Бетон композитный: рецепт, как сделать своими руками

Материал свой древние римляне называли греческим словом «emplekton» или латинским «rudus», вяжущее – «оpus caementum». Французский термин «бетон» появился лишь в 18 столетии.

» Что такое геополимерный бетон и как его приготовить своими руками

Требования современного строительства заставляют производителей экспериментировать с разными видами материалов. Одним из них стал геополимерный бетон – высокотехнологичное вещество с уникальными монтажными свойствами.

Предлагаем ознакомиться с характеристиками бетона такого типа, сферой их применения, точной дозировкой состава, а также методами изготовления в домашних условиях.

Сравнительные характеристики

Геополимерный бетон, изготовленный согласно технологии, лучше сопротивляется воздействию кислот и химических реагентов, чем его традиционные аналоги. Время застывания тоже берется в расчет. Если у классического цемента срок твердения составляет более месяца, то композитные смеси обретут максимальную устойчивость уже через неделю. Срок проведения начальных отделочных работ таким образом снизится до двух дней после заливки.

Геополимеры, применяемые в монтаже, также обладают большим уровнем сцепления с несущими поверхностями даже при сравнении с портландцементом. Если сделать стяжку с соблюдением норм строительства, бетон будет хорошо сопротивляться изгибу и растяжению, снижая расходы на повторную отделку.

Преимущества

Решая проблемы утилизации строительных отходов, ведущие изготовители стройматериалов стали выпускать продукцию на основе природных компонентов. Эксплуатационные качества полученного вещества составили конкуренцию традиционным смесям на основе портландцемента. Из списка преимуществ, которыми обладает геополимерный бетон, стоит выделить:

• низкую степень усадки, позволяющую начать отделку поверхности сразу после высыхания;
• высокую прочность сжатия, дающую возможность строительства крупных многосекционных зданий;
• малое количество парниковых газов, выделяемое готовым материалом;
• стойкость к перепадам температур окружающей среды и экстремальным атмосферным показателям;
• низкую паропроницаемость, сравнимую с параметрами натурального камня;
• простоту обработки, позволяющую вести резку своими руками с помощью алмазного круга.

Инструменты для бетонных работ

Агрессивные вещества, входящие в состав бетонного раствора, могут повредить кожу, потому во время приготовления ее надо защитить спецодеждой. На лицо при этом надевается респиратор, а на глаза – специальные защитные очки. Геополимерный бетон при изготовлении будет выделять тепло, потому для соединения отдельных химических реактивов понадобится емкость из укрепленного стекла. Размешивание бетонной смеси ведется с помощью деревянной лопатки, что не будет вступать в реакцию со щелочами.

Чтобы сделать геополимеры со свойствами, подходящими для строительства, понадобится подобрать правильные пропорции каждого действующего вещества. В этом помогут высокоточные электронные весы.

Для приготовления малых порций можно воспользоваться простыми кухонными весами. Процесс отливки отдельных блоков также потребует специальной формы. Для ускорения застывания подойдет деревянная опалубка с электродами, протянутыми в ней.

Компоненты

В состав композитного бетона входят натуральные ингредиенты: жидкое стекло, зольная пыль, отходы металлургического производства, связующие и закрепляющие вещества. Для приготовления одного литра бетонной смеси понадобится 150 г гидроксида калия, 60% жидкое стекло в количестве 200 г, 550 г золы, измельченной до состояния порошка, а также 100 г чистой воды без примесей.

Гидроксид калия

Одной из главных составляющих геополимерной строительной смеси являются мелкие бесцветные кристаллы, хорошо впитывающие в себя воду и тающие под воздействием кислорода. Нормы безопасности рекомендуют хранить КОН в запечатанной упаковке, защищенной от попадания жидкости, и вскрывать ее только перед началом замешивания.

Это агрессивный материал, вызывающий ожоги кожи и слизистых оболочек, и потому все работы с ним нужно вести в очках и перчатках, а лучше в полном комплекте спецодежды.

Жидкое стекло

Производные силикатного клея добавляются в геополимерный бетон, чтобы повысить степень его водозащиты. В исходной форме они представляют собой смесь щелочного калия и метакремниевой кислоты, продающуюся в хозяйственных магазинах в виде мелкого порошка.

При контакте таких реактивов с водой образуется вещество с высокой клеящей способностью, выдерживающее нагрев до 1200 градусов, многократное замерзание и таяние.

Летучая зола

Для приготовления строительного раствора понадобится заданное количество продуктов сгорания твердого топлива, измельченных в порошок для достижения большей однородности. Специалисты рассчитали, что если сделать геополимерный бетон с содержанием золы в три четверти от общего объема компонентов, покрытая им конструкция будет намного лучше сопротивляться старению.

Изготовление

Все сыпучие вещества, входящие в состав геополимера, нужно смешать в отдельной емкости из укрепленного стекла, после чего аккуратно влить в них воду, охлажденную до комнатной температуры. Во избежание неравномерного твердения, раствор помешивается деревянной лопаткой, пока не станет полностью однородным.

Признаком происходящей реакции станет нагрев смеси, сопровождающийся выделением пузырьков углекислого газа. Если подвергнуть состав дополнительной тепловой обработке, нагрев его до 80 градусов, он отвердеет уже за сутки. Застывание в стандартных условиях растянет этот срок на неделю, но химические процессы, проходящие внутри бетона, сделают из него прочную монолитную конструкцию, хорошо подходящую для строительства.

Секреты опытных строителей

Хороший бетон для ремонтных работ можно сделать, добавив к стандартной основе водорастворимые смолы и поливиниловый спирт. Органичные полимерные добавки, входящие в состав раствора, не должны превышать пятой части его общей массы. Отвердителем для данной рецептуры выступят производные полиэтилен-полиамина, работа с которыми полностью соответствует приготовлению бетона с традиционным составом.

В бетономешалку или любую подходящую емкость заливается подготовленный цемент, смешанный с водой, засыпаются порошковые полимеры, и тщательно перемешиваются до образования тестообразной массы.

Обеспечить быстрое схватывание готовой смеси можно путем ее заливки в опалубку с электродами размером в 1 м3. Бетон отстаивается в ней около часа, и все это время автономный генератор энергии будет пропускать сквозь него ток. Когда блок полностью затвердеет, его извлекают из опалубки, очищают форму от остатков раствора и заливают следующую порцию.

Бюджетным вариантом для владельца недвижимости станет изготовление геобетона своими руками. Разнообразие веществ, входящих в его состав, позволит выбрать материал с заданными свойствами и параметрами, оптимальными для данного региона строительства. Чаще всего к цементу добавляется глина, известь или гипс. Замедлить твердение последнего поможет водный клеевой раствор, производные щелочи или гашеная известь. Один процент активного вещества, внесенный в строительную смесь, увеличит сроки схватывания на 40-60 минут.

состав, сфера применения, рецепт, технология изготовления

Дата: 13 марта 2017

Просмотров: 3757

Коментариев: 0

Благодаря внедрению современных строительных технологий появляются новые материалы, имеющие уникальные свойства и эксплуатационные характеристики. В процессе изысканий перед строителями ставится задача создания надежных материалов, характеризующихся экологической чистотой. Геополимерный бетон – именно такой строительный материал. Его основа – ингредиенты природного происхождения, об этом говорит приставка “гео”.

Секрет геополимерного материала имеет древнюю историю, берущую корни много столетий назад. В наше время специалисты усовершенствовали рецептуру и разработали технологию, позволившую создать безвредный для окружающих материал, который по ряду параметров может конкурировать с традиционным бетоном.

