемые из вулканических пород.
  • Углеродные, получаемые методом пиролиза (термообработки) органических волокон специальных веществ – прекурсоров. Их выбирают из-за того, что они содержат от 90 % и более массы углерода.

Волокна дополняются термореактивными связующими смолами группы эпоксидов или полиэфиров. Именно из-за этого готовая продукция относится к категории «неметаллическая композитная арматура» и, несмотря на заверения производителей, не может быть приравнена к стальному арматурному прокату.

Исследования показывают, что углеродная нить обладает лучшими характеристиками по сравнению со стеклянными и базальтовыми волокнами. Соответственно, физико-технические свойства углепластикового композита намного выше, чем у аналогов.

Наименование показателяСтеклокомпозитБазальтокомпозитУглекомпозитАрамидокомпозит
Предел прочности при растяжении, МПа800-1000800-12001400-20001400
Модуль упругости при растяжении, ГПа45-5050-60130-15070
Предел прочности при сжатии, МПа300300300300
Предел прочности при поперечном срезе, МПа150150350190

Большинство продавцов и покупателей путают все четыре вида композита, хотя из таблицы видно, что характеристики стеклопластиковой арматуры весьма посредственные по сравнению с углепластиком.

По таким критериям как предел прочности и модуль упругости карбоновые волокна подразделяются на:

  • Материал общего назначения.
  • Высокопрочные.
  • Сверхвысокомодульные.
  • Высокомодульные.
  • Среднемодульные.

Композитная арматура производится из первых двух разновидностей. Внешне готовые изделия схожи с металлопрокатом – стержни круглого сечения диаметром 4-32 мм с периодическим профилем. Рифление получается за счет намотки углеволоконного жгута. Сверху продукт покрывается слоем термореактивной смолы для защиты нитей от разрушающих факторов. Некоторые заводы (Гален, ТДКМ) предлагают варианты с гладкой или рифленой поверхностью и песчаной обсыпкой для улучшения адгезии с бетонным раствором.

Бытует мнение, что углепластиковая арматура может быть только черной. Утверждение ошибочно, так как при желании заводы изготавливают композитную продукцию в любом из 12 основных колеров: красную, синюю, зеленую и так далее.

Производители рекомендуют применять углекомпозит в следующих областях:

1. Строительство малоэтажных зданий (фундамент, стены монолитные и многослойные, перегородки).

2. Сооружение различных устройств коммунального и бытового характера (септики, канализационные системы, теплицы).

3. Возведение мостов, настилов, опорных элементов.

4. Устройство дорожного полотна, тротуаров.

5. Производство фасонных изделий и многие другие.

Некоторые строители умудряются с успехом использовать карбоновый композит в нестандартных решениях: при анкеровании многослойных стен, в качестве замены металлических уголков, нагелей при возведении срубовых домов, бань или беседок. И, как свидетельствуют отзывы, углепластик отлично возмещает недостатки металла (коррозия и тому подобное).

Композитную арматуру можно купить в виде стержней длиной до 12 м или бухтами по 50-200 метров в намотке. Для фиксации (вязки) при сборке каркаса используются пластиковые хомуты или вязальная проволока в толщине не более 4 мм.

Преимущества и недостатки

О стальной арматуре известно все. А вот композитные армирующие прутья для потребителей – загадка. Производители заявляют о следующих достоинствах углепластиковой продукции:

1. Химическая и биологическая устойчивость материала. Композитные изделия инертны к воде, кислотам, щелочам, различным микроорганизмам.

2. Абсолютный диэлектрик. Конструкция с углепластиком радиопрозрачна и магнитоинтерна, не проводит электричество.

3. Малый вес. Масса углепластиковой арматуры в 5-7 раз меньше стали, за счет чего облегчается доставка, а монтаж производится быстро и легко одним работником.

4. Высокая теплоемкость. Коэффициент теплопроводности углекомпозита не превышает 0,5 Вт/м*К, тогда как аналогичный показатель стали равен 47 Вт/м*К.

5. Высокая прочность – выдерживает значительные нагрузки, устойчива на излом, к механическим воздействиям, поэтому при замене стальной можно использовать карбонокомпозит меньшего диаметра.

Некоторые физические характеристики не уступают показателям металла. Но демонстрируемые производителями результаты исследований опираются на данные волокна, а не готового стержня. В отличие от стальных изделий, в композитной арматуре сечение волокна не равно диаметру прута, не менее 25-50% объема приходится на синтетическую смолу или, проще говоря, полимеризованный пластик. Реальные данные по процентному соотношению отсутствует, равно как и соответствующие нормативы, ТУ для испытаний и другая документация. Все это заставляет сомневаться, а допустима ли замена металлического стержня 8 мм на углекомпозит того же диаметра или требуется пересчет?

6. Эксплуатация в широком диапазоне температур: от -70 до +400°C. На самом деле любой пластик при морозе ниже -10 °С становится хрупким. А если температурный уровень опустится ниже -30 °С, то каркас может просто раскрошиться при малейшем увеличении нагрузки. Что же касается верхнего предела, здесь вопрос в сомнительной огнестойкости материала. Синтетические полимеры начинают плавится при температуре от +120 °С и выше, стержни быстро потеряют форму, «потекут».

7. Долговечность – до 50 лет. Стальная арматура используется уже более 100 лет, накоплен огромный опыт и база знаний по ней, известны всевозможные параметры, включая срок службы. Арматура из карбонопластиковой смеси до сих пор полностью не изучена и точный эксплуатационный период неизвестен, только предполагаемый.

8. Простой монтаж при помощи пластиковых хомутов. Самым надежным методом фиксации элементов считается сварка. Следом идет вязка проволокой диаметром от 1,4 мм. Гибкие пластиковые полоски однозначно не выдерживают тех же нагрузок, что и сталь, поэтому высокая прочность таких соединений – не более чем миф.

Подытоживая, отметим, что действительных плюсов у арматуры из композита немного – четыре позиции. В копилке минусов:

  • Ломкость. При изгибании продукция быстро трескается, ломается, поэтому криволинейные конструкции и углы из нее армировать не получится. Именно из-за этого факта карбонопластик получает негативные отзывы.
  • Отсутствие нормативной и расчетной базы.
  • Высокая цена. Даже при равнопрочной замене стоимость стали существенно ниже, что доказывает приведенная ниже таблица.

Сравнение стоимости композитной и металлической арматуры:

Диаметр продукции, ммЦена АМ, рубли/погонный метрЦена АУК, рубли/погонный метр
61111
81314
101820
122528
143036
164855
185567

Таким образом, углепластик лучше использовать в узкоспециализированном строительстве и при возведении не нагружаемых конструкций.

Мнения людей

«Летом впервые столкнулся с углекомпозитной арматурной продукцией. Задумал строить забор из профнастила и на мелкозаглубленный фундамент потребовался каркас из тонких стержней. У меня легковая машина, поэтому металл брать не хотелось – сложно его везти на крыше. Сначала думал купить базальтопластиковую арматуру, но продавец предложил попробовать карбоновый композит, который по характеристикам гораздо прочнее. 3 бухты по 100 м легко уместились в багажнике. Минус заметил при заливке – изделия гибкие и бетонная смесь при попадании в опалубку немного сдвигает каркас. В остальном углекомпозит показал себя достойно».

Игорь Фомичев, Волгоград.

«Заказал строительство коттеджа из пенобетона. Материал гигроскопичный, поэтому снаружи дополнительно стены облицовывались кирпичом с внутренним утеплением пенопластом. Получилась такая колодезная кладка. Для связки всех слоев использовали стержни углекомпозитной арматуры. Работать с ней намного проще, чем с металлической, а разница в прочности невелика».

Арсений, Самара.

«Когда в квартире делали капитальный ремонт, для ускорения заказал полусухую стяжку и менеджер посоветовал приобрести углекомпозитную арматуру. Можно было и стеклопластик, но карбоновая продукция более прочная. Сетку сделали мелкоячеистой, чтобы увеличить надежность и исключить любые подвижки».

Александр, Казань.

«Строил дом из керамзитобетона и прораб порекомендовал купить углепластиковые прутья для армирования стен вместо металлических. По отзывам композитная арматура неплохо проявляет себя в таких конструкциях. Режется очень легко, монтировать ее еще проще».

Олег Чайкин, Омск.

Похожие статьи

Армирование углеродным волокном в модификации здания

При увеличении срока службы здания или изменении служебной собственности необходимо усилить конструкцию, чтобы она соответствовала служебной функции здания. Для зданий, построенных ранее, из-за низкого стандарта расчетной нагрузки несущая способность, как правило, недостаточна, а некоторые здания далеки от расчетного срока службы, прочности до серьезного разрушения, что влияет на их несущую способность и срок службы.Следовательно, принятие соответствующих технических мер по укреплению и ремонту может улучшить несущую способность здания, чтобы соответствовать его характеристикам.

Проект был возвращен правительством, решено сделать жилые районы доступным жильем, а часть жилья — дешевым жильем для обеспечения семей с низкими доходами. По требованию правительства, дешевое жилье занимает площадь менее 50 квадратных метров. Каждый коттедж имеет свою дверь, спальню, кухню, туалет и другие помещения.Существующий коттедж трансформируется из одной лестничной клетки, двух домовладений в одну лестничную клетку и трех домовладений. Некоторые конструкции нужно усилить. После сравнения схем решено применить армирование углеродным волокном. Арматура из углепластика имеет такие преимущества, как экономия места, простота конструкции, высокая эффективность, отсутствие влажной эксплуатации, меньшая занятость строительной площадки, отсутствие необходимости в приспособлениях для фиксации на площадке, простая гарантия качества строительства, очевидные преимущества в период строительства и в условиях строительства, в основном отсутствие увеличения конструктивного размер и вес, устойчивость к коррозии, хорошая долговечность и так далее.

Основной материал — свойства ткани из углеродного волокна

Углеволокно имеет отличные физико-механические свойства. Листы из углеродного волокна, используемые для армирования бетонных элементов, изготавливаются из материалов из углеродного волокна посредством определенного производственного процесса и из специального композитного материала на основе смолы, который представляет собой мягкий листовой материал, сделанный из нитей основы из углеродного волокна. Когда ткань из углеродного волокна ткется, большое количество нитей из углеродного волокна равномерно распределяется вдоль основного направления, образуя очень тонкую ткань из углеродного волокна, которая подвергается напряжению в направлении основного волокна.Стандартное значение предела прочности на разрыв для углепластика должно быть более 3400 МПа, а модуль упругости — более 2,3 * 10 5 МПа.

Технология армирования тканью из углеродного волокна заключается в использовании ткани из углеродного волокна и специального структурного клея для усиления компонентов здания. Прочность ткани из углеродного волокна примерно в 10 раз выше, чем у обычной вторичной стали. Толщина составляет всего около 2 мм, а поперечное сечение детали практически не увеличено, поэтому ткань из углеродного волокна может работать с оригинальным компонентом.Всесторонний анализ физико-механических свойств материалов, чтобы максимально использовать преимущества самих материалов, материалы подходят для строительных конструкций в качестве растягиваемых или предварительно напряженных изгибных элементов, особенно для чисто растянутых элементов, строительные армированные углеродные волокнистые материалы в основном подвержены растягивающему напряжению , ограничивающие развитие трещин.

Вопросы, требующие внимания

1. Перед обработкой поверхности и приклеиванием листов углепластика расположение арматуры должно быть выровнено.

(2) Листы из углеродного волокна должны быть разрезаны в соответствии с требованиями дизайна, а ширина разрезаемой ткани должна быть не менее 150 мм и не менее 100 мм.

3. Протрите поверхность углеродного волокна до пыли. Если вы хотите наклеить два слоя, протрите обе стороны нижнего углеродного волокна начисто.

(4) Чистые протертые листы из углеродного волокна следует немедленно смазать клеящей смолой, клеевой слой должен быть выпуклым, средняя толщина не менее 2 мм.

5. Лист из углеродного волокна, покрытый адгезивной смолой, следует осторожно прижать к месту, где его нужно приклеить. Резиновый барабан используется для равномерного и плавного уплотнения вдоль направления волоконного листа, что заставляет смолу перетекать с обеих сторон и обеспечивает компактность без полостей. При параллельном соединении углеродных волокон поры между двумя частями должны быть не менее 5 мм.

(6) При склеивании двух слоев углеродного волокна его можно приклеивать непрерывно.Если непрерывное соединение невозможно, очистите нижнюю часть углеродного волокна перед запуском.

7. Смоляной препарат должен находиться в контейнере в соответствии с пропорцией, указанной в инструкции к продукту, равномерно перемешивая мешалкой до однородного цвета. В емкостях для смешивания нельзя использовать масло и примеси. Желательно определять количество каждой смолы в соответствии с фактической температурой участка и строго контролировать время использования.