Инновационная бетонная смесь не является чем-то новым – она уже была известна человеку еще в древности: при строительстве пирамид в Египте использовался подобный стройматериал

Изготовление экологически чистого состава производится промышленным путем, но зная рецептуру и соблюдая технологию, геополимерный бетон своими руками изготовить достаточно просто. Рассмотрим детально, что такое полибетон, уточним состав, изучим свойства материала и рецептуру.

Состав

Полибетон характеризуется низкой, по сравнению с традиционным бетоном, ценой, связанной с применением недорогих и доступных компонентов:

• мелкодисперсной золы – продукта, вырабатывающегося при работе отопительных пунктов и производственных предприятий. Она применяется в качестве связующего вещества;
• модификатора, обеспечивающего твердение полимерного массива;
• кальциевого гидроксида, силиката, или жидкого стекла, используемых для обеспечения рабочих свойств массива;
• шлаков, являющихся отходами ряда предприятий металлургической сферы.
• воды, применяемой при смешивании ингредиентов.

Одно из самых важных свойств инновационной бетонной смеси – набор максимальной прочности за короткое время: чтобы полностью затвердеть, ей нужна всего неделя

Базовый состав остается неизменным, однако строители постоянно занимаются улучшением рецептуры, введением новых компонентов, улучшающих эксплуатационные характеристики геополимерного бетона. Не представляет сложности приобрести требуемые компоненты, что позволит легко сделать геополимерный бетон своими руками.

Особенности и сфера использования

Структура полимерного бетона близка к природному камню, что позволяет применять полимерный композит в строительной отрасли, а также использовать полимерный раствор для отливки изделий декоративного назначения. Высокие прочностные характеристики позволяют использовать полибетон для архитектурных целей.

Полимерный композит устойчив к воздействию коррозионных процессов, сохраняет целостность под воздействием природных факторов, не склонен к появлению трещин, не разрушается под воздействием агрессивных жидкостей. Указанные особенности материала значительно расширяют сферу использования.

Материал позволяет возводить высотные здания, применяется в специальных строительных конструкциях. Благодаря натуральности применяемых ингредиентов, внутри помещения создается благоприятный микроклимат. Особенности структуры позволяют при выполнении строительных работ в два-три раза уменьшать толщину возводимых стен с сохранением комфортной температуры помещения.

Как утверждают специалисты, геополимерный бетон – продукт с большим будущим: в отличие от портландцемента его используют при изготовлении облегченных конструкций

Устойчивость к возгоранию обеспечивает возможность строительства жилых зданий и помещений производственного назначения. Повышенная пластичность, ускоренное твердение полимербетона позволяют изготавливать скульптуры, барельефы, а также архитектурные памятники.

Достоинства

Геополимерный композит обладает множеством преимуществ по сравнению с традиционными материалами, благодаря уникальной рецептуре. Материал обладает следующими положительными характеристиками:

• Сохранением габаритов изделий, контактирующих с раствором, при выполнении строительных работ.
• Незначительной усадкой, обеспечивающей сокращение строительного цикла за счёт выполнения отделки сразу после возведения стен.
• Повышенной устойчивостью к воздействию сжимающих усилий, что позволяет возводить объекты увеличенной этажности.
• Стойкостью к воздействию колебаний температуры с сохранением целостности при глубоком замораживания и многократном оттаивании.
• Уменьшенной концентрацией выделяемых парниковых газов.

  Если сравнивать структуру нового стройматериала, то она напоминает таковую натурального камня, благодаря чему имеет более высокие свойства, чем обычный раствор

• Устойчивостью при контакте с агрессивными жидкостями и химическими веществами.
• Пожарной безопасностью, позволяющей полимербетону сохранять целостность и структуру при температуре более 900 градусов.
• Пониженным коэффициентом паропроницаемости, который аналогичен натуральному камню.
• Возможностью резки и обработки с использованием ручного механизированного инструмента, оснащенного алмазным рабочим органом.
• Высокой экологичностью, безопасностью для окружающих, связанной с отсутствием в составе токсических веществ.
• Применение в процессе производства промышленных отходов, что положительно влияет на экологическую ситуацию региона.
• Ускоренным твердением состава, срок высыхания которого в 2 раза меньше, чем у традиционного бетона.
• Доступной ценой, позволяющей заказчикам со средним доходом приобретать материал, и осуществлять строительство с применением геополимерного бетона.
• Возможностью изготовить геополимерный бетон своими руками с применением доступных ингредиентов.
• Устойчивостью к воздействию коррозионных процессов, постепенно разрушающих обычный железобетон.

  Если имеются все необходимые составляющие и инструменты, можно и самому приготовить геополимерный бетон

• Улучшенными теплосберегающими свойствами, позволяющими обеспечить комфортный температурный режим помещения.
• Небольшой плотностью, облегчающей транспортировку материала и выполнение работ, связанных с кладкой.

Комплекс положительных характеристик значительно отличает полибетон от стандартного бетонного раствора.

Рецептура

Рецептура полибетона постоянно улучшается специалистами в области строительства. Отсутствует стандартная пропорция, зависящая от особенности применяемых компонентов и назначения материала. Однако имеются проверенные рецепты, позволяющие подготовить геополимерный бетон своими руками.

Применяемые в бытовых условиях ингредиенты не отличаются от промышленных. Они берутся в ограниченных объемах, необходимых для выполнения определённой задачи. Рассмотрим базовую рецептуру, позволяющую приготовить 20 килограмм полибетона.

Домашние мастера, которые решили сделать геополимерный бетон своими руками, интересуются в первую очередь точным составом смеси

Для приготовления смеси потребуется (в килограммах):

• зола – 6,6;
• жидкое стекло – 4,0;
• гидроксид калия – 1,8;
• шлак – 6,6;
• вода – 11.

Указанный рецепт проверен домашними умельцами и положительно зарекомендовал себя для бытовых целей.

Что необходимо для работы?

Желая приготовить геополимерный бетон своими руками, подготовьте следующее инструменты, защитные средства и емкости:

• Тару, предназначенную для подготовки смеси, выделяющей тепло в процессе приготовления.
• Электрическую дрель, оснащенную специальной насадкой для перемешивания, или шуруповерт.
• Весы, позволяющие осуществить взвешивание ингредиентов в необходимых объемах.
• Лопатку из древесины, позволяющую смешивать компоненты.
• Емкость, необходимую для формования полибетона, соответствующую размерам и конфигурации отливаемого изделия.
• Средства индивидуальной защиты, позволяющие предохранить слизистую оболочку и кожный покров от щелочной среды.

Чтобы изготовить детали нужного размера и формы, можно использовать те же опалубки, что и для обычного портландцемента

Технологические рекомендации

В целом, процесс подготовки в бытовых условиях полибетона заключается в тщательном смешивании компонентов до однородной консистенции. Производя изготовление геополимерного бетона, соблюдайте следующие рекомендации:

• эффективно смешивайте составляющие, исключая образования в виде крупных включений;
• готовьтесь смесь небольшими порциями, исключительно, перед использованием в объеме, необходимом для непосредственного применения. Это вызвано наличием в составе жидкого стекла, вызывающего ускоренное твердения смеси;
• выполняйте работы в сухом, прохладном и проветриваемом помещении;
• снижайте концентрацию жидкого стекла, если состав должен некоторое время храниться;
• применяйте средства индивидуальной защиты, необходимые для работы с агрессивным калиевым гидроксидом;
• обеспечьте надежную вентиляцию помещения при смешивании ингредиентов. Она необходима для удаления углекислого газа, который выделяется в результате реакции при подготовке смеси.

Выполнение технологических требований позволит обеспечить высокие эксплуатационные характеристики геополимерного бетона.

Подводим итоги

В материале статьи представлены рекомендации и рецептура, позволяющие изготовить геополимерный бетон своими руками. Освоив технологию и экспериментальным методом определив количество вводимых компонентов, можно самостоятельно освоить процесс производства. Он достаточно кропотливый, но если запастись терпением – все получится!

На сайте: Автор и редактор статей на сайте pobetony.ru
Образование и опыт работы: Высшее техническое образование. Опыт работы на различных производствах и стройках – 12 лет, из них 8 лет – за рубежом.
Другие умения и навыки: Имеет 4-ю группу допуска по электробезопасности. Выполнение расчетов с использованием больших массивов данных.
Текущая занятость: Последние 4 года выступает в роли независимого консультанта в ряде строительных компаний.

Последние статьи о цементе и бетонных композитах

Недавно опубликованные статьи из Цемент и бетонные композиты.

Композитные материалы — Бетон

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ УКАЗАНИЯ СТРАНИЦЫ

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — БЕТОН

В. Райан 2010

КОМПОЗИТЫ И БЕТОН | CompositesWorld

Недорогой и универсальный бетон — просто лучший строительный материал для многих областей применения.Вопрос в том, как заставить бетон выдерживать нагрузки окружающей среды и конструкции для долгосрочной эксплуатации. Настоящий композитный бетон обычно состоит из гравия и песка — заполнителя — связанных вместе в матрице мелкодисперсного портландцемента с металлической арматурой, обычно включаемой для прочности. Он превосходно работает при сжатии, но имеет тенденцию быть хрупким и несколько слабым при растяжении. Напряжение растяжения, а также пластическая усадка во время отверждения приводят к трещинам, которые вызывают проникновение влаги, что в конечном итоге приводит к коррозии заделанного металла и, в конечном итоге, к потере целостности по мере разрушения металла.

Армированные волокном полимерные композиты (FRP) долгое время рассматривались как материал, позволяющий улучшить характеристики бетона. Американский институт бетона (ACI) и другие группы, такие как Японское общество инженеров-строителей, сыграли важную роль в разработке спецификаций и методов испытаний композитных армирующих материалов, многие из которых сегодня признаны и хорошо зарекомендовали себя в бетонном строительстве. «В дополнение к руководящим документам по проектированию у нас теперь есть методы испытаний», — говорит Джон Бузел, председатель комитета 440 ACI, созданного в 1990 году для предоставления инженерам и дизайнерам информации и рекомендаций по композитным материалам.Методы испытаний описаны в ACI 440.3R-04. (Это и другие важные опубликованные документы, связанные с композитной арматурой бетона можно найти в сопроводительной боковой панели, «Железобетонный Design Guides») «Мы также упорно работаем над пересмотром наших 1996 внедренного докладе, информировать конкретных практиков о многих новых приложениях и возможностях развивающихся рынков », — говорит Бусел.

Композитная арматура и арматурные сетки продолжают находить применение во многих областях.Совсем недавно были разработаны продукты, и их применение начинает расти для бетона, армированного фиброй, — материала, в котором стальные или полимерные волокна используются в качестве армирования тротуаров, плит перекрытий и сборных железобетонных изделий.

КОМПОЗИТНЫЙ РЕЗЕРВУАР: УСТАНОВЛЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

За последние 15 лет композитная арматура прошла путь от экспериментального прототипа до эффективной замены стали во многих проектах, особенно в условиях роста цен на сталь.«Стекловолоконная арматура широко используется, и это очень конкурентный рынок», — говорит Дуг Гремель, директор по неметаллической арматуре компании Hughes Bros. (Сьюард, Небраска), известного производителя арматурных изделий. «Уровень знаний отрасли о материалах намного лучше, чем 10 лет назад».

Для некоторых строительных проектов, таких как оборудование для магнитно-резонансной томографии (МРТ) в больницах или подходы к пунктам взимания платы за проезд, в которых используется технология радиочастотной идентификации (RFID) для идентификации клиентов с предоплатой, композитная арматура является единственным выбором.Стальную арматуру использовать нельзя, потому что она мешает электромагнитным сигналам. В дополнение к электромагнитной прозрачности композитная арматура также обеспечивает исключительную коррозионную стойкость, легкий вес — примерно одну четверть веса стали — и теплоизоляцию, поскольку она препятствует передаче тепла в зданиях. Двумя крупнейшими производителями являются Hughes и Pultrall (Thetford Mines, Канада).

Композитная арматура обычно изготавливается методом пултрузии с использованием ровницы из стекловолокна Е и винилэфирной смолы с использованием стандартных методов формования.Продукция Hughes ‘Aslan изготавливается со спиральной оберткой для создания волнистого профиля, а стержень V-ROD от Pultrall гладкий. Оба имеют внешнее покрытие из песка, наносимое во время производства, для создания шероховатой поверхности для оптимальной адгезии. По словам Гремеля, высококачественная винилэфирная смола в сочетании с волокном правильного размера необходима для достижения наилучших коррозионных свойств и устойчивости портландцемента к сильным щелочам, а также прочной связи.

Поскольку механические свойства стекловолокна отличаются от механических свойств стали, конструкция бетонной конструкции с композитной арматурой разрабатывается с использованием ACI 440.1R-03, Руководство по проектированию и строительству бетона, армированного стержнями из стеклопластика . Guide учитывает изгиб, удобство обслуживания, разрыв при ползучести и усталость, в дополнение к сдвигу и детализации хомутов, говорит Бузел. И Hughes, и Pultrall являются членами Совета производителей арматуры из стеклопластика под эгидой American Composites Manufacturers Assn. (ACMA) и участвуют с ACI в разработке минимальных стандартов производительности для арматуры. Хотя это правда, что композитную арматуру нельзя согнуть на стройплощадке в неожиданных условиях, Gremel утверждает, что это не проблема.«Стальные стержни с эпоксидным покрытием тоже нельзя согнуть, не повредив эпоксидное покрытие», — заявляет он. «Мы можем предварительно согнуть стеклопластиковые стержни во время производства по проекту инженера в соответствии с подробным графиком, что и должно быть сделано». С появлением новых методов испытаний бетона с композитной арматурой владельцы и проектировщики теперь имеют уверенность в том, что конструкция будет работать в соответствии с ожиданиями. Gremel отмечает, что тестовый документ будет преобразован в стандарт ASTM.

Pultrall V-ROD распространяется в США.S. исключительно компанией Concrete Protection Products Inc. (CPPI, Даллас, Техас). Президент CPPI Сэм Стир сообщает о нескольких недавних проектах с использованием V-ROD, в том числе о новом мосте, который пересекает американскую автомагистраль I-65 в округе Ньютон, штат Индиана. Трехпролетный мост длиной 58 м / 191 фут имеет ширину 10,5 м / 34,5 фута с железобетонным настилом, установленным на стальных двутавровых балках, опирающихся на бетонные опоры. Бетонный настил толщиной 203 мм / 8 дюймов армирован стальной арматурой с эпоксидным покрытием в нижней половине, но коррозионностойкий композитный стержень V-ROD используется в верхней половине, где вероятность контакта с солями для борьбы с обледенением является наибольшей.Были размещены композитные стержни двух размеров, каждый по центрам 152 мм / 6 дюймов: стержень №5 (диаметр 16 мм / 0,625 дюйма) в поперечном направлении и стержень №6 (диаметр 19 мм / 0,75 дюйма), проходящий в продольное направление. Исследователи из Университета Пердью оснастили всю конструкцию оптоволоконными датчиками для постоянной оценки производительности деки через удаленное соединение. По словам Стира, это первое использование композитной балки в настиле моста Департаментом транспорта штата Индиана.