(8) Для обеспечения качества клея в разное время года и при разных температурах следует использовать разные типы клеящей смолы, чтобы эффективно контролировать время работы и время отверждения конструкции из смолы.

Перспективы технологии армирования углеродным волокном

Углеродное волокно, используемое при ремонте и армировании бетонных конструкций, быстро развивается. Основная причина в том, что армирование листов из углеродного волокна дает много преимуществ.

A) конструкция простая и быстрая, без шаблона, приспособлений, опор и т. Д.

B) вес эпоксидной смолы очень мал, и влияние на вес конструкции незначительно.

C) может использоваться для усиления различных структурных форм.

D) можно наклеивать в несколько слоев. Его можно перекрывать в одном месте согласно требованиям дизайна.

Заключительные замечания

При снижении несущей способности, снижении прочности бетона или необходимости повышения сейсмостойкости и ремонта трещин в зданиях по разным причинам метод армирования углепластиком дает хороший эффект, высокая прочность, высокая эффективность, широкое применение, простая гарантия качества, отличная коррозионная стойкость и долговечность.И эта технология имеет много преимуществ, таких как простое и быстрое строительство, безопасность и надежность, хорошая долговечность, возможность адаптации к множеству сложных структурных форм, не влияя на внешний вид исходной конструкции и так далее.

.

углеродное армирование — это … Что такое углеродное армирование?

  • Пластмасса, армированная углеродным волокном — (CFRP или CRP), очень прочный, легкий и дорогой композитный материал или армированный волокном пластик. Подобно армированному стекловолокну пластику, иногда называемому универсальной торговой маркой «стекловолокно», композитный материал обычно называют…… Wikipedia

  • Технический углерод — это материал, производимый неполным сгоранием тяжелых нефтепродуктов, таких как смола FCC, каменноугольная смола, смола крекинга этилена и небольшое количество растительного масла.Технический углерод — это форма аморфного углерода с большой площадью поверхности, чтобы…… Wikipedia

  • Полимер, армированный углеродным волокном — Для углеродных волокон см. Углерод (волокно). Хвост радиоуправляемого вертолета, сделанный из углепластика, полимера, армированного углеродным волокном, или пластика, армированного углеродным волокном (углепластик или CRP, или часто просто углеродного волокна), представляет собой очень прочный и легкий полимер, армированный волокном…… Wikipedia

  • Углеродная нанотрубка — Не путать с углеродным волокном.Часть серии статей о наноматериалах фуллеренов… Wikipedia

  • Возможные применения углеродных нанотрубок — Углеродные нанотрубки имеют множество потенциальных применений, вот список некоторых из наиболее важных: Tructural * Одежда: водонепроницаемые волокна ткани, устойчивые к разрыву нанотрубки как сверхпрочные…… Wikipedia

  • Армированный углерод-углерод — (углерод-углерод или RCC) представляет собой композитный материал, состоящий из армированного углеродным волокном в матрице графита, часто с покрытием из карбида кремния для предотвращения окисления.Он был разработан для носовых обтекателей межконтинентальных баллистических ракет… Wikipedia

  • Графит — Чтобы узнать о других значениях, см. Графит (значения). Графит Образец графита Общая категория Самородный элемент Минерал… Wikipedia

  • Win & Win — Инфобокс Название компании = Win Win Стрельба из лука Тип компании = жанр = фонд = основатель = местоположение город = местоположение Anseong страна = Южная Корея местоположение = местоположения = обслуживаемая территория = ключевые люди = промышленность = Стрельба из лука продукты = услуги = рынок с…… Википедия

  • Hobie magic 25 — Magic 25 — это пешеходная, асимметричная спортивная лодка строгого дизайна, которая была произведена компаниями Hobie Cat Company (США), Bashford Boatbuilder (Австралия) и Lidgard Boatbuilder (Новая Зеландия) для гонок и дневного плавания в конец 1990-х гг.…… Википедия

  • Eiri-Avion PIK-20 — NOTOC PIK 20 — это планер стандартного класса, разработанный в Технологическом университете Хельсинки Пеккой Тамми при поддержке Илкки Рантасало и Раймо Нурминена. Первый полет прототипа состоялся в октябре 1973 года. Первоначально его производила компания Molino…… Wikipedia

  • Композитный материал — Ткань из тканых волокон из углеродного волокна, распространенный элемент в композитных материалах Композиционные материалы, часто сокращаемые до композитов или называемых композиционными материалами, представляют собой технические или встречающиеся в природе материалы, изготовленные из двух или более компонентов… Wikipedia

  • .

    В сравнении с техническим углеродом, проводящей углеродной сажей и осажденным диоксидом кремния

    Свойства нитрильного каучука (NBR), армированного многослойными углеродными нанотрубками (MWCNT), проводящей углеродной сажей (CCB), углеродной сажей (CB) и осажденным диоксидом кремния ( PSi) были исследованы с помощью вязкоупругого поведения, содержания связанного каучука, электрических свойств, плотности сшивки и механических свойств. Содержание наполнителя варьировалось от 0 до 15 phr. MWCNT показывает наибольшую величину армирования с точки зрения прочности на разрыв, модуля, твердости и сопротивления истиранию, за которыми следуют CCB, CB и PSi.Система с наполнителем MWCNT также демонстрирует чрезвычайно высокий уровень сетки наполнителя и захваченного каучука даже при относительно низкой нагрузке (5 частей на сто частей на 100 частей), что приводит к высоким электрическим свойствам и плохим динамическим механическим свойствам. Хотя CCB обладает самой высокой удельной поверхностью, он дает более низкий уровень сетки наполнителя, чем MWCNT, а также дает самое высокое удлинение при разрыве среди всех наполнителей. И CB, и PSi показывают сопоставимую степень армирования, которая значительно ниже, чем CCB и MWCNT.

    1.Введение

    NBR используется во многих областях, где требуется высокая стойкость к углеводородному маслу, например, в топливных шлангах, уплотнительных кольцах, прокладках и промышленных валках. К сожалению, NBR не кристаллизируется при высокой деформации, и поэтому армирующие наполнители, такие как технический углерод (CB) и осажденный диоксид кремния (PSi), обычно вводятся для получения достаточно высоких механических свойств. Недостатком является то, что включение усиливающих наполнителей обычно вызывает проблемы технологичности из-за высокой объемной вязкости резиновых смесей.Кроме того, высокая нагрузка армирующих наполнителей может привести к отрицательным результатам в отношении некоторых свойств вулканизата, таких как остаточная деформация при сжатии и потеря гистерезиса (или накопление тепла). Как следствие, были введены новые армирующие наполнители с относительно высокой удельной площадью поверхности и / или аспектным отношением, например наноглина и углеродные нанотрубки (УНТ). При использовании таких наполнителей нагрузка наполнителя, необходимая для любых заданных свойств, может быть заметно снижена, в то время как хорошие динамические механические свойства каучука все еще могут сохраняться.Таким образом, возможен баланс технологичности, статических и динамических механических свойств. Как и следовало ожидать, сложность смешивания является основным ограничением для использования нанонаполнителей [1]. За последние два десятилетия УНТ привлекли к себе большое внимание благодаря своей чрезвычайно высокой механической прочности и электропроводности и поэтому привлекательны для использования в широком диапазоне полимерных композитов [2–6]. Сообщалось, что при заданном модуле упругости композитов требуемая нагрузка наполнителя может быть значительно уменьшена путем замены обычных наполнителей, таких как CB и PSi, на УНТ [7–9].Сообщалось об использовании УНТ в качестве армирующих наполнителей как в пластиковых, так и в эластомерных матрицах [10–16].

    Хотя в некоторой степени сообщалось о сравнении величины армирования между УНТ и другими наполнителями, большинство работ было сосредоточено на неполярных каучуках, таких как NR [17–19], EPDM [17] и SBR [20]. Следовательно, такое сравнение в полярных каучуках, включая нитрильный каучук, представляет интерес. Это исследование направлено на сравнение эффективности армирования MWCNT с другими традиционными армирующими наполнителями (т.е.е., CB, PSi и CCB) в NBR, отвержденном пероксидом, путем исследования вязкоупругого поведения, механических свойств, электрических свойств, содержания связанного каучука и плотности сшивки каучука, наполненного этими наполнителями.

    2. Экспериментальная
    2.1. Материалы

    Нитрильный каучук (NBR; N230SL) (содержание акрилонитрила 35%, плотность 0,98 г / см 3 ) был поставлен компанией JSR (Япония). Многослойные углеродные нанотрубки (MWCNT; NANOCYL NC7000) были произведены компанией NANOCYL (Бельгия).Все остальные материалы были поставлены поставщиками или производителями из Таиланда. Электропроводящая сажа (CCB; Printex XE2-B) была поставлена ​​JJ-Degussa Hüls (Таиланд). Технический углерод (CB; N220) был произведен Thai Carbon Black PCL. Осажденный диоксид кремния (PSi; Tokusil® 233) был приобретен у Tokuyama Siam Silica Co., Ltd. Подробные сведения о характеристиках наполнителя приводятся в других местах, как показано в таблице 1 [19, 21–27]. Стеариновая кислота промышленного качества и 98% активного дикумилпероксида (DCP) были поставлены Chemmin Co., Ltd. и Petchthai Chemical Co., Ltd. соответственно.


    Наполнитель Средний размер первичных частиц (нм) Удельная поверхность по БЭТ (м 2 / г) DBPA (мл / 100 г) Плотность (г) / см 3 )

    MWCNT 9,5 (внешний диаметр) 286 2
    CCB 30 1,103 420
    CB 20–30 111 114 2
    PSi 10–30 135 2.05

    2.2. Композиционный препарат

    Составы NBR получали в соответствии с рецептурой, приведенной в таблице 2, на двухвалковой мельнице при комнатной температуре. Первоначально NBR пережевывали в течение 1 минуты, а затем добавляли стеариновую кислоту, а затем — наполнитель (MWCNT, CCB, CB или PSi). DCP добавляли на 15-й минуте цикла перемешивания. Перемешивание продолжали еще 5 минут. Процесс отверждения резиновых смесей проводили с использованием горячего пресса при 160 ° C с учетом оптимального времени отверждения (), которое было предварительно определено с помощью реометра с подвижной головкой (MDR, MD + / Alpha Technologies, США).


    Ингредиент Содержание (phr)

    NBR 100
    Наполнитель (MWCNT, CCB, CB и PSi) 0 , 5, 10 и 15
    Стеариновая кислота 0,5
    DCP 2

    2.3. Определение характеристик

    Содержание связанного каучука (BRC), показатель взаимодействия каучука и наполнителя, измеряли путем погружения приблизительно на 0.2 г резиновых смесей в 100 мл ацетона в течение 7 дней при комнатной температуре. Затем нерастворимую фракцию фильтровали и сушили при 60 ° C до получения постоянного веса. Расчет BRC проиллюстрирован в [28], где — масса наполнителя и геля после сушки, — масса образца до погружения в растворитель, и — доли наполнителя и каучука в смеси, соответственно.

    Вязкоупругие свойства отвержденных образцов измеряли с помощью динамического механического анализатора (Gabo Qualimeter, модель Eplexor 25 N, Германия).Испытания на развертку деформации проводились в режиме растяжения с динамическим диапазоном деформации 0,01–10%, частотой 5 Гц и статической деформацией 10% при 25 ° C. Для определения динамических механических свойств как функции температуры испытуемый образец деформировали синусоидально при статической и динамической деформации 1% и 0,1% соответственно, частотой 10 Гц и скоростью нагрева 2 ° С / мин.

    Объемное сопротивление резины исследовали с помощью системы измерения эффекта Холла (модель компании Bridge Technologies HMS 3000, США).Перед испытанием на поверхность образца наносили проводящую пасту, чтобы повысить надежность результатов испытаний.

    Испытание на твердость

    проводили с использованием твердомера по Шору А (модель Wallace h37A, Великобритания) в соответствии с ISO 7619-1. Свойства при растяжении измеряли с помощью универсального механического тестера (Instron, модель 5566, США) на основе ISO 37 (штамп типа 1). Тепловыделение вулканизатов NBR определяли на флексометре Goodrich (BF Goodrich Model II, США) при статической нагрузке 245 Н при 100 ° C, частоте 30 Гц и динамической деформации 4.45 мм. Объемную потерю или потерю на истирание вулканизатов определяли с помощью прибора для испытания на истирание DIN (прибор для испытания на абразивный износ Zwick, модель 6120, Германия) в соответствии с ISO 4649.