Hughes Bros.Aslan 100 стекловолоконных стержней были недавно установлены на бетонном мосту в Моррисоне, штат Колорадо, построенном Департаментом транспорта штата Колорадо (CDOT) в сотрудничестве с Департаментом парков и отдыха города и округа Денвер. Мост длиной 13,8 м / 45 футов, который проходит через Беар-Крик, использовал арматуру из стекловолокна в опорах, опорах, стенах крыльев, парапетах и ​​изогнутой бетонной арке, залитой на месте. Цельная цельнокомпозитная палуба, которая находится на бетонной арке, была изготовлена ​​компанией Kansas Structural Composites (Russell, Kan.). В литые элементы были включены арматурные стержни различных размеров, в том числе № 5, № 6 и № 7 (диаметр 19 мм / 0,75 дюйма). Гремель отмечает, что для детального проектирования потребовалось множество изогнутых хомутов и уникальных форм, добавив, что все они были изготовлены на заводе перед отправкой. Инженер CDOT Марк Леонард говорит, что штат добился хороших успехов с композитной арматурой в прошлых проектах и ​​выбрал Аслана, потому что Хьюз представил самую низкую цену. По словам Леонарда, проектировщика моста Парсонс Бринкерхофф (Денвер, Колорадо), хотя движение по палубе минимально на низких скоростях,), следовали всем руководящим принципам ACI и использовали новые методы испытаний ACI440.3R-04 для сертификации материалов.

Ожидается, что рынок композитной арматуры станет еще более конкурентным по мере того, как новый материал — базальтовое волокно — завоевывает позиции. По словам исполнительного вице-президента Sudaglass Грэма Смита, компания Sudaglass Fiber Technology (Хьюстон, Техас), производитель базальтового волокна с предприятиями в России и на Украине, открыла производственный объект в США в северном Техасе. Базальтовая / эпоксидная арматура в настоящее время производится пултрузией на Украине и находится в процессе сертификации для U.С. строительство, по Смиту.

Плотность базальтовых волокон лишь немного выше, чем у обычных стекловолокон, поэтому они имеют гораздо более широкий температурный диапазон от -260 ° C до 982 ° C (от -436 ° F до 1850 ° F) по сравнению с номинальным диапазоном -60 ° От C до 650 ° C (от -76 ° F до 1202 ° F) для стекла и температуры плавления 1450 ° C (2642 ° F), что делает базальт полезным в приложениях, требующих огнестойкости. Кроме того, Смит отмечает, что материал демонстрирует отличную стойкость к содержанию щелочи в бетоне, не прибегая к специальным размерам, используемым для защиты стекловолокна.

Каким бы ни был выбор арматуры, ожидается, что композитная арматура будет иметь широкую популярность среди лиц, принимающих решения по проекту. «Суть в том, что хороший инженер или дизайнер пытается решить проблему коррозии», — заключает Гремель. «При увеличении стоимости проектных материалов на 5–7 процентов вы увеличиваете срок службы конструкции на 10–20 лет с помощью этого продукта».

КОМПОЗИТНЫЕ СЕТКИ В ПРЕКАСТНЫХ ПАНЕЛЯХ: ВЫСОКИЙ ПОТЕНЦИАЛ

Начиная с CT впервые сообщил об использовании армированных волокном полимерных решеток в сборных железобетонных строительных панелях («Композитные решения, отвечающие растущим требованиям гражданского строительства», CT август 2002 г., стр.40), рынок стал свидетелем значительного роста, говорит Бусел. «Это приложение огромно», — утверждает он. «Есть огромный потенциал».

Обвинение возглавляет AltusGroup, консорциум из пяти производителей сборного железобетона и производителя арматуры TechFab LLC (Андерсон, Южная Каролина), созданный специально для продвижения технологии CarbonCast, в которой решетки из углеродного волокна / эпоксидной смолы C-GRID последнего заменяют традиционную стальную сетку или арматура в сборных железобетонных конструкциях в качестве вторичной арматуры. TechFab — совместное предприятие 50/50 компании Hexcel (Дублин, Калифорния.) и Chomarat Group (Ле Шейлар, Франция). На данный момент в состав AltusGroup входят Oldcastle Precast (Эджвуд, Мэриленд), HIGH Concrete Structures (Денвер, Пенсильвания), два завода по производству сборного железобетона, принадлежащие Cretex Companies (Elk River, Миннесота) и Metromont Prestress (Гринвилл, Южная Каролина), но новые участники , вероятно, будут добавлены из-за растущего объема продаж, говорит Джон Карсон, директор по коммерческому развитию TechFab и руководитель программы по технологии C-GRID.

AltusGroup предлагает широкий выбор продуктов CarbonCast, включая как структурные, так и неструктурные изолированные стеновые панели и архитектурную облицовку.C-GRID обычно заменяет вторичные армирующие элементы из стальной проволочной сетки — обычная стальная арматура все еще используется для первичного армирования в большинстве случаев. C-GRID производится с помощью эффективного запатентованного процесса квази-плетения, который выравнивает наложенные друг на друга углеродные волокна основы и утка, смоченные эпоксидной смолой быстрого отверждения, в открытой структуре. Размер отверстий в сетке варьируется от 25,4 мм до 76 мм (от 0,25 дюйма до 3 дюймов) в зависимости от требований к прочности панели, типа бетона и размера заполнителя. В процессе производства сетке придается шероховатая поверхность, что увеличивает прочность сцепления между сеткой и затвердевшим бетоном.Сетки, состоящие из стеклянных, арамидных или полимерных волокон в сочетании с любой из множества смол, также доступны в линейке продуктов TechFab MeC-GRID. Как углеродные, так и неуглеродные сетки находят применение в других областях, таких как декоративные элементы, монолитный бетон и ремонт / восстановление.

«Преимущества панелей CarbonCast значительны», — говорит Карсон. C-GRID намного легче и имеет почти в семь раз более высокие свойства при растяжении, чем сталь. Растрескивание из-за усадки при отверждении значительно снижается, и C-GRID не подвергается коррозии, что устраняет часто неприглядные поверхностные пятна, которые возникают на бетонных панелях со стальными решетками.Его коррозионная стойкость позволяет использовать всего лишь 6,35 мм / 0,25 дюйма бетонного покрытия, в то время как для защиты стальной сетки от влаги может потребоваться до 76,2 мм / 3 дюйма. Таким образом, вес панели может быть уменьшен на 66% по сравнению с обычным сборным железобетонным элементом. Более легкие панели позволяют снизить общий вес стены, которая, в свою очередь, требует меньше стальной подструктуры, что приводит к значительному снижению затрат на строительство. C-GRID также является термически непроводящим, поэтому изоляционные свойства панели не нарушаются.Кроме того, на стройплощадке можно вырезать отверстия в панелях с помощью пилы, что невозможно при использовании стальной сетки. Все эти преимущества приводят к снижению затрат на транспортировку, монтаж и надстройку для более эффективного строительства.

Более 3 миллионов футов 2 На сегодняшний день продано панелей CarbonCast, и спрос настолько высок, что TechFab недавно объявила о планах масштабного расширения. На новом заводе будет размещена дополнительная линия по производству электросетей, которая, по словам Карсона, должна быть введена в эксплуатацию к октябрю этого года.Это объявление последовало за объявленным компанией о многолетнем соглашении с Zoltek Corp. (Сент-Луис, Миссури), поставщиком большого жгутового волокна Panex 35, используемого в C-GRID. По словам Карсона, соглашение обеспечит стабильные поставки C-GRID в первые годы выпуска продукта. «Zoltek был нашим основным поставщиком волокна и защитником с первого дня реализации этого проекта», — отмечает он.

Сборные панели используются в самых разных проектах, таких как кинотеатры, церкви и гаражи.Недавним проектом стал офисно-складской комплекс 2 Cardinal Health площадью 332 000 футов недалеко от Балтимора, штат Мэриленд. Панели CarbonCast длиной до 15,5 м / 51 фут были отлиты для формирования вертикальных внешних стен двухэтажного здания. Каждая панель представляет собой многослойную конструкцию с пенопластовой изоляцией 152 мм / 6 дюймов (что позволяет достичь значения изоляции R-16) между лицевыми панелями, состоящими из наружного слоя толщиной 50 мм / 2 дюйма (бетонный слой) и 100 мм / 4 дюйма. Внутренняя перемычка толщиной в дюйм C-GRID, расположенная перпендикулярно к поверхностям панели, соединяет внутреннюю и внешнюю перемычки, обеспечивая усиление сдвига.

«Мы движемся в полную силу с этой концепцией», — говорит Карсон. «Мы добавляем новые продукты, чтобы удовлетворить рост числа приложений».

БЕТОН, АРМИРОВАННЫЙ ВОЛОКНОМ: ПРОЧНЫЙ

Использование коротких волокон в бетоне для улучшения свойств было принятой технологией на протяжении десятилетий — даже столетий, учитывая, что в Римской империи строительные растворы армировались конским волосом. Волокнистая арматура увеличивает ударную вязкость и пластичность бетона (способность пластически деформироваться без разрушения), неся часть нагрузки в случае разрушения матрицы и останавливая рост трещин.Доктор Виктор Ли из Мичиганского университета исследовал свойства высокоэффективных армированных волокном цементных композитов, очень высокоэффективного подмножества армированного волокнами бетона, и считает, что приемлемость этого материала будет расти, если эксплуатационные характеристики , сохраняется низкая стоимость и простота исполнения.

«Использование этого материала может привести к устранению сдвиговых арматурных стержней, что приведет к снижению материальных и трудовых затрат», — говорит Ли. «Более тонкая структура уменьшает объем материала и статическую нагрузку, а также упрощает транспортировку.Такое общее снижение затрат может легко оправдать стоимость армированного волокном материала ».

Официальное признание бетона, армированного фиброй, стимулировало публикацию стандартов и руководств по его использованию за последние пять лет (см. CT июль / август 2001 г., стр. 44). С тех пор коммерческие приложения получили широкое распространение.

Гигант строительных материалов Lafarge SA (Париж, Франция) уже почти десять лет продвигает свой сверхвысококачественный армированный волокном бетонный материал под торговой маркой Ductal, ориентируясь на широкий спектр объектов гражданской инфраструктуры и архитектуры.Ductal представляет собой смесь портландцемента, микрокремнезема, кварцевой муки, мелкодисперсного кварцевого песка, пластификаторов, воды и стальных или органических волокон, обычно длиной 12 мм / 0,5 дюйма. Вик Перри, вице-президент / генеральный менеджер Ductal, говорит, что комбинация тонких порошков, выбранных по относительному размеру зерна, создает максимальное уплотнение во время отверждения, что приводит к полному отсутствию постоянной пористости, что практически исключает проникновение влаги и потенциальную коррозию стальных волокон. На всякий случай волокна поливинилового спирта (PVAL) обычно используются для архитектурных или декоративных применений, чтобы исключить любую возможность окрашивания поверхности, которое может возникнуть из-за ржавого стального волокна, и устранить абразивность там, где контакт с человеком вызывает беспокойство.Материалы продаются в наливных мешках производителям сборных железобетонных изделий или бетонных смесей.

«Добавление волокон заставляет материал деформироваться пластично и выдерживать растягивающие нагрузки», — говорит Перри. «Волокна обеспечивают прочность и улучшенные микроструктурные свойства».

В зависимости от типа используемого волокна прочность на сжатие Ductal колеблется от 150 до 200 МПа (от 21 750 до 29 000 фунтов на квадратный дюйм), по сравнению со стандартным бетоном от 15 до 50 МПа (от 2175 до 7250 фунтов на квадратный дюйм).По словам Перри, испытанная прочность на изгиб составляет 40 МПа / 5800 фунтов на квадратный дюйм. Воздуховод, армированный стальными волокнами Lafarge Forta, использовался для строительства сборных железобетонных изделий и в нескольких приложениях для мостовых балок с предварительным напряжением. В Сен-Пьер-ла-Кур, Франция, был спроектирован автомобильный мост длиной 20 м / 65 футов с 10 двутавровыми балками Ductal, поддерживающими традиционную монолитную бетонную платформу толщиной 170 мм / 6,5 дюйма, армированную арматурой. Сборные железобетонные балки, не содержащие арматуры, имеют глубину 600 мм / 24 дюйма и были предварительно напряжены 13 мм / 0.5-дюймовые стальные многожильные кабели, размещенные в нижнем фланце. Перед заливкой Ductal в балочную форму к пряди прикладывается натяжение. Как только бетон покрывает пряди и материал начинает затвердевать, они разрезаются, что фактически создает напряжение сжатия в бетонной смеси.

Когда вы подвергаете предварительно напряженную балку любому изгибу, объясняет Перри, она не испытывает напряжения растяжения, а вместо этого «разжимается», значительно улучшая характеристики. Благодаря прочности Ductal для балок не требуется арматура, что значительно снижает вес на каждый фут.

Воздуховоды, поперечное сечение которых напоминает греческую заглавную букву «» (по сути, коробчатая балка без нижнего фланца), функционируют как настил и балки на экспериментальном мосту, установленном на испытательном треке в Управлении федеральных автомобильных дорог США (FHWA). ) Лаборатория Тернера Фэрбэнка, чтобы исследовать пригодность проекта для будущего строительства шоссе. Балка / настил «deck» спроектированы так, чтобы выдерживать конфигурации нагрузки HL-93 Американской ассоциации государственных служащих автомобильных дорог и транспорта (AASHTO).

«Балки Ductal позволяют использовать более длинные пролеты при том же весе», — говорит Перри. «В конце концов, мы увидим фибробетон в балках и настилах мостов».

SI Бетонные системы. (Чаттануга, штат Теннеси) — производитель фиброармирования для бетона. SI предлагает Novomesh, Fibermesh и другие продукты из волокна, которые используются в качестве альтернативы вторичной арматуре из стальной проволочной сетки и легкой арматуре как в коммерческих, так и в жилых помещениях, говорит Хэл Пейн из SI, менеджер по стратегическим альянсам.SI предлагает полипропиленовые (ПП) волокна, стальные волокна, макросинтетические волокна и инженерные смеси. По словам Пейна, продукция SI из полипропиленового волокна имеет решающее значение для борьбы с трещинами пластической усадки в «раннем возрасте», чтобы предотвратить их перерастание в серьезные дефекты по мере затвердевания бетона. Novomesh 950 — это новый продукт для компании, состоящий из смеси грубых макросинтетических монофиламентных волокон и собранных фибриллированных микросинтетических волокон. По словам Пейна, продукт дает такой же хороший результат, как и стальная фибра, при использовании по назначению для плит перекрытия коммерческого назначения.