    Испытание на набухание

    использовали для определения плотности поперечных связей вулканизатов NBR с использованием прибора Флори. -Уравнение Ренера [29]. Образцы для испытаний размером примерно 1 × 1 × 0,2 см 3 были погружены в 100 мл ацетона на 7 дней. Вес образцов для испытаний до и после погружения использовался для расчета плотности поперечных связей, как показано на рисунке где — число поперечных связей на единицу объема (моль / см 3 ), — молярный объем ацетона (73 .4 мл / моль) [30], — объемная доля каучука в набухшем геле (%), — параметр взаимодействия NBR-ацетон (0,349) [31].

    Расчет представлен в [32] где — вес каучука до набухания, — вес резины после набухания, — плотность NBR (0,98 г / см 3 ), а — плотность ацетона ( 0,79 г / см 3 ) [30].

    3. Результаты и обсуждение

    Влияние типа наполнителя и нагрузки на модуль упругости в зависимости от деформации показано на Рисунке 1.Теоретически существует четыре основных фактора, определяющих: (i) взаимодействие наполнитель-наполнитель, (ii) взаимодействие наполнитель-каучук, (iii) гидродинамический эффект и (iv) сетка каучука. Величину взаимодействия наполнитель-наполнитель можно определить по уменьшению с увеличением деформации. Очевидно, что для системы с наполнителем MWCNT образование переходной сетки наполнителя может наблюдаться даже при относительно низкой нагрузке наполнителя (5 частей на 100 частей на 100%), а величина переходной сетки наполнителя гораздо более выражена при более высоких нагрузках, о чем свидетельствует более высокая при низкой деформации.В системе с заполнением CCB образование переходной сетки наполнителя начинается при 10 phr. Однако при любой данной загрузке наполнителя величина сетки наполнителя в системе с БУК значительно ниже, чем в системе с МУНТ. Для заполненных систем CB и PSi величина переходной сети наполнителя незначительна во всем исследованном диапазоне нагрузки наполнителя. Образования сети заполнителя, обнаруженные в заполненных системах MWCNT и CCB, подтверждаются результатами объемного удельного электрического сопротивления, как показано на Рисунке 2.Принято считать, что образование сетки наполнителя приводит к резкому падению удельного электрического сопротивления, поскольку при образовании сетки наполнителя связанная сетка технического углерода способна переносить электроны, что приводит к резкому изменению проводимости [33, 34]. Эта точка широко известна как порог перколяции. Очевидно, что резкое падение объемного удельного электрического сопротивления обнаруживается, когда MWCNT и CCB включены при 5 и 10 phr соответственно. Из-за отсутствия сетки наполнителя удельное сопротивление системы CB остается относительно неизменным, даже если CB включен до 15 phr.Поскольку PSi не является электропроводным, прогнозировать уровень образования сети PSi невозможно с помощью измерения объемного электрического сопротивления. Поэтому объемное электрическое сопротивление заполненной системы PSi относительно высокое и сопоставимо с сопротивлением незаполненной системы.


    Из рисунка 3 также можно наблюдать, что при достаточно высокой деформации (10%), когда сеть наполнителя считается полностью разрушенной, система, наполненная MWCNT, по-прежнему обладает наибольшим значением, за которым следуют CCB, PSi и Системы с CB соответственно.Чтобы объяснить высокую величину высокой деформации, обнаруженной в системах, заполненных MWCNT и CCB, необходимо учитывать три фактора. Гидродинамический эффект, который обычно вызывается разбавлением деформируемой полимерной фазы недеформируемой фазой наполнителя, не очень важен, и им можно пренебречь, поскольку все используемые здесь наполнители имеют сравнимую плотность. Следовательно, доминирующими факторами, влияющими на высокую деформацию, являются (i) взаимодействие каучука и наполнителя и (ii) резиновая сетка. На рис. 4 показаны результаты BRC для соединений NBR с наполнителем.По-видимому, системы с наполнением CCB и MWCNT демонстрируют значительно более высокий BRC, чем системы с наполнением CB и PSi. При 5 phr MWCNT дает самый высокий BRC, несмотря на инертную поверхность MWCNT [35]. Неожиданно высокий BRC, обнаруженный при 5 phr MWCNT, как полагают, является результатом каучука, захваченного агломератами и сеткой MWCNT. Хотя BRC системы, наполненной MWCNT, имеет тенденцию непрерывно увеличиваться с увеличением загрузки MWCNT, очевидно, что при концентрации 10 phr и выше система, объединенная с CCB, дает более высокий BRC, чем система, содержащаяся с MWCNT.Объяснение этому дает более высокая структура наполнителя и удельная поверхность CCB [22]. Кроме того, при достаточно высокой нагрузке (≥10 phr), где образуется сеть CCB, резина, захваченная сеткой CCB, также может способствовать высокому BRC. Несмотря на то, что система CCB демонстрирует самый высокий BRC и, следовательно, взаимодействие каучука и наполнителя на уровне 10 частей на 100 частей на 100% или выше, высокая деформация этой системы все же ниже, чем у системы с наполнителем MWCNT при любой загрузке наполнителя (см. Рисунок 1). Это открытие может быть связано с самой высокой плотностью поперечных связей в системе, заполненной MWCNT, о чем свидетельствуют результаты плотности поперечных связей, рассчитанные по уравнению Флори-Ренера (рис. 5).Однако следует отметить, что рассчитанная плотность поперечных связей в этой работе включает не только фактическую плотность поперечных связей резиновой сетки, но также захваченных и связанных каучуков.




    Независимо от типа наполнителя, плотность поперечных связей увеличивается с увеличением загрузки наполнителя. Результаты понятны, поскольку количество захваченной резины и связанной резины увеличивается с увеличением загрузки наполнителя. При любой заданной нагрузке система, заполненная MWCNT, представляет наивысшую плотность сшивки, за ней следуют системы, заполненные CCB, PSi и CB, соответственно.Дается объяснение наибольшему количеству захваченной резины в сети MWCNT. Также можно было наблюдать, что плотность поперечных связей системы MWCNT, рассчитанная по уравнению Флори-Ренера, неожиданно высока, особенно при высоких нагрузках MWCNT. Вероятно, это связано с большой протяженностью сетки MWCNT, которая способна противостоять набуханию растворителя резиновой матрицы.

    На рис. 6 показана зависимость вулканизатов NBR от температуры. Пик демпфирования () всех вулканизатов находится при температуре примерно -9 ° C, независимо от типа наполнителя и нагрузки.Однако относительная площадь и (как указано в таблице 3) уменьшается с увеличением загрузки наполнителя из-за эффекта разбавления, особенно в системе с наполнителем MWCNT, содержащей относительно большое количество захваченной резины, за которой следуют системы с наполнителем CCB, PSi и CB, соответственно. Некоторые авторы сообщили о взаимосвязи между резиной без наполнителя и резиной с наполнителем, как показано в [36, 37], где и представляют максимум наполненных и незаполненных систем, соответственно; — параметр феноменологического взаимодействия, определяющий межфазное взаимодействие наполнителя и матрицы; — эффективная объемная доля наполнителя; значения, как показано в таблице 3, демонстрируют комбинацию силы межфазного взаимодействия и эффективной объемной доли.Как и ожидалось, система, заполненная MWCNT, показывает наивысшее значение, которое значительно выше, чем у CCB, CB и PSi. Однако из-за плохого взаимодействия между MWCNT и каучуком в результате инертных поверхностей MWCNT, в значении преобладает эффективная объемная доля. Значения для системы с наполнением CCB выше, чем для систем с наполнением CB и PSi, потому что CCB обладает более высокой удельной поверхностью и структурой. Кроме того, в диапазоне температур 20–70 ° C система с наполнителем MWCNT показывает самый высокий показатель, несмотря на самую высокую плотность сшивки.Плохое межфазное взаимодействие и большая величина сети MWCNT ответственны за такую ​​высокую величину рассеивания энергии. С другой стороны, значения для систем, заполненных CB и PSi, сопоставимы и относительно низки по сравнению со значениями для систем, заполненных MWCNT. В основном это связано с более низкой удельной поверхностью и более низким уровнем сетки наполнителей CB и PSi.


    Нагрузка (phr) MWCNT CCB CB PSi

    0 1.54 1,54 1,54 1,54
    5 1,12 1,38 1,50 1,51
    10 0,88 1,19 1,44 1,40
    15 0,7 0,99 1,38 1,32

    Относительная площадь 0 1,00 1,00 1.00 1,00
    5 0,80 0,94 0,99 1,00
    10 0,66 0,85 0,97 0,95
    15 0,55 0,74 0,94 0,93

    0 0 0 0 0
    5 0.38 0,12 0,03 0,02
    10
    .Углеродное армирование

    — предложения производителей, поставщиков, экспортеров и оптовиков углеродного армирования

    Продукты

    395 углеродное армирование Продукция Страница 1 из 66

    Лиды продаж .

    Полимер, армированный углеродным волокном — обзор

    10.3.1 Механизмы поглощения энергии в композитных конструктивных элементах

    Хотя углепластик, как правило, является хрупким при растяжении с низкими деформациями разрушения, было показано, что композитные структурные элементы разрушаются при других режимах разрушения такие как местное сжатие, сдвиг, микровыкание или расслоение, обладают способностью поглощать энергию за счет контролируемого прогрессирующего разрушения из-за раздавливания. Ключевым моментом является инициирование режима постепенного разрушения, при котором поглощенная энергия значительно выше, чем измеренная при хрупких отказах.Это достигается с помощью спусковых механизмов (также известных как инициаторы разрушения), введенных в структурный элемент, которые уменьшают пиковые силы разрушения и вызывают режим прогрессирующего разрушения, который распространяется по всей конструкции. Наблюдалось множество различных режимов прогрессирующего разрушения, которые в значительной степени зависят от типа волокна, типа матрицы, границы раздела между волокном и матрицей, последовательности укладки волокон и ориентации волокон, геометрии образца, режима нагрузки, конструкции триггера, скорости деформации, температурных эффектов и т. Д. Энергопоглощающие режимы разрушения продолжаются более 30 лет, охватывая все аспекты от микромеханики композитов до макромеханики на уровне слоев / ламината, до запуска концепций и проектирования на структурном уровне.

    Ранняя работа [32–37] показала, что стеклянные или углепластиковые трубки, нагруженные при осевом сжатии через скошенный или скошенный конец трубки (спусковой механизм снятия фаски), могут выйти из строя в режиме постепенного раздавливания при условии, что толщина стенки трубки достаточно высока для предотвращения преждевременного глобальные или локальные отказы продольного изгиба. В ходе этой работы основные механизмы разрушения были идентифицированы как режим расширения или фрагментации. Расщепление инициируется спусковым механизмом снятия фаски из-за расслоений на фронте раздавливания, которые вызывают изгиб или растекание слоев наружу, что приводит к осевому расщеплению и изгибу или разрушениям при поперечном сдвиге.В зависимости от пластичности композита расширенные слои или листья будут короткими из-за фрагментации или длинными. Фрагментация более коротких пластин на фронте раздавливания приводит к образованию клина обломков, который затем вызывает отказы расслоения и приводит к устойчивому режиму отказов при раздавливании с высоким EA. Это основной механизм композитных трубчатых поглотителей при осевых сжимающих нагрузках. Важным шагом в разработке ударопрочных композитных структур было показать, что аналогичные механизмы разрушения могут запускаться в нетубулярных структурных элементах, таких как открытые круглые сегменты и сети синусоидальной волны [27,36] и коробчатые секции [38].

    Для измерения и понимания ЭА и механизмов отказа композитных структурных элементов требуется разработка новых процедур испытаний и соответствующих образцов для испытаний. Фераболи [9] рассматривает существующие процедуры испытаний и обсуждает характеристики плоских пластин и гофрированных образцов для испытаний на осевое раздавливание. Характеристики EA, которые необходимо измерить, получены для образцов, которые выходят из строя в режиме устойчивого раздавливания, для чего требуются специально разработанные опорные приспособления или самонесущие образцы, такие как трубы и цилиндрические профили.DLR разработала образцы сегментов труб с фаской, см. [28], которые легче изготовить, чем трубки, они самостабилизируются без боковых опор и дают воспроизводимые осевые разрушения при квазистатическом и динамическом нагружении. Квазистатические испытания на образцах сегментов трубы со скошенной фаской обсуждаются здесь, а динамические испытания на раздавливание описаны далее в [39]. Образцы для испытаний состоят из полукруглого цилиндрического сегмента с фланцами на продольных свободных краях для предотвращения местного коробления при осевом сжатии.Они были изготовлены из углеродной ткани Hexply M18 / 1/43% / G939-220gsm 4HS / эпоксидного препрега с восемью слоями ткани и слоем [0/90/0/90]. Размеры: длина 75 мм, диаметр по фланцам 50 мм, номинальная толщина 2,0 мм. Спусковой механизм имел внешнюю фаску под углом 45 °, что инициировало устойчивый процесс дробления на кончике фаски. Основание сегментных образцов закреплено в опорном зажиме на нижней стальной плите, установленной на датчике нагрузки квазистатической испытательной машины. Край со скошенной кромкой подвергается осевому сжатию стальной пластиной, прикрепленной к траверсе, которая нагружает образец со скоростью 1 мм / с.Время осевого усилия и время смещения крейцкопфа измеряются в испытании для типичных расстояний раздавливания 50 мм.