Kingspan (Шербурн, Малтон, Н. Йоркшир, Великобритания) — специалист по бетонным конструкциям, использующий добавки для фибры для бетона от Bekaert Building Products (Фридрихсдорф, Германия). Формованные стальные волокна Dramix компании Bekaert добавляют в бетон для изготовления полов и крыш без армирования стальных решеток. Сообщается, что продукт идеально подходит для стесненных строительных площадок, таких как трехэтажный комплекс Spurriergate, расположенный глубоко в историческом британском городе Йорк. Поскольку бетон не требует армирования стальной сеткой, стоимость стальной сетки и трудозатраты, необходимые для доставки громоздких рулонов, а затем резки и размещения их в многоэтажных зданиях перед операциями по заливке бетона, полностью исключаются.Полы из бетона, армированного волокном, были уложены за одну операцию, просто путем подачи армированного волокном материала непосредственно на каждый этаж с помощью автоматизированного насосного оборудования.

В Австралии, Франции, Японии и США временные руководства по проектированию (перечисленные на боковой панели) теперь содержат рекомендации и допуски для армированного фибробетоном, что является важным фактором в его более широком признании проектировщиками, инженерами и лицами, принимающими решения по проектам на рынке инфраструктуры. . «Этот материал предлагает такие решения, как скорость строительства, улучшенный внешний вид, превосходная долговечность и устойчивость к коррозии», — заключает Перри.«Это приводит к сокращению затрат на техническое обслуживание и увеличению срока службы конструкции».

Примечание редактора: Следите за нашей предстоящей статьей об использовании композитных материалов для ремонта инфраструктуры ( CT июнь 2005 г.) и будущими статьями о дюбельных стержнях из стекловолокна и предварительно напряженных стержнях.

Композитная конструкция — SteelConstruction.info

Композитная конструкция доминирует в секторе нежилого многоэтажного строительства.Так было уже более двадцати лет. Его успех обусловлен прочностью и жесткостью, которые могут быть достигнуты при минимальном использовании материалов.

Причину, по которой композитная конструкция часто бывает такой хорошей, можно выразить одним простым способом — бетон хорош на сжатие, а сталь хороша на растяжение. Соединяя эти два материала вместе, можно использовать эти сильные стороны, чтобы получить высокоэффективную и легкую конструкцию. Уменьшенный собственный вес композитных элементов имеет эффект удара, уменьшая силы в этих элементах, поддерживающих их, включая фундамент.Композитные системы также предлагают преимущества с точки зрения скорости строительства. Уменьшение глубины перекрытия, которое может быть достигнуто с помощью композитной конструкции, также может дать значительные преимущества с точки зрения затрат на услуги и ограждающей конструкции здания.

В этой статье рассматриваются составные балки, составные плиты, составные колонны и составные соединения. В то время как балки и плиты очень распространены в строительстве в Великобритании, на самом деле существует ряд различных основных типов композитных балок, композитных колонн и композитных соединений гораздо меньше.Причины этого рассматриваются ниже.

Профнастил трапециевидный на балки перекрытия

[вверх] Проектирование композитных элементов и систем

Проектирование композитных балок в Великобритании традиционно выполнялось в соответствии с BS 5950-3-1 ^[1] . Композитные плиты с профилированным стальным листом были разработаны в соответствии с BS 5950-4 ^[2] , а профилированный настил, используемый для этих плит, — в соответствии с BS 5950-6 ^[3] .Для композитных колонн не было руководства Британских стандартов. Проектирование композитных балок и композитных плит (для зданий) теперь регулируется BS EN 1994-1-1 ^[4] . BS 5950-6 ^[3] был заменен BS EN 1993-1-3 ^[5]

Более подробную информацию об относительном статусе структурных еврокодов и британских стандартов можно найти, перейдя по ссылке здесь.

[наверх] Как и почему работают композитные конструкции

Показано распределение пластических напряжений в типичной балке перекрытия, действующей совместно с композитной плитой.Относительные пропорции стального профиля и плиты означают, что, как это обычно бывает, пластическая нейтральная ось лежит внутри бетона. Таким образом, вся сталь находится в напряжении.

Бетон — это материал, который хорошо работает при сжатии, но имеет незначительное сопротивление растяжению. Следовательно, для структурных целей он традиционно полагается на стальную арматуру, которая воспринимает любые растягивающие усилия (это роль, которую играет стальная часть композитного поперечного сечения, которая фактически является внешней арматурой), или должна быть предварительно напряжена, чтобы даже при воздействии растяжение, элемент находится в чистом сжатии.

Чтобы бетонная часть (в пределах так называемой эффективной ширины) поперечного сечения выдерживала сжатие, а стальная часть выдерживала растяжение, два материала должны быть структурно связаны друг с другом. Для балок с выступом это достигается с помощью срезных шпилек с головкой, которые прикрепляются к верхнему фланцу стальной балки. Это соединение обычно достигается с помощью так называемой сквозной сварки настилов. Профилированный металлический настил, образующий основу композитных плит, зажат между основанием стойки и верхним фланцем, и в процессе сварки все три соединяются вместе.Наличие цинкования на настиле не влияет на качество сварки.

В исключительных случаях сварку сквозного настила можно избежать за счет использования однопролетных отрезков настила (стыкующихся до рядов шпилек, приваренных непосредственно к верхнему фланцу в производственном цехе) или вырезания отверстий в настиле, чтобы его можно было уронить в цехе приварены шпильки.

Доступны и другие формы соединений, работающих на срез, в том числе шпильки большего диаметра и соединители с дробеструйной обработкой, но для зданий наиболее распространенным вариантом являются шпильки с головкой диаметром 19 мм.Их сопротивление согласно BS EN 1994 ^[4] при использовании с поперечным настилом меньше сопротивления, указанного в BS 5950-3-1 ^[1] . Кроме того, в стандарте BS EN 1994 ^[4] говорится, что не более двух стоек можно использовать на желоб, когда настил проходит поперек оси балки.

Одним из преимуществ приварных шпилек является то, что они считаются пластичными, что означает, что (при отсутствии каких-либо соображений усталости) соединение, работающее на сдвиг, может быть спроектировано с использованием принципов пластичности, поскольку предполагается, что сила может быть перераспределена между соседними шпильки.Это значительно упрощает процесс проектирования.

Когда балка спроектирована с соединением с полным сдвигом, это означает, что имеется достаточно соединителей, чтобы либо полностью разрушить бетон при сжатии, либо полностью разрушить стальную секцию при растяжении (в зависимости от того, какая сила меньше). Однако может использоваться меньшее количество соединителей, что приводит к так называемому соединению с частичным сдвигом. Это может произойти, если приложенная нагрузка находится на достаточно низком уровне, например, в общих случаях, когда конструкция балки определяется стадией строительства или соображениями эксплуатационной пригодности.Однако в правилах также указывается определенная минимальная степень соединения, которая необходима для предотвращения чрезмерного скольжения между сталью и бетоном, которое может привести к выходу из строя соединителей.