    На рис. 10.4 показаны изображения пленки испытания на раздавливание, показывающие три фазы: раздавливание спускового крючка, растяжение ламината на внутреннюю и внешнюю пластинки с центральной трещиной расслоения с последующим осевым расщеплением пучков пластинок на лепестковидные ветви. как более подробно описано в [40] и видно на окончательном раздавленном образце на Рисунке 10.5 (а). Стационарная фаза раздавливания состоит из образования вайя, вызванного центральной трещиной расслоения с клином обломков, рис.10.5 (b), на котором показано рентгеновское сканирование с помощью компьютерной томографии высокого разрешения (HRCT) поперечного сечения стенки сегмента на фронте раздавливания. Измеренная кривая сдавливающего усилия-смещения сегментного образца показана на рис. 10.6 до смещения 40 мм. Кривая показывает быстро увеличивающуюся нагрузку с пиком при смещении около 2 мм, что соответствует нагружению спускового крючка для снятия фаски. За этим следует резкое падение нагрузки, поскольку спусковой механизм срабатывает, и нагрузка падает до постоянного среднего значения в установившейся фазе дробления.Это устойчивое раздавливание является основным механизмом, используемым при разработке энергопоглощающих структур композитов. Ключевыми параметрами для проектирования таких устройств являются установившаяся сила раздавливания (SSCF), EA, определяемая как площадь под кривой силы сжатия-смещения, и SEA, которая представляет собой энергию, поглощенную на единицу массы разрушенного материала. Эти данные показаны в первой строке таблицы 10.1 с SSCF 24 кН и SEA 87,1 кДж / кг, которые являются типичными значениями для квазистатических испытаний сегментов DLR с материалами препрега из углеродной ткани M18 / 1.В расширенном исследовании этих образцов с различными слоями ламината и вариантами изготовления сообщается в [41]; диапазон SEA 79,4–90,6 кДж / кг был измерен при изменении укладки с различными пропорциями слоев ткани под углом 0 ° и 45 ° к оси нагрузки.

    Рисунок 10.4. Последовательность квазистатических испытаний на раздавливание сегмента трубы из углеродной ткани / эпоксидной смолы.

    Рисунок 10.5. Образец сегмента углеродной ткани / эпоксидной смолы после квазистатического испытания на раздавливание. а) раздробленный сегмент; (b) Компьютерная томография высокого разрешения фронта разрушения.

    Рисунок 10.6. Кривые сдавливающего усилия для образцов сегмента углеродной ткани / эпоксидной смолы при различных скоростях нагружения.

    Таблица 10.1. Характеристики поглощения энергии сегментов из армированного углеродным волокном полимера при различных скоростях нагружения

    Скорость нагружения (м / с) Пиковая сила сжатия (кН) SSCF (кН) Расстояние раздавливания (мм) Поглощенная энергия (кДж) SEA (кДж / кг)
    0.001 31,86 24,03 58,48 1,420 87,11
    2,00 31,01 17,71 49,29 0,891 67,89
    5,00 27,88 0,825 67,53
    10,00 35,69 18,04 41,62 0,741 67,04

    Рисунок 10.6 также представлены эквивалентные кривые «сила-перемещение» на образцах аналогичного сегмента, испытанных динамически при более высоких скоростях нагружения при скоростях 2 м / с, 5 м / с и 10 м / с на испытательной машине Instron VHS 100/20 с высокой скоростью деформации в DLR см. подробности в [39]. Это показывает, что динамические образцы показали устойчивую реакцию на раздавливание после запуска при начальной пиковой нагрузке. Наиболее интересной особенностью кривых является то, что три динамические кривые были очень похожи, без явной зависимости от скорости испытания, и все они были значительно ниже квазистатической кривой испытания.В таблице 10.1 приведены основные результаты квазистатических и динамических испытаний. Это показывает снижение на 22% в SEA и на 26% в SSCF при 2 м / с по сравнению с квазистатическими значениями. Эти результаты согласуются с предыдущими испытаниями, проведенными в DLR на ударных элементах, и объясняются более хрупким поведением композита при более высоких скоростях, что приводит к более коротким слоям на фронте раздавливания, которые быстрее фрагментируются, поглощая меньше энергии. Эти данные важны для проектировщика, поскольку композитные амортизаторы рассчитаны на ударные нагрузки, и очевидно, что использование квазистатических испытаний для разработки структур EA неконсервативно.

    Сегменты полутруб со скошенными кромками демонстрируют высокую SEA, но сами по себе не подходят в качестве структурных поглотителей энергии из-за своей идеальной формы. Испытания на раздавливание сегментов относительно легко выполнить с высокой воспроизводимостью, и эти испытания в основном используются для проверки новых композитных материалов и слоев для использования в амортизаторах энергии столкновения. Они являются основным элементом синусоидальной волны и гофрированных полотен, которые используются в прочных конструкциях чернового пола, как описано в [27,36]. Текущий интерес сейчас заключается в изучении поведения EA для ряда составных форм каналов, которые затем могут стать основой более продвинутых структур EA.Детальное исследование профилей из углеродной ткани / эпоксидной смолы с гофрированным полотном [9] и нескольких секций каналов, вырезанных из коробчатых секций, включая полные коробчатые, C-образные и угловые секции [42], было проведено в CMH-17. Группа [8]. Квазистатические испытания секций каналов, изготовленных из тканого препрега Toray T700 / 2510, показали значения SEA в диапазоне от 80 кДж / кг для гофрированных полотен, 62 кДж / кг для небольших угловых секций под прямым углом и до 37 кДж / кг для коробчатого сечения и большого С-образного канала.Это следует из различных видов отказов, зависящих от формы. Гофрированное полотно разрушалось подобно сегментам DLR и имело высокий SEA, тогда как в С-образном канале неподдерживаемые боковые стенки изгибались наружу и вызывали общий режим отказа с расширением с поглощением энергии за счет разрыва по углам канала.

    Чтобы повысить уровень сложности, CRC-ACS исследовали различные интегрированные композитные конструкции, включающие круглые и трапециевидные сегменты, прикрепленные и / приклепанные к опорным пластинам или используемые в качестве сердечника с многослойной обшивкой, как сообщалось в [29, 43–45].Эти тестовые статьи были разработаны для получения информации об эффекте интеграции элементов раздавливания с окружающей структурой. Были проведены испытания для изучения как разницы между скрепленными и механически скрепленными компонентами, так и влияния различных путей приложения нагрузки. Это привело к развитию веб-сегмента EA, который обсуждается далее в Разделе 10.3.3 и является основным элементом концептуальной структуры нижнего этажа, описанной в Разделе 10.4.

    Пластик, армированный углеродным волокном — обзор

    12.1 Введение

    Пластмассы, армированные углеродным волокном (углепластик), в настоящее время используются в основных конструкциях самолетов, кораблей и других транспортных средств, а также в приложениях, требующих стабильно высокой надежности при длительной эксплуатации. Следовательно, необходимо разработать методологию ускоренных испытаний (ATM-1) для долгосрочного прогнозирования срока службы конструкций из углепластика, подверженных действию реальных сред с воздействием экстремальных температур, воды и других потенциально разрушительных явлений.

    Стратегия ускоренного тестирования представлена ​​в виде следующих шагов: (1) сбор данных путем ускоренного тестирования; (2) долговечность конструкции; и (3) создание высоконадежных конструкций.Во-первых, следует установить АТМ-1 для полимерных композитов. Разработанная нами методология будет общей и применима к центрифугам, генераторам, маховикам, самолетам, ветряным турбинам, морским судам, автомобилям и т. Д.

    Ранее мы разработали обычный ATM-1 для прогнозирования долговременной усталостной долговечности ламинатов из углепластика на основе принципа наложения время-температура (TTSP), применяемого к вязкоупругому поведению матричной смолы. ATM-1 позволяет нам описывать длительный срок службы с помощью эталонных кривых, охватывающих широкий диапазон нагрузок и условий окружающей среды, включая продолжительность нагрузки, температуру, частоту циклов нагрузки, амплитуды нагрузки и т. Д. (Miyano, Nakada, Kudoh, & Muki , 1999; Miyano, Nakada, McMurray, & Muki, 1997; Miyano, Nakada, & Muki, 1999; Miyano, Nakada, & Sekine, 2005; Nakada & Miyano, 2009).Кроме того, мы предложили метод построения основных кривых на основе простого уравнения как функций времени до отказа, температуры, частоты нагрузки и количества циклов до отказа (Miyano, Nakada, & Cai, 2008). Однако это уравнение не учитывает напрямую коэффициенты вязкоупругости матричной смолы. Следовательно, это уравнение не может быть применено к прогнозированию срока службы слоистых материалов из углепластика, подвергнутых действительным нагрузкам и температурным режимам.

    В этой статье мы предлагаем усовершенствованную методологию ускоренных испытаний (ATM-2), которая применима для прогнозирования срока службы ламинатов из углепластика, подвергшихся действительной нагрузке и окружающей среде, с учетом коэффициентов вязкоупругости смолы матрицы.Самым важным моментом в отношении ATM-2 является тот факт, что то же значение TTSP, которое справедливо для вязкоупругого поведения матричной смолы, сохраняется для статической, ползучести и усталостной прочности ламинатов из углепластика. Кроме того, в АТМ-2 к научным основам добавлены три условия. Долговременная усталостная прочность ламинатов из углепластика при действительной нагрузке рассчитывается на основе этих условий. Коэффициенты вязкоупругости матричной смолы, которые играют важную роль в зависимости от времени и температуры долгосрочного срока службы слоистых материалов из углепластика, также рассчитываются на основе TTSP.Применимость ATM-2 продемонстрирована путем прогнозирования длительной усталостной прочности в четырех типичных направлениях нагрузки для однонаправленных ламинатов из углепластика.

    Рост производства пластмасс, армированных углеродным волокном

    Углеродные волокна в пластмассах

    Использование углеродных волокон в пластмассах имеет долгую историю. Еще в 1879 году Томас Эдисон экспериментировал с углеродными волокнами, сделанными из хлопковых нитей и бамбуковых лент. Фактически, первая лампа накаливания, нагретая электричеством, содержала углеродные волокна.

    В 1960-х годах доктор Акио Шиндо из Агентства промышленных наук и технологий Японии разработал углеродное волокно на основе полиакрилонитрила (PAN). Полученное волокно содержало 55% углерода.

    Процесс конверсии на основе PAN быстро стал основным методом производства углеродного волокна. Сегодня 90% углеродных волокон изготовлены из полиакрилонитрила (C 3 H 3 N) n или синтетической полукристаллической органической полимерной смолы PAN. Остальные 10% произведены из искусственного шелка или нефтяного пека. Волокна из PAN очень прочные и легкие. Эти волокна связаны термореактивными или термопластичными полимерами, такими как полиэфир, сложный виниловый эфир или нейлон, для изготовления пластика, армированного углеродным волокном, или углеродного FRP.

    Добавление углеродного волокна в полимер имеет много преимуществ

    Увеличиваются прочность на разрыв и модуль упругости при изгибе, как и температура теплового прогиба или HDT. Кроме того, добавление армирования углеродным волокном уменьшает усадку и коробление.

    Каждое углеродное волокно представляет собой длинную тонкую нить, состоящую из тысяч углеродных нитей. Одно волокно имеет диаметр около 5-10 мкм и состоит в основном из углерода. Микроскопические кристаллы в углероде связываются вместе в структуре, которая более или менее выровнена параллельно длинной оси волокна. Именно это расположение кристаллов делает волокна такими прочными.

    Классификация по модулю упругости

    Углеродные волокна классифицируются по модулю упругости при растяжении * волокна.Модуль упругости при растяжении может находиться в диапазоне от 34,8 миллионов фунтов на квадратный дюйм до 72,5-145,0 миллионов фунтов на квадратный дюйм. Сталь имеет модуль упругости 29 миллионов фунтов на квадратный дюйм, поэтому самое прочное углеродное волокно в пять раз прочнее стали.

    Волокна

    с «низким» модулем упругости имеют модуль упругости ниже 34,8 миллионов фунтов на квадратный дюйм (240 миллионов кПа). Волокна также классифицируются в порядке возрастания модуля упругости на «стандартный модуль», «промежуточный модуль», «высокий модуль» и «сверхвысокий модуль». Углеродные волокна с классом сверхвысокого модуля упругости имеют модуль упругости 72.5-145,0 миллионов фунтов на квадратный дюйм (500-1,0 миллиарда кПа).

    Прядение, стабилизация, карбонизация, обработка поверхности и калибровка

    Процесс производства углеродного волокна частично химический, а частично механический.

    • Прядение: PAN прядется с использованием одного из нескольких процессов прядения. Этот шаг важен, потому что он формирует внутреннюю атомную структуру волокна. Затем волокна промываются и растягиваются до необходимого диаметра.Растяжение также помогает выровнять молекулы, способствуя образованию кристаллов углерода, созданных карбонизацией.
    • Стабилизация: На этом этапе волокна обрабатываются химикатами, чтобы изменить их линейное соединение на термически стабильную структуру лестничного соединения. Затем нити нагреваются на воздухе, так что они захватывают молекулы кислорода и меняют структуру их атомных связей.
    • Карбонизация: Затем волокна подвергаются очень сильному нагреву без присутствия кислорода, поэтому волокно не может гореть.Атомы в волокне сильно колеблются, вытесняя большинство неуглеродных атомов в предшественнике.
    • Обработка поверхности: После карбонизации поверхность волокон плохо сцепляется с материалами, используемыми для изготовления композитных материалов. На этом этапе поверхность волокон слегка окисляется путем погружения в различные газы или жидкости.
    • Калибр: В этом процессе волокна покрываются покрытием, защищающим их от повреждений во время намотки или ткачества.

    Некоторые изделия из углеродного волокна включают удочки, велосипеды, снаряжение для гольфа, теннисные ракетки, детали для самолетов, мостов и автомобилей.

    * Модуль упругости — это то, сколько тянущего усилия волокно определенного диаметра может проявить без разрушения. Модуль упругости выражается в фунтах на квадратный дюйм или фунтах на квадратный дюйм.

    Вопросы? Дайте мне знать в разделе комментариев ниже.

    Ищете дополнительную информацию о пластмассах? Загрузите наше бесплатное руководство!

    Углеродные волокна: производство, свойства и возможности использования

    Пуджа Бхатт и Алка Го

    Старший научный сотрудник, профессор и заведующий кафедрой одежды и текстиля, Г.B.P.U.A and T, Пантнагар,

    Автор, ответственный за переписку Электронная почта: [email protected]

    DOI: http://dx.doi.org/10.13005/msri/140109

    История публикации статьи
    Статья получена: 30 мая 2017 г.
    Статья принята: 5 июня 2017 г.
    Статья опубликована: 9 июня 2017 г.
    Проверка на плагиат: Да

    АННОТАЦИЯ:

    Углеродное волокно состоит из атомов углерода, связанных вместе, образуя длинную цепочку.Волокна чрезвычайно жесткие, прочные и легкие и используются во многих процессах для создания превосходных строительных материалов. Углеродное волокно входит в состав множества «сырых» строительных блоков, включая пряжу, однонаправленную, переплетенную, тесьму и некоторые другие, которые, в свою очередь, используются для создания композитных деталей. Детали из углеродного волокна по своим свойствам близки к стальным, а по весу — к пластиковым. Таким образом, отношение прочности к весу (а также отношение жесткости к весу) детали из углеродного волокна намного выше, чем у стали или пластика.Углеродное волокно чрезвычайно прочное. В инженерии обычно измеряют преимущество материала с точки зрения отношения прочности к весу и отношения жесткости к весу, особенно при проектировании конструкций, где добавленный вес может привести к увеличению затрат на жизненный цикл или неудовлетворительным характеристикам.

    КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Углеродное волокно; Ткань; Текстиль; Пряжа
    Чтобы процитировать эту статью, скопируйте следующее:

    Bhatt P, Goe A. Углеродные волокна: производство, свойства и потенциальное использование.Математические науки и ресурсы Индии; 14 (1)



    Введение

    Углеродные волокна или углеродные волокна — это волокна диаметром около 5–10 микрометров, состоящие в основном из атомов углерода. Углеродные волокна обладают рядом преимуществ, включая высокую жесткость, высокую прочность на разрыв, малый вес, высокую химическую стойкость, устойчивость к высоким температурам и низкое тепловое расширение. Эти свойства сделали углеродное волокно очень популярным в аэрокосмической отрасли, гражданском строительстве, военном деле и автоспорте, а также в других соревновательных видах спорта.Однако они относительно дороги по сравнению с аналогичными волокнами, такими как стекловолокно или пластмассовые волокна.

    Классификация и виды

    Углеродные волокна по модулю упругости, прочности и конечной температуре термообработки можно разделить на следующие категории:

    В зависимости от свойств углеродного волокна углеродные волокна можно сгруппировать в:

    • Сверхвысокий модуль, тип UHM (модуль> 450 ГПа)
    • Высокомодульный, тип HM (модуль упругости 350-450 ГПа)
    • Промежуточный модуль, тип IM (модуль упругости от 200 до 350 ГПа)
    • Низкомодульный и высокопрочный, тип HT (модуль <100 ГПа, предел прочности> 3.0 ГПа)
    • Сверхвысокопрочный, тип SHT (предел прочности на разрыв> 4,5 ГПа)

    Углеродные волокна на основе материалов-предшественников подразделяются на:

    • Углеродные волокна на основе ПАН
    • Углеродные волокна на основе пека
    • Углеродные волокна на основе мезофазного пека
    • Углеродные волокна на основе изотропного пека
    • Углеродные волокна на основе вискозы
    • Углеродные волокна, выращенные в газовой фазе

    Углеродные волокна по температуре окончательной термообработки подразделяются на:

    • Углеродные волокна, подвергнутые высокой термообработке (HTT), тип I, где конечная температура термообработки должна быть выше 2000 ° C и может быть связана с волокном высокомодульного типа.
    • Углеродные волокна с промежуточной термообработкой (IHT), тип II, где конечная температура термообработки должна быть около или выше 1500 ° C и может быть связана с волокном высокопрочного типа.
    • Тип III, углеродные волокна с низкой термической обработкой, у которых конечная температура термообработки не превышает 1000 ° C. Это низкомодульные и малопрочные материалы.

    Производственный процесс

    Углеродные волокна из полиакрилонитрила (ПАН):

    Сырье

    Сырье, используемое для производства углеродного волокна, называется прекурсором.Около 90% производимых углеродных волокон состоит из полиакрилонитрила. Остальные 10% сделаны из искусственного шелка или нефтяного пека. Все эти материалы представляют собой органические полимеры, характеризующиеся длинными цепочками молекул, связанных вместе атомами углерода. Точный состав каждого прекурсора варьируется от одной компании к другой и обычно считается коммерческой тайной. В процессе производства используются различные газы и жидкости. Некоторые из этих материалов предназначены для взаимодействия с волокном для достижения определенного эффекта.Другие материалы предназначены для того, чтобы не реагировать или предотвращать определенные реакции с волокном. Как и в случае с прекурсорами, точный состав многих из этих технологических материалов считается коммерческой тайной.

    Производственный процесс PAN

    Рисунок 1

    Прядильная

    • Порошок акрилонитрильного пластика смешивают с другим пластиком, таким как метилакрилат или метилметакрилат, и подвергают взаимодействию с катализатором в обычном процессе суспензионной или растворной полимеризации с образованием полиакрилонитрильного пластика.
    • Затем пластик превращается в волокна одним из нескольких различных методов. В некоторых методах пластик смешивается с определенными химическими веществами и закачивается через крошечные форсунки в химическую ванну или камеру закалки, где пластик коагулирует и затвердевает в волокна. Это похоже на процесс, используемый для формирования полиакриловых текстильных волокон. В других методах пластиковая смесь нагревается и перекачивается через крошечные форсунки в камеру, где растворители испаряются, оставляя твердое волокно. Этап прядения важен, потому что во время этого процесса формируется внутренняя атомная структура волокна.
    • Затем волокна промывают и растягивают до желаемого диаметра волокна. Растяжение помогает выровнять молекулы внутри волокна и обеспечивает основу для образования прочно связанных кристаллов углерода после карбонизации.

    Стабилизирующий

    Перед карбонизацией волокон их необходимо химически изменить, чтобы преобразовать их линейную атомную связь в более термически стабильную лестничную связь. Это достигается путем нагревания волокон на воздухе примерно до 390-590 ° F (200-300 ° C) в течение 30-120 минут.Это заставляет волокна улавливать молекулы кислорода из воздуха и изменять структуру их атомных связей. Стабилизирующие химические реакции сложны и включают несколько этапов, некоторые из которых происходят одновременно. Они также генерируют собственное тепло, которое необходимо контролировать, чтобы избежать перегрева волокон. В коммерческих целях для процесса стабилизации используется различное оборудование и методы. В некоторых процессах волокна протягиваются через ряд камер с подогревом. В других случаях волокна проходят через горячие валки и через слои сыпучих материалов, удерживаемых во взвешенном состоянии потоком горячего воздуха.В некоторых процессах используется нагретый воздух, смешанный с определенными газами, которые химически ускоряют стабилизацию.

    Карбонизация

    После того, как волокна стабилизируются, их нагревают до температуры примерно 1,830-5,500 ° F (1,000-3,000 ° C) в течение нескольких минут в печи, заполненной газовой смесью, не содержащей кислорода. Недостаток кислорода предотвращает сгорание волокон при очень высоких температурах. Давление газа внутри печи поддерживается выше, чем давление наружного воздуха, а точки входа и выхода волокон из печи герметизированы, чтобы не допустить попадания кислорода.Когда волокна нагреваются, они начинают терять свои неуглеродные атомы, а также несколько атомов углерода в виде различных газов, включая водяной пар, аммиак, монооксид углерода, диоксид углерода, водород, азот и другие. Когда неуглеродные атомы вытесняются, оставшиеся атомы углерода образуют прочно связанные углеродные кристаллы, которые ориентированы более или менее параллельно длинной оси волокна. В некоторых процессах используются две печи, работающие при двух разных температурах, чтобы лучше контролировать скорость разогрева во время карбонизации.

    Рисунок 2

    Обработка поверхности

    После карбонизации волокна имеют поверхность, которая плохо сцепляется с эпоксидными смолами и другими материалами, используемыми в композитных материалах. Чтобы волокна лучше склеивали, их поверхность слегка окисляется. Добавление атомов кислорода к поверхности обеспечивает лучшие свойства химического связывания, а также травит и делает поверхность шероховатой для улучшения механических свойств связывания.Окисление может быть достигнуто путем погружения волокон в различные газы, такие как воздух, диоксид углерода или озон; или в различных жидкостях, таких как гипохлорит натрия или азотная кислота. На волокна также можно нанести электролитическое покрытие, сделав волокна положительным выводом в ванне, заполненной различными электропроводящими материалами. Процесс обработки поверхности необходимо тщательно контролировать, чтобы избежать образования крошечных поверхностных дефектов, таких как ямки, которые могут вызвать повреждение волокна.

    Калибр

    • После обработки поверхности волокна покрываются покрытием для защиты от повреждений при намотке или плетении.Этот процесс называется калибровкой. Материалы покрытия выбираются таким образом, чтобы они были совместимы с клеем, используемым для формирования композитных материалов. Типичные материалы покрытия включают эпоксидную смолу, полиэстер, нейлон, уретан и другие.
    • 8 Волокна с покрытием наматываются на цилиндры, называемые бобинами. Бобины загружаются в прядильную машину, и волокна скручиваются в пряжу различных размеров.

    Недвижимость

    Углеродное волокно имеет высокое отношение прочности к массе (также известное как удельная прочность)

    Прочность материала — это сила, приходящаяся на единицу площади при разрушении, деленная на его плотность.Любой прочный И легкий материал имеет подходящее соотношение прочности и веса. Такие материалы, как алюминий, титан, магний, углерод и стекловолокно, высокопрочные стальные сплавы, имеют хорошее соотношение прочности к весу.

    Углеродное волокно очень жесткое

    Жесткость или жесткость материала измеряется его модулем Юнга и измеряет, насколько материал прогибается под действием напряжения. Пластик, армированный углеродным волокном, более чем в 4 раза жестче, чем пластик, армированный стекловолокном, почти в 20 раз больше, чем сосна, 2.В 5 раз больше алюминия.

    Углеродное волокно устойчиво к коррозии и химически стабильно

    Хотя углеродное волокно само по себе не портится, эпоксидная смола чувствительна к солнечному свету и требует защиты. Другие матрицы (независимо от того, в какое углеродное волокно встроено) также могут быть реактивными.