До внесения поправок в 2010 году в BS 5950-3-1 ^[1] , который был написан в 1980-х годах, использовался довольно упрощенный подход к вопросу о минимальной степени соединения сдвига. BS EN 1994 ^[4] определяет два дополнительных параметра, которые влияют на эту минимальную степень, а именно марку стали и эффект асимметрии, когда одна из полок балки больше другой (верхняя полка меньшего размера часто используется, поскольку бетон несет большую часть от сжатия, но такая асимметрия предъявляет более высокие требования к сдвиговым шпилькам с точки зрения способности скольжения).Для стали S275 и симметричных профилей ограничения в BS EN 1994 ^[4] значительно менее обременительны, чем в BS5950 ^[1] . Для асимметричных балок они значительно более обременительны. Даже BS EN 1994 ^[4] не учитывает значительных преимуществ, когда балка не подпирается во время строительства, как большинство из них. Он также не может в явной форме признать преимущества, которые будут иметь место, когда балка имеет регулярно разнесенные большие отверстия в стенке или только часть используется при изгибе (потому что соображения SLS определяют дизайн).SCI P405, опубликованный SCI в 2015 году в качестве замены для NCCI, созданного SCI (Pn002a), позволяет ослабить минимальную степень соединения при соблюдении определенных критериев.

Преимущество структурного соединения стали и бетона состоит в повышении сопротивления только стальной балки; обычно это будет примерно в два раза больше. Жесткость может увеличиться до трех раз. Относительные преимущества уменьшаются с увеличением пролета, так как размер стальной балки увеличивается по сравнению с размером плиты.

Компоненты составной балки описаны выше, но те же принципы применимы к составным плитам и составным колоннам. В плите используется профилированный стальной настил вместо стального профиля, а сила передается через рельеф и определенные аспекты геометрии настила (а не через отдельные срезные стойки).Составная колонна может представлять собой стальную трубу полого профиля, заполненную бетоном, или открытую стальную секцию, заключенную в бетон. Сила передается между двумя материалами посредством трения и, при необходимости, дискретных механических соединителей, включая срезные шпильки, которые могут быть прикреплены к заделанной стальной секции. При всех формах композитной конструкции проектировщику важно не забывать о стадии строительства. Предполагая, что временная подпорка отсутствует, стальная часть композитного поперечного сечения должна одна выдерживать собственный вес и другие строительные нагрузки, поскольку бетон на этом этапе неэффективен.Мало того, что сопротивление меньше, но могут быть явления нестабильности, которые следует учитывать. При совместном действии верхний фланец стальной балки удерживается в поперечном направлении плитой, но во время строительства поперечный изгиб при кручении (LTB) может снизить эффективное сопротивление — только когда настил проходит поперечно и правильно закреплен, это предотвращает LTB — дальнейшие рекомендации доступны как дизайн в SCI P359, так и детализация в SCI P300.

[вверх] Виды составной балки

Ниже рассматриваются три основных типа составной балки.Факторы, относящиеся к конкретному проекту, будут влиять на то, какая система полов будет наиболее подходящей.

[вверх] Балки перекрытий

Наиболее распространенный типа составного пучка является одним, где композитной плита сидит на вершине отбортовки луча, связанный с использованием через палубу приварена сдвиг шпильки. Эта форма строительства имеет ряд преимуществ — настил действует как внешнее армирование на этапе композитного монтажа, а на этапе строительства — как опалубка и рабочая площадка.Он также может обеспечивать поперечное ограничение балок во время строительства. Настил поднимается на место пучками, которые затем вручную распределяются по площади пола. Это значительно снижает подъемные силы крана по сравнению с альтернативой на основе сборных железобетонных конструкций.

Дополнительные указания по практическим аспектам размещения настилов можно найти в руководстве по передовой практике SCI P300.

Другой распространенный тип композитной балки — это балка, в которой, как и в случае с традиционным несоставным стальным каркасом, сборная бетонная плита располагается поверх верхней полки стальной балки.Эффективный диапазон пролета для этого типа решения составляет от 6 до 12 м, что делает его конкурентом ряда вариантов бетонных полов. Особая детализация требуется для соединения, работающего на сдвиг, когда используются сборные железобетонные элементы, чтобы корпус сборных элементов мог быть подвижен как часть бетонного прижимного фланца. См. SCI P401 для получения дополнительной информации.

[вверх] Решения с большим пролетом

Существует ряд вариаций идеи балок перекрытия для удовлетворения потребностей в длинных пролетах.Они дают возможность достичь более длинных пролетов (20 м и более), чем это возможно при использовании «стандартной» сплошной стенки, прокатной балки вниз.

[вверх] Решения для неглубоких полов

Мелкие этажи предлагают ряд преимуществ, таких как минимизация общей высоты здания для заданного количества этажей или максимальное количество этажей для заданной высоты здания.Кроме того, достигается плоский потолок — отсутствуют перерывы, характерные для балок нижнего этажа — что дает полную свободу при распределении услуг под полом. Эти преимущества следует рассматривать в контексте данного проекта, чтобы определить, когда они наиболее подходят.

Неглубокие перекрытия достигаются за счет размещения плит и балок в одной зоне. Это достигается за счет использования асимметричных стальных балок с более широким нижним фланцем, чем верхний фланец, что позволяет плите располагаться на верхней поверхности нижнего фланца с надлежащей опорой, а не на верхней поверхности верхнего фланца, как это бывает с балками нижней стойки.Плита перекрытия может быть в виде сборной бетонной плиты или композитной плиты с металлическим настилом (может использоваться как неглубокий, так и глубокий настил). Дополнительным преимуществом является то, что некоторые формы конструкции неглубокого перекрытия по своей сути обеспечивают композитное взаимодействие между балками и плитой, тем самым повышая эффективность конструкции.

Доступен ряд решений для неглубоких перекрытий, в том числе сверхмалые балки перекрытия (USFB) от Kloeckner Metals UK Westok.

Kloeckner Metals UK Система USFB компании Westok состоит из неглубокой асимметричной ячеистой балки Westok с арматурой, проходящей через ячейки для закрепления плиты на балке.«Plug Composite Action» можно использовать для USFB, что было продемонстрировано с помощью полномасштабных лабораторных испытаний, для дальнейшего повышения пропускной способности секции. Для мобилизации «Plug Composite Action» необходимо принять следующие детали:

• Композитные плиты с металлическим настилом: бетонная заливка вровень с верхним фланцем или выше
• Сборные железобетонные изделия, как правило: минимальный верхний уровень 50 мм с верхним фланцем или над ним
• Пустотные блоки: каждые 2 ядра ^и выломаны, заполнены бетоном и армированы через ячейку
• Монолитные плиты перекрытия: бетонный уровень с верхним фланцем (или выше)

Плиты USFB могут экономически пролетать до 10 м при конструктивной глубине, которая по сравнению с R.C. плоские плиты. Таким образом, они популярны во многих секторах, особенно в образовании, коммерции и жилом секторе.

• USFB с сборными плитами Hollocore
  (Изображение любезно предоставлено Kloeckner Metals UK Westok)

• USFB с глубоким настилом
  (Изображение любезно предоставлено Kloeckner Metals UK Westok)

[вверх] Композитные плиты

Композитные плиты состоят из железобетона, уложенного поверх профилированного стального настила, который выполняет роль опалубки во время строительства и внешнего армирования на завершающей стадии.Настил может быть как входящим, так и трапециевидным, как показано ниже. Трапециевидный настил может иметь глубину более 200 мм, и в этом случае он называется глубоким настилом. Дополнительные арматурные стержни могут быть помещены в желоба настила, особенно для глубокого настила. Иногда они требуются для настила неглубокого заложения, когда большие нагрузки сочетаются с высокими периодами огнестойкости.