    Углеродное волокно электропроводное

    Эта функция может быть полезной и мешать. При строительстве лодок это необходимо учитывать, так как в игру вступает проводимость алюминия.Электропроводность углеродного волокна может способствовать гальванической коррозии арматуры. Тщательная установка может уменьшить эту проблему.

    Усталостное сопротивление хорошее

    Устойчивость к усталости композитов из углеродного волокна — хорошая. Однако, когда углеродное волокно выходит из строя, оно обычно катастрофически выходит из строя, и это не говорит о его неизбежном разрыве. Повреждение в результате усталости при растяжении рассматривается как снижение жесткости при увеличении количества циклов напряжения (если температура не высокая). Испытания показали, что разрушение вряд ли будет проблемой, когда циклические напряжения совпадают с ориентацией волокна.Углеродное волокно превосходит стекло E по усталостной и статической прочности, а также по жесткости.

    Углеродное волокно имеет хорошую прочность на разрыв

    Предел прочности на разрыв или предел прочности — это максимальное напряжение, которое может выдержать материал при растяжении или растяжении до образования шейки или разрушения. Сужение — это когда поперечное сечение образца начинает значительно сокращаться. Если вы возьмете полоску полиэтиленового пакета, она растянется и в какой-то момент начнет сужаться. Это шею.Он измеряется в силе на единицу площади. Хрупкие материалы, такие как углеродное волокно, не всегда выходят из строя при одном и том же уровне напряжения из-за внутренних дефектов. Они терпят неудачу при малых деформациях.

    Испытание включает взятие образца с фиксированной площадью поперечного сечения, а затем его вытягивание, постепенно увеличивая силу, пока образец не изменит форму или не сломается. Волокна, такие как углеродные волокна, имеющие диаметр всего 2/10 000-х дюйма, превращаются в композиты соответствующей формы для проведения испытаний.

    Огнестойкость / невоспламеняющийся

    В зависимости от производственного процесса и материала-прекурсора углеродное волокно может быть довольно мягким и может использоваться в качестве защитной одежды для пожарных или, что более часто, интегрировано в нее.Примером может служить волокно с никелевым покрытием. Поскольку углеродное волокно также химически очень инертно, его можно использовать там, где есть огонь в сочетании с коррозионными агентами. Carbon Fiber Fire Blanket извините за опечатки.

    Теплопроводность углеродного волокна

    Теплопроводность — это количество тепла, передаваемого через единицу толщины в направлении, нормальном к поверхности единицы площади, из-за единичного температурного градиента в установившихся условиях. Другими словами, это показатель того, насколько легко тепло проходит через материал.

    Поскольку существует множество вариаций углеродного волокна, невозможно точно определить теплопроводность. Специальные типы углеродного волокна были специально разработаны для обеспечения высокой или низкой теплопроводности. Также предпринимаются попытки улучшить эту функцию.

    Низкий коэффициент теплового расширения

    Это мера того, насколько материал расширяется и сжимается при повышении или понижении температуры. Единицы измерения указаны в дюймах / дюймах градусах F, как и в других таблицах, единицы не так важны, как сравнение.При достаточно высокой мачте разница в коэффициентах теплового расширения различных материалов может немного изменить натяжение буровой установки. Низкий коэффициент теплового расширения делает углеродное волокно подходящим для применений, где малые движения могут быть критичными. Одно из таких приложений — телескоп и другое оптическое оборудование.

    Неядовит, биологически инертен, проницаем для рентгеновских лучей

    Эти качества делают углеродное волокно полезным в медицине. Использование протезов, имплантатов и восстановления сухожилий, рентгеновских принадлежностей, хирургических инструментов — все это находится в стадии разработки.Углеродные волокна не ядовиты, но могут вызывать сильное раздражение, поэтому необходимо ограничить длительное незащищенное воздействие. Однако эпоксидная или полиэфирная матрица может быть токсичной, поэтому необходимо соблюдать надлежащий уход.

    Углеродное волокно относительно дорогое

    Хотя он предлагает исключительные преимущества прочности, жесткости и снижения веса, его стоимость является сдерживающим фактором. Если преимущество в весе не является исключительно важным, например, в аэронавтике или гонках, оно часто не стоит дополнительных затрат.Дополнительным преимуществом является низкая потребность в обслуживании углеродного волокна.

    Трудно количественно охарактеризовать круто и модно. Углеродное волокно имеет ауру и репутацию, которые заставляют потребителей платить больше за то, чтобы иметь его. Возможно, вам понадобится меньше его по сравнению со стекловолокном, и это может быть экономией.

    Углеродные волокна хрупкие

    Слои волокон образованы прочными ковалентными связями. Листовые агрегаты легко допускают распространение трещин.Когда волокна изгибаются, они выходят из строя при очень низкой деформации.

    Приложения

    Характеристики и применение углеродных волокон

    1. Физическая прочность, удельная вязкость, легкий вес

    Аэрокосмическая промышленность, автомобильный и морской транспорт, спортивные товары

    2. Высокая стабильность размеров, низкий коэффициент теплового расширения и низкое истирание

    Ракеты, авиационные тормоза, аэрокосмическая антенна и опорная конструкция, большие телескопы, оптические стенды, волноводы для стабильных высокочастотных (ГГц) прецизионных измерительных рам

    3.Хорошее гашение вибрации, прочность и ударная вязкость

    Аудиотехника, громкоговорители для Hi-Fi аппаратуры, звукосниматели, манипуляторы

    4. Электропроводность

    Автомобильные капоты, новая оснастка, корпуса и основания для электронного оборудования, защита от электромагнитных и радиочастотных помех, щетки

    5. Биологическая инертность и рентгеновская проницаемость

    Медицинское применение в протезах, хирургическом и рентгеновском оборудовании, имплантатах, восстановлении сухожилий / связок

    6.Устойчивость к усталости, самосмазывание, высокое демпфирование

    Текстильное оборудование общего назначения

    7. Химическая инертность, высокая коррозионная стойкость

    Химическая промышленность; ядерное поле; клапаны, уплотнения и компоненты насосов на технологических установках

    8. Электромагнитные свойства

    Большие стопорные кольца генератора, радиологическое оборудование

    Заключение

    Последняя разработка в технологии углеродного волокна — это крошечные углеродные трубки, называемые нанотрубками.Эти полые трубки, некоторые из которых имеют диаметр 0,00004 дюйма (0,001 мм), обладают уникальными механическими и электрическими свойствами, которые могут быть полезны при создании новых высокопрочных волокон, субмикроскопических пробирок или, возможно, новых полупроводниковых материалов для интегральных схем.

    Список литературы

    1. Франк Э., Херманутц Ф. и Бухмайзер М. Р. Углеродные волокна: прекурсоры, производство и свойства. Макромол. Mater. Eng . 2012; 297: 493–501.
      CrossRef
    2. Шаваллер Д., Клаус Б. и Бухмайзер М. Р. Керамические филаментные волокна — Обзор . Макромол . Mater. Eng . 2012: 297: 502–522.
      CrossRef
    3. Хо К., Цянь К. К. и Бисмарк Х. А. Углеродное волокно: свойства поверхности. Энциклопедия композитов Wiley . 2011; 1–11.
    4. Хуанг X. Изготовление и свойства углеродных волокон. Материалы. 2009; 2 : 2369-2403.
      CrossRef
    5. Баджадж П., Паливал Д. К., Гупта А. К. Влияние ионов металлов на структуру и свойства акриловых волокон. J. Appl. Polym. Sci. 1998; 67: 1647–1659.
      CrossRef
    6. Гудхью П. Дж., Кларк А. Дж., Бейли Дж. Э. Обзор производства и свойств углеродных волокон. Mater. Sci. Англ. 1975; 17: 3–30.
      CrossRef


    Эта работа находится под международной лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

    Испытания материалов из композитов, армированных углеродным волокном пластиков (CFRP)

    Журналы и статьи

    Электромеханические свойства углеродно-наноструктурных эластомерных композитов, измеренные методом корреляции цифровых изображений

    с.Перез-Аранда, Ф. Авилес, Электромеханические свойства углеродных наноструктурированных эластомерных композитов, измеренные с помощью корреляции цифровых изображений, Композиты, часть C: открытый доступ (2021 г.), DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcomc. 2021.100161

    Чтение / загрузка

    Простой и надежный метод изготовления приводов из полидиметилсилоксанового диэлектрического эластомера с использованием порошковых электродов из углеродных нанотрубок

    Арди Вираната, Ясуюки Исии, Наоки Хосоя, Синго Маеда Адв.Англ. Матер. 2021, 2001181

    Чтение / загрузка

    Влияние качества отверстий на усталостную долговечность просверленных углепластиков с различным углом ориентации слоев

    Енигун, Б., Киликап, Э. Влияние качества отверстий на усталостную долговечность просверленных углепластиков с различным углом ориентации слоев. J Braz. Soc. Мех. Sci. Англ. 43, 20 (2021). https://doi.org/10.1007/s40430-020-02719-2

    Чтение / загрузка

    Определение характеристик повреждений GFRC в реальном времени с использованием высокоскоростной синхротронной рентгеновской фазово-контрастной визуализации

    Цзиньлин Гао, Несредин Кедир, Коди Д.Кирк, Хулио Эрнандес, Джунью Ван, Шейн Полсон, Сюэдун Чжай, Тодд Хорн, Гарам Ким, Цзян Гао, Камель Феццаа, Франческо де Карло, Павел Шевченко, Тайлер Н. Таллман, Рональд Стеркенбург, Джузеппе Р. Палмезе, Вейнонг Чен, Реал -время повреждения для GFRC с использованием высокоскоростной синхротронной рентгеновской фазово-контрастной визуализации, Composites Part B: Engineering, Volume 207,
    2021, 108565, ISSN 1359-8368, https://doi.org/10.1016/j.compositesb .2020.108565.

    Чтение / загрузка

    Повышение пластичности железобетонной балки с помощью инженерного цементного композитного материала

    M A Bastian et al, IOP Conf., 2020.Сер .: Earth Environ. Sci. 506 012044

    Чтение / загрузка

    Циклическая прочность полиэфирно-акрилатных композитов

    Владимир Ерофеев и др. IOP Conf. Сер .: Матер. Sci. Англ. 896 012110

    Чтение / загрузка

    Режим-I поведение клеевых композитных соединений при высоких скоростях нагружения

    Сурадж Равиндран, Субрамани Соккалингам, Каран Кодагали, Аддис Кидане, Майкл А.Саттон, Брайан Юстуссон, Дженна Панг, Поведение в режиме I клеевых композитных соединений при высоких скоростях нагружения, Наука и технологии композитов, Том 198, 2020, 108310

    Чтение / загрузка

    Электроосаждение композитных пленок Ag / УНТ из ванн йодного покрытия

    Susumu Arai et al., 2020 J. Electrochem. Soc. 167 122515

    Чтение / загрузка

    Прозрачные перламутровые композиты, упрочненные за счет минеральных мостиков

    Расширенные функциональные материалы
    Томмазо Магрини, Саймон Мозер, Мадлен Фелльнер, Алессандро Лауриа, Флориан Бувиль, Андре Р.Studart

    Чтение / загрузка

    Оценка механизма жесткости на основе включений микрочастиц в слоистых композитах

    Мат. Res. том 22 No 4 Сан-Карлос 2019 Epub 17 октября 2019 г.

    Чтение / загрузка

    Влияние количества волокон на механические и термические свойства АБС-композитов, армированных базальтовым волокном, обработанных (3-аминопропил) триэтоксисиланом

    Экспресс исследования материалов, том 6, номер 11

    Чтение / загрузка

    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 вашего 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.

    Характеристики сцепления армированного углеродным волокном полимерного стержня с двойной функцией армирования и катодной защиты для железобетонных конструкций

    Двойная функция армированного углеродным волокном полимерного стержня (CFRP), работающего как армирующий, и анод для катодной защиты наложенным током (ICCP) для железобетонных конструкций.Испытания ICCP с различной плотностью тока и продолжительностью поляризации сначала были проведены для бетона с высоким содержанием хлоридов. После применения ICCP были проведены тесты на вытягивание для изучения поведения связки стержней из углепластика. Результаты экспериментов показали эффективность системы ICCP нового типа с стержнем из углепластика в качестве анода для защиты от коррозии. Система ICCP непрерывно подавала электроны на стальной стержень и снижала потенциал стального стержня до области невосприимчивости.При анодной поляризации с большой плотностью тока 100 мА / м 2 граница раздела углепластик-бетон проявляла подкисление, и химическая адгезия на границе раздела значительно снизилась. Однако для случаев в эксперименте приложение ICCP оказало незначительное влияние на предел прочности связи.