• Входящий и трапециевидный настил

На рисунке ниже показана геометрия типичной трапециевидной деки 80 мм.Сталь оцинкована и может иметь разную толщину, хотя обычно около 1 мм. Поскольку он такой тонкий, необходимы ребра жесткости, чтобы избежать местного коробления, когда он действует как оголенная стальная секция, выдерживая влажный вес бетона и другие строительные нагрузки. Входящий элемент жесткости, показанный в верхней части настила, не только укрепляет верхний фланец, но также может использоваться для поддержки подвесок для относительно легких предметов, подвешенных к потолку. Блокировка достигается за счет выпуклостей (ямок), которые вкручиваются в профиль настила, и за счет захвата бетона вокруг входящих частей профиля.Стандартных профилей настила не существует, поэтому взаимодействие, достигаемое за счет тиснения и т. Д. Каждой типовой колоды, отличается. Он определяется испытаниями, проводимыми производителем деки.

Геометрия типичного трапециевидного настила 80 мм

Результаты таких тестов традиционно переводятся в так называемые эмпирические константы m и k, которые определяют производительность конкретной колоды.BS EN 1994 ^[4] также включает опцию для определения сцепления при сдвиге на единицу площади плиты (τ), которую затем можно использовать как часть более сложного подхода (значение τ аналогично сопротивлению сдвигу). шпилька). Дизайнеры получают соответствующую информацию (неявно) из программного обеспечения или брошюр, предоставленных производителями террасной доски.

Профилированный настил часто спроектирован таким образом, чтобы он был сплошным в двух пролетах, когда он действует как опалубка. Композитные плиты обычно проектируются таким образом, чтобы они были простыми перекрытиями при комнатной температуре, но сплошными в условиях пожара.Эта непрерывность достигается благодаря номинальной арматуре, которая также выполняет другие функции, такие как контроль трещин, которая продолжается на промежуточных опорах (ее влияние — предполагаемое положительным — игнорируется при проектировании при комнатной температуре).

Входящий или трапециевидный настил глубиной от 50 до 60 мм может охватывать около 3 м без опор, трапециевидные профили глубиной 80 мм могут охватывать до 4,5 м без опор, а глубина настила может достигать около 6 м. Общая глубина плиты составляет от 130 мм и выше.Двухчасовая огнестойкость может быть достигнута без необходимости противопожарной защиты стального настила.

В композитных плитах можно формировать проемы, хотя это следует планировать и формировать проемы на этапе строительства, а не вырезать бетон. Отверстия площадью до 300 мм не требуют дополнительных приспособлений, отверстия до 700 мм требуют дополнительного усиления локально вокруг отверстия, а отверстия размером более 700 мм требуют использования обрезной стали для поддержки отверстия.

Дальнейшие инструкции по проектированию и детализации композитных плит приведены в SCI P359 и SCI P300 соответственно, противопожарный расчет по Еврокодам обсуждается в SCI P375, также доступны инструкции по установке металлических настилов.

[вверх] Композитные колонны

Составные столбцы могут принимать различные формы, как показано на рисунке ниже. Как и все композитные элементы, они привлекательны тем, что играют на относительной прочности как стали, так и бетона. Это может привести к высокому сопротивлению при относительно небольшой площади поперечного сечения, тем самым увеличивая полезную площадь пола.Они также демонстрируют особенно хорошие характеристики в условиях пожара.

Типовые поперечные сечения композитных колонн

Правила проектирования композитных колонн в несущих каркасах приведены в BS EN 1994-1-1 ^[4] . Это первый раз, когда руководство было дано в коде для использования в Великобритании, что может объяснить, почему составные столбцы редко используются до настоящего времени. Правила предусмотрены для составных H-образных секций, полностью или частично закрытых (только заполнение стенкой), а также для полых секций, заполненных бетоном.Показаны типовые сечения. Композитные колонны, требующие опалубки во время строительства, обычно не считаются рентабельными в Великобритании.

Компрессионные элементы полого профиля, заполненного бетоном, не нуждаются в опалубке, и они используют материал более эффективно, чем эквивалентное H-образное сечение. Бетонное заполнение значительно увеличивает сопротивление сжатию стальной секции без покрытия, распределяя нагрузку и предотвращая локальное продольное изгибание стали. Прирост огнестойкости может быть не менее ценным, особенно если он позволяет оставить колонну незащищенной или лишь слегка защищенной.Заполняющий бетон сохраняет свободную воду, которая в других ситуациях была бы потеряна; его скрытая теплота испарения значительно задерживает повышение температуры.

Могут использоваться прямоугольные и круглые полые профили. Преимущество прямоугольных секций в том, что они имеют плоские поверхности для соединений концевой пластины балка-колонна (с использованием соединений Flowdrill или Hollo-bolt). Обычные ребристые пластины могут быть любой формы.

Разработана программа FireSoft для проектирования полых профилей, заполненных бетоном, в условиях окружающей среды и пожара.

[вверху] Композитные соединения

Хотя существует руководство по проектированию композитных соединений (SCI P213), они очень мало используются в Великобритании (да и вообще в других странах Европы). Теоретически они кажутся привлекательными, так как армирование плиты может использоваться, чтобы избежать необходимости добавлять к соединению стальных конструкций, например, с помощью дополнительных рядов болтов в удлиненной концевой пластине. Однако трудно добиться правильной детализации композитных соединений, потому что потребности в прочности, жесткости и пластичности могут граничить с взаимоисключающими: слишком малое армирование снижает пластичность соединения (способность к вращению) из-за потенциального разрушения арматуры, слишком большое будет снизить пластичность из-за разрушения бетона.

В попытке преодолеть некоторые практические проблемы, чтобы можно было более широко использовать привлекательные свойства композитных соединений, в Европе продолжаются исследовательские работы, которые могут привести к включению конкретных рекомендаций в пересмотренную версию BS EN 1994-1-1 ^[4] запланирован примерно на 2025 год.

[вверх] Список литературы

1. ↑ ^{1,0 1,1 1,2 1,3} BS 5950-3-1: 1990 + A1: 2010 Использование стальных конструкций в строительстве.Дизайн в композитном строительстве. Свод правил проектирования простых и неразрезных составных балок. BSI
2. ↑ BS 5950-4: 1994 Использование стальных конструкций в строительстве. Правила проектирования композитных плит с профилированным стальным листом. BSI
3. ↑ ^{3,0 3,1} BS 5950-6: 1995 Использование стальных конструкций в строительстве. Часть 6. Свод правил проектирования легкого профилированного стального листа. BSI
4. ↑ ^{4,0 4,1 4.2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8} BS EN 1994-1-1: 2004 Еврокод 4. Проектирование композитных стальных и бетонных конструкций. Общие правила и правила для построек. BSI
5. ↑ BS EN 1993-1-3: 2006 Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Основные правила. Дополнительные правила для холодногнутых профилей и листов. BSI

[вверх] Дополнительная литература

• Руководство конструктора по металлу, 7-е издание. Редакторы Б. Дэвисон и Г. В. Оуэнс.Институт стальных конструкций 2012, главы 21, 22 и 23
• Джонсон Р.П. Композитные конструкции из стали и бетона, том 1, 2004 Blackwell Scientific Press.
• Джонсон Р.П., Руководство проектировщиков по Еврокоду 4 «Проектирование композитных зданий», 2-е издание. ICE.
• Nethercot, D. Композитная конструкция. Spon Press.

[вверх] Ресурсы

• SCI P300, Композитные перекрытия и балки с использованием стальных настилов: передовой опыт проектирования и строительства, (пересмотренное издание), 2009 г.
• SCI P359, Композитный проект зданий со стальным каркасом, 2011 г.
• SCI P213 Соединения в стальной конструкции: композитные соединения, 1998
• SCI P287, Проектирование составных балок с использованием сборного железобетона, 2003 г. (обновленная версия этой публикации, соответствующая Еврокоду, P401, доступна в SCI)
• PN