    1. Введение

    Долговечность железобетонных (ЖБИ) конструкций (рис. 1 (а)) может значительно ухудшиться из-за воздействия коррозии арматуры [1–3].Чтобы преодолеть проблему коррозии, в последние десятилетия были проведены исследования по включению коррозионно-стойких материалов, таких как армированный волокном полимер (FRP), в бетонные конструкции [4, 5]. Замена традиционных стальных стержней на стержни из стеклопластика может эффективно ингибировать коррозию и повысить долговечность бетонных конструкций [6, 7]. Однако из-за низкого модуля упругости и хрупкости некоторых материалов из стеклопластика в конструкциях из FRP-бетона (FRPRC) существуют проблемы (рис. 1 (b)), такие как высокая деформируемость, отсутствие пластичности и большая ширина трещин. [8–11].Таким образом, при проектировании компонентов FRPRC, как правило, преобладают требования к предельному состоянию эксплуатационной пригодности, такие как ширина трещины и пределы деформации. Более того, характеристики связи между стержнями из стеклопластика и матрицей становятся решающими, поскольку они значительно влияют на ширину трещины и расстояние между компонентами из стеклопластика [12, 13]. Характеристики бетонных конструкций можно значительно улучшить, используя комбинацию FRP и стальной арматуры [14–18]. В балке из гибридного стеклопластика и стали, армированного сталью (гибридный FRPRC) (рис. 1 (c)), коррозионно-стойкие стержни из стеклопластика обычно размещаются в нижнем слое зоны растяжения, а коррозионно-стойкие стальные стержни размещаются в верхнем слое. зоны растяжения вдали от агрессивных агентов окружающей среды, в основном хлорид-иона.За счет оптимизации конструкции гибридные железобетонные конструкции могут отличаться большой жесткостью, высокой пластичностью и предельной несущей способностью, а также хорошей коррозионной стойкостью и долговечностью.

    Кроме того, коррозию стали в железобетонных конструкциях можно предотвратить с помощью электрохимических технологий. Метод катодной защиты наложенным током (ICCP), как показано на рисунке 2, широко используется в качестве эффективного метода предотвращения коррозии стальной арматуры [19, 20]. Путем подачи тока на стальной стержень с внешним источником питания, стальной стержень становится катодом, и его потенциал снижается, чтобы подавить миграцию электронов, вызванную коррозией.Отказ системы ICCP в основном происходит из-за износа материала анода или границы раздела между анодом и бетоном [21, 22]. Поэтому интенсивные исследования были сосредоточены на разработке анода с лучшими эксплуатационными характеристиками, такими как меньший дефицит связи и подкисление. Недавние исследования показывают, что углепластик является многообещающим анодным материалом из-за его хорошей проводимости и электрохимической стабильности. Ли-Орантес и др. [23] провели экспериментальное исследование системы катодной защиты из железобетона с анодами из углепластика, и не наблюдали явной деградации углеродных композитов и проводящих смол.Испытания ICCP RC-балок, проведенные Gadve et al. [24] продемонстрировали, что использование армированных стекловолокном в качестве анода эффективно замедляет коррозию стали, а потери связи между сталью и бетоном можно избежать, выбрав соответствующую плотность тока защиты. Более того, учитывая его превосходные механические свойства, FRP может применяться к железобетонным конструкциям с двойной функцией защиты от коррозии и структурного упрочнения, и в этом случае разрушение связи между FRP и бетоном во время процесса ICCP играет решающую роль в структурных характеристиках.Lambert et al. [25] использовали ткань из углепластика как для упрочнения предварительно коррозионно-железобетонных балок, так и для двойной функциональной способности анода ICCP. Испытания на изгиб после периода эксплуатации ICCP показали, что отслаивание FRP вызвало снижение предельной прочности RC-балок с двойными анодами CFRP на 13,5% по сравнению с соответствующими балками только с усилением CFRP. Ван Нгуен и др. [26] исследовали двойную функцию стержня из углепластика, работающего как укрепляющее устройство, устанавливаемое на поверхности (NSM), и анод ICCP, и в этой системе связь между анодом стержня из углепластика и поверхностью бетона была улучшена за счет использования комбинации геополимера и эпоксидная смола.Экспериментальные результаты показали, что высокая плотность тока не оказывает значительного влияния на соединение стержня из углепластика.


    Метод ICCP может быть применен к гибридным структурам FRPRC с использованием стержней из углепластика (CB), встроенных в структуры в качестве анода. Ожидается, что полученная конструкция (рис. 1 (d)) будет иметь отличные механические характеристики, а также коррозионную стойкость, что особенно подходит для богатых хлоридом сред, таких как прибрежные и морские зоны. Чтобы оценить осуществимость метода ICCP-CB, в этой статье были исследованы электрохимические свойства и характеристики сцепления стержневого анода из углепластика с использованием смоделированной системы ICCP.В смоделированной системе ICCP плотность и продолжительность тока варьировались для определения соответствующих параметров защиты. После этого на образцах были проведены испытания на вытягивание для изучения поведения кратковременной связи между стержнем из углепластика и бетоном в анодной области после сильноточной катодной защиты.

    2. Экспериментальная программа
    2.1. Свойства материала

    Прутки из углепластика и стальные стержни, использованные в эксперименте, имеют диаметр 12 мм, а их механические свойства показаны в таблице 1.Ребристый стержень из углепластика изображен на рисунке 3. Для обеспечения лучшей проводимости стержни из углепластика были отполированы для удаления поверхностной смолы перед электрохимическим испытанием. Для моделирования среды, богатой хлоридом, для смешивания бетона использовались морской песок (содержание Cl : 0,05%) и морская вода (содержание Cl : 2,00 × 10 4 мг / л). Природный морской песок и морская вода были получены из прибрежной зоны пристани Фуйонг, Шэньчжэнь, Китай. Подробный химический состав природной морской воды приведен в таблице 2.В качестве цемента использовался обычный портландцемент (P.O 42,5 R), а для крупного заполнителя — гравий диаметром от 12 до 20 мм. Пропорция бетона по весу составляла 1: 0,49: 1,58: 2,81 (цемент: вода: песок: гравий). Прочность бетона на сжатие через 28 дней и до испытаний на растяжение составляла 42,4 МПа и 54,2 МПа соответственно, которые были определены на кубических образцах с длиной стороны 100 мм.


    Тип стержня Диаметр (мм) Начальная жесткость (ГПа) Деформация текучести (%) Предел текучести (МПа) Предельная деформация (%) Предельное напряжение (МПа)

    CFRP 12 125 788
    Сталь 12 201.37 0,23 433,21 0,48 582,52


    6

    Na + 9004 900 Ca7 900 Mg F Cl Br

    395.0 422,5 1,24 × 10 4 1,00 × 10 3 5,14 2,00 × 10 4 48,55 1,82 × 10 3 7,54
    2.2. Дизайн образцов

    Всего для теста ICCP и теста на извлечение было подготовлено 15 образцов, которые были разделены на пять групп в соответствии с различными экспериментальными переменными, и в каждой группе было по три идентичных образца.Форма образца показана на рисунке 4. Образцы были разработаны в соответствии с китайским стандартом GB 50152-92 [27], и размеры образцов были немного скорректированы, чтобы соответствовать существующим формам в лаборатории. Бетонная матрица каждого образца имела форму куба длиной 100 мм. Брусок из углепластика длиной 450 мм был уложен через осевую линию образца. Штанга из углепластика была выдвинута от левой поверхности образца на 300 мм, чтобы облегчить приложение нагрузки и установку экстензометров при испытании на вытягивание.Между тем, стержень из углепластика толщиной 50 мм был выдвинут за правую поверхность цилиндра для соединения анода при испытании ICCP и установки экстензометров при испытании на вытягивание. В 100-миллиметровом среднем сечении площадь склеивания была спроектирована как 48 мм, а левая 52-миллиметровая часть была настроена так, чтобы не связывать участки, где для отделения бетона от стержня из углепластика использовалась тефлоновая лента. Зона отсутствия сцепления была спроектирована в первую очередь, чтобы избежать локального разрушения концов в результате концентрации напряжений. Стальной стержень длиной 98 мм был расположен прямо над стержнем из углепластика с расстоянием между центрами 25 мм.Стальной стержень был залит в бетон длиной 48 мм, а удлиненная секция 50 мм предназначалась для подключения катода в системе ICCP.


    Экспериментальные переменные в тесте ICCP включают плотность тока и продолжительность поляризации. Согласно NACE SP0290-2007 [28], плотности тока 5, 20, 50 и 100 мА / м 2 были применены к образцам в 4 группах, соответственно, в то время как другая группа была установлена ​​в качестве контрольной группы и не использовалась. пройти тест ICCP.В каждой группе по два образца испытывали на продолжительность поляризации 4 месяца, а другой — на продолжительность поляризации 6 месяцев. Подробные экспериментальные параметры образцов приведены в таблице 3. Идентификация образца определяется как продолжительность поляризации по плотности I-тока. Например, образец с названием I-5-4M означает, что плотность тока и продолжительность поляризации в тесте ICCP составляют 5 мА / м 2 и 4 месяца соответственно. Кроме того, «R» обозначает реплики образцов, а «RF» обозначает образцы из контрольной группы.

    900 39120

    No образца. Плотность тока (мА / м 2 ) Продолжительность поляризации (сутки)

    I-0-RF-1 0 0
    I-0-RF -2 0 0
    I-0-RF-3 0 0
    I-5-4M 5 120
    I-5-4M- R 5 120
    I-5-6M 5 180
    I-20-4M 20 120
    I-20-4M-R 20 120
    I-20-6M 20 180
    I-50-4M 50120
    I-50-4M-R 50 120
    I-50-6M 50 180
    I-100-4M 100
    I-100-4M-R 100120
    I-100-6M 100 180

    2.3. Тест ICCP

    Тесты ICCP начались после того, как образцы были выдержаны в лабораторных условиях в течение 60 дней. Перед применением ICCP и стальной стержень, и стержень из углепластика, выступающие за пределы кубической формы бетона, были отполированы, чтобы обеспечить хорошую проводимость на соединении катода и анода. Схематический вид и реальное изображение испытательной системы ICCP показаны на рисунке 5. Во время испытания ICCP потенциал стального стержня измерялся электродами сравнения Ag / AgCl и цифровым вольтметром (DVM).Были зарегистрированы три вида потенциала: потенциал включения, мгновенный потенциал и потенциал деполяризации, измеренный через 4 часа после приостановки системы катодной защиты. Согласно стандарту ASTM C876 соотношение между потенциалом коррозии арматуры и вероятностью коррозии выглядит следующим образом: для потенциалов (эталонный электрод: Ag / AgCl), превышающих -119 мВ, вероятность отсутствия коррозии стали больше, чем 90%; Для потенциалов (эталонный электрод: Ag / AgCl) меньше -269 мВ вероятность возникновения коррозии стали больше 90%; для потенциалов, попадающих в эти пределы, коррозионная активность арматурной стали является неопределенной.Кроме того, после того, как система ICCP прослужит в течение 120 дней, было измерено сопротивление линейной поляризации стального стержня и соответствующая плотность тока коррозии была получена с помощью соотношения Штерна-Гири [29] для оценки коррозионного состояния стального стержня.

    2.4. Испытание на одноосное вытягивание

    После операции ICCP на образцах были проведены испытания на вытягивание для изучения характеристик сцепления стержней из углепластика после гальваностатической анодной поляризации. Учитывая низкую прочность на сдвиг стержней из углепластика, алюминиевая втулка длиной 80 мм была приклеена за пределами нагружающего конца стержня, чтобы предотвратить ее повреждение зажимным патроном испытательной машины, как показано на рисунке 6.

    Схема испытаний на вытяжку показана на рисунке 7. Схема испытаний на вытягивание соответствует китайскому стандарту GB 50152-92 [27]. Испытания проводились на сервогидравлической испытательной машине мощностью 300 кН. Экстензометры были установлены на загрузочном конце и свободном конце образца для измерения выскальзования, а датчик нагрузки, прикрепленный в нижней части противодействующей рамы, регистрировал вытягивающую силу. Образцы испытывали в режиме управления перемещением со скоростью нагружения 0.05 мм / мин. Для сбора тестовых данных использовалась система сбора данных с частотой дискретизации 5 Гц. Среднее напряжение связи τ определяется как где F — приложенная нагрузка, а d и l b — диаметр арматурного стержня и длина связки, соответственно.


    Кроме того, после испытания на вырывание раствор фенолфталеина был распылен на склеенную область разделенной бетонной матрицы для исследования условий подкисления границы раздела стержень из углепластика и бетона.

    3. Результаты тестирования и обсуждение
    3.1. Тест ICCP

    Во время теста ICCP отслеживали потенциал деполяризации стального стержня, так как образцы отверждались в течение 28 дней до начала теста на вытягивание. Измеренный потенциал, как показано на рисунке 8, можно использовать в качестве показателя для мониторинга коррозии арматуры. На основании критерия оценки, описанного в разделе 2.3, на стадии естественной коррозии между 28 и 70 днями отверждения потенциалы коррозии всех образцов составляли от -269 мВ до -119 мВ, что указывает на неопределенную вероятность коррозии стали.После начала испытания ICCP все образцы с применением ICCP имели потенциалы коррозии более положительные, чем -119 мВ, что указывает на появление пассивации стали и вероятность коррозии менее 10%. Однако для образцов из контрольной группы без применения ICCP потенциалы коррозии продолжали снижаться и были ниже -269 мВ после 98 дней отверждения, что означает, что вероятность коррозии превышает 90%. Результаты мониторинга показали эффективность метода ICCP: процесс коррозии арматурной стали с защитой ICCP был замедлен, в то время как коррозия стали продолжала развиваться для образцов без защиты ICCP.Измеренные в ходе испытания ICCP предыстории включения образцов показаны на рисунке 9. После применения ICCP, открытые потенциалы при различных плотностях тока стабилизировались в определенном диапазоне, и кривые слегка падали с увеличением времени. По мере увеличения плотности тока открытый потенциал становился все более отрицательным.



    Измеренное сопротивление линейной поляризации и соответствующая плотность тока коррозии стального стержня за 120 дней применения ICCP приведены в таблице 4.Результаты измерений поляризационного сопротивления показывают, что образцы без защиты ICCP находились на стадии коррозии с высокой вероятностью, в то время как образцы с защитой ICCP находились на стадии коррозии с низкой вероятностью. Результаты измерения сопротивления линейной поляризации дополнительно демонстрируют осуществимость и эффективность системы защиты ICCP с стержнем из углепластика в качестве анода.


    № образца ICCP Плотность тока (мА / м 2 ) Сопротивление линейной поляризации (кОм) Плотность тока коррозии ( μ A / см 2 ) Стадия коррозии

    I-0-RF 0 0,367 1,28 Высокая
    I-5-4M 5 3,409 0,13 Низкая
    I-20-4M 20 0.963 0,48 Низкий
    I-50-4M 50 3.884 0,12 Низкий
    I-100-4M 100 3,279 0,14 Низкий

    3.2. Тест на вытягивание
    3.2.1. Тип разрушения

    Общий вид разрушения всех образцов заключался в разделении разрушения, как показано на Рисунке 10. Во время процесса вытягивания радикальные трещины сначала появлялись на свободном конце образца, а затем распространялись к боковым поверхностям, в конечном итоге раскалывая бетон. матрица на две или три части.Вмятины, вызванные ребрами стержня из углепластика, четко наблюдались на бетонной матрице. Возникновение разрушения при раскалывании вызвано большой высотой ребра стержня из углепластика и относительно небольшой толщиной бетонного покрытия. Во время процесса вытягивания наклонные ребра стержня из углепластика создавали высокое радикальное растягивающее напряжение на бетонной матрице, которое превышало предел прочности бетона на растяжение, что приводило к радикальным трещинам и, в конечном итоге, к расколу матрицы.

    Виды местного разрушения границы раздела стержень из углепластика и бетона показаны на рисунках 11 и 12.Для образцов с различной плотностью тока ICCP наблюдались различные образцы отказов на границе стержня углепластика и бетона. Для образцов I-0-RF углубления на ребрах имели близкий цвет с окружающим бетоном, а текстуры, созданные поверхностью стержня из углепластика, четко наблюдались на границе раздела бетона. Желтая смола, приставшая к поверхности стержня из углепластика, может наблюдаться в некоторых углублениях, что совпадает с местным характером разрушения стержня из углепластика: ребра стержня из углепластика, очевидно, были поцарапаны бетонной матрицей.Образцы I-5-4M имели аналогичную картину местного разрушения с образцами I-0-RF, за исключением того, что поверхность стержня из углепластика подвергалась более сильному царапанию. На образцах И-20-4М цвет выемок выступов на бетоне изменился на коричневый. Образцы из групп I-50-4M и I-100-4M имели более глубокий цвет выемки ребер, и на поверхности бруска углепластика наблюдались вещества светло-желтого цвета, что должно быть химическими реакциями смол в бруске углепластика. при гальваностатической анодной поляризации.Волокна углепластика на поверхности арматурного стержня в некоторой степени отслаивались и прилипали к углублениям на ребрах бетонной матрицы. Как правило, с увеличением плотности тока ICCP химическая реакция ускоряется, и разрушение границы раздела углепластик-бетон, вызванное анодной поляризацией, становится более выраженным. Основываясь на экспериментальных наблюдениях, можно сделать вывод, что применение ICCP с плотностью тока 5 мА / м 2 не вызвало заметных изменений на границе раздела углепластик-бетон, а при 20 мА / м 2 имело небольшое влияние на интерфейс.Однако приложения ICCP с плотностями тока 50 мА / м 2 и 100 мА / м 2 значительно ухудшили границу раздела углепластиковый стержень-бетон.



    3.2.2. Обнаружение подкисления границы раздела углепластика и бетона

    На рис. 13 показаны реальные изображения склеенных участков до и после распыления раствора фенолфталеина. Для образцов с плотностями тока ICCP 0 и 5 мА / м 2 склеенная область выглядела красным цветом, что указывает на отсутствие подкисления на границе раздела углепластик-бетон.Для образцов с плотностями тока ICCP 20, 50 и 100 мА / м 2 углубленные области вдавлений арматурных стержней оказались красными, в то время как цвет не изменился в выступах углублений арматурных стержней, что указывает на то, что поверхность раздела фаз не изменилась. в этом районе был закислен. Подкисление поверхности раздела в основном происходит из-за реакций выделения кислорода и хлора под действием электрического поля, как показано в уравнениях (2) и (3). Образовавшийся Cl 2 далее реагирует с H 2 O с образованием HClO и HCl, как показано в уравнении (4).Ионы водорода, образующиеся в результате этих реакций, растворяются в жидкости пор на границе раздела, что приводит к подкислению поверхности раздела:

    3.2.3. Кривые сцепления-проскальзывания

    Измеренные кривые сцепления-проскальзывания показаны на рисунке 14. Характерные значения кривых сцепления-проскальзывания приведены в таблице 5, где τ max обозначает максимальное напряжение сцепления, а с fmax обозначает проскальзывание на свободном конце, соответствующее τ max .Таблица 5 показывает, что существует очевидный разброс результатов испытаний образцов в одной группе, который в основном вызван отклонением прочности бетона на разрыв. Следовательно, среднее значение τ max принято в качестве показателя для оценки влияния параметров теста ICCP на характеристики сцепления. Из таблицы 5 видно, что увеличение плотности тока ICCP приводит к небольшому уменьшению среднего значения τ max , в то время как продолжительность поляризации не показала очевидного влияния в среднем τ max из-за относительно короткой продолжительности всех тестов ICCP.


    No экз. τ макс (МПа) Среднее значение τ макс (МПа) с fmax (мм)

    I-0-RF-1 19,03 18,96 0,68
    I-0-RF-2 17,13 0,33
    I-0-RF-3 20.73 0,74
    I-5-4M 21,98 20,33 0,71
    I-5-4M-R 18,68 0,32
    I-5-6M 20,67 20,67 0,35
    I-20-4M 18,32 19,53 0,65
    I-20-4M-R 20,73 0,88
    I-20- 6М а
    И-50-4М 17.96 18,9 0,44
    I-50-4M-R 19,84 0,44
    I-50-6M 19,55 19,55 0,68
    I-100- 4M 19,19 18,68 0,75
    I-100-4M-R 18,17 0,49
    I-100-6M 17,48 17,48 0,39

    a Данные не измерены.

    На Рис. 15 сравниваются кривые торцевого скольжения без напряжений в связке при различных плотностях тока ICCP. Для образца с большой плотностью тока ICCP 100 мА / м 2 проскальзывание свободного конца появилось в начале нагрузки. Однако для других образцов свободный конец начал проскальзывать при напряжении связи около 5 МПа. Это явление указывает на то, что большая плотность тока ICCP может изменить механизмы связи между стержнем из стеклопластика и бетоном.


    3.2.4. Анализ механизмов связи между стержнем из углепластика и бетоном после анодной поляризации

    Напряжение связи между ребристым стержнем и бетоном складывается из следующих частей: (1) химическая адгезия; (2) сцепление ребер с бетоном; (3) трение на границе раздела, вызванное ограничением по окружности бетонного цилиндра [30]. Для образцов без защиты ICCP процесс сдвига трех механизмов связывания на разных этапах кривой сцепления-проскальзывания схематично показан на рисунке 16.На начальной стадии процесса вытягивания (стадия O-A на рисунке 14 (e)) химическая адгезия играет важную роль. На этом этапе не было проскальзывания на свободном конце, а проскальзывание в нагруженном конце было связано с упругой деформацией бетонной матрицы, что привело к эластичному поведению связи с большой жесткостью на кривой сцепления-проскальзывания. По мере того, как нагрузка продолжала увеличиваться, химическая адгезия на границе раздела была нарушена, и связь постепенно регулировалась за счет блокировки ребер арматурного стержня и бетонной матрицы и межфазного трения.На этом этапе бетон расширился в радиальном направлении и растрескался под выдавливанием наклонных ребер, а внешний слой смолы был поцарапан твердой бетонной матрицей. Этот нелинейный прогресс повреждения привел к нелинейному сегменту с уменьшающимся наклоном кривой сцепления-проскальзывания (этап A-B на рисунке 14 (e)). При пиковой нагрузке (точка B) радикальные трещины распространяются через бетонное покрытие, разделяя матричный цилиндр на несколько частей и вызывая внезапное падение напряжения сцепления.


    Однако для образцов с применением ICCP с большой плотностью тока граница раздела углепластиковый стержень-бетон претерпела сильную анодную поляризацию, которая изменила поведение сцепления.Рисунок 14 (d) показывает, что стадия O-A отсутствовала на кривой сцепления-проскальзывания, и свободный конец стержня из углепластика соскользнул в начале нагрузки. Учитывая, что стадия O-A в основном определяется силой химической адгезии, разумно сделать вывод, что анодная поляризация теста ICCP ухудшила границу раздела цемента и нарушила химическую адгезию между стержнем из углепластика и бетоном. Таким образом, в испытании на вырыв кривая сцепления-проскальзывания вступила в стадию A-B, которая напрямую контролировалась блокирующим действием и трением на границе раздела фаз, и следующее поведение сцепления было аналогично образцам без применения ICCP.

    4. Заключение

    В этой статье метод ICCP был применен к гибридным конструкциям из углепластика и стали, железобетонным с стержнем из углепластика в качестве анодного материала и арматуры. Чтобы оценить эффективность системы ICCP в отношении защиты от коррозии, потенциал стального стержня контролировали во время испытания ICCP, а сопротивление линейной поляризации стального стержня измеряли после того, как система ICCP работала в течение 120 дней. После применения ICCP были проведены испытания на вытягивание для изучения характеристик сцепления границы раздела углепластик-стержень-бетон при анодной поляризации.На основании экспериментальных наблюдений и анализа можно сделать следующие выводы: (1) метод ICCP-CB может эффективно предотвратить коррозию стального стержня для гибридной бетонной конструкции из углепластика и стали. Система ICCP непрерывно подавала электроны на стальной стержень и снижала потенциал стального стержня до области невосприимчивости. Измеренное сопротивление линейной поляризации стального стержня также показало, что скорость коррозии стального стержня под защитой ICCP-CB была значительно ниже, чем скорость коррозии без защиты ICCP-CB.(2) Граница раздела углепластик-стержень-бетон проявляла подкисление при анодной поляризации, и уровень подкисления увеличивался по мере увеличения плотности тока ICCP. Кроме того, подкисление на границе раздела сосредоточено в приподнятых областях вмятин арматуры. (3) Напряжение связи между стержнем из углепластика и бетоном в основном обусловлено химической адгезией, трением на границе раздела и взаимодействием между ребрами стержня арматуры и бетонной матрицей. Измеренные кривые сцепления-проскальзывания показывают, что система ICCP с большой плотностью тока 100 мА / м 2 значительно снизила химическую адгезию, что привело к более раннему проскальзыванию свободного конца стержня из углепластика.(4) Планка CFRP в системе ICCP-CB имеет надежные краткосрочные облигации. Увеличение плотности тока ICCP приводило к небольшому снижению прочности связи, в то время как продолжительность поляризации оказывала незначительное влияние на прочность связи.

    Доступность данных

    Все данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    LEAVE A REPLY

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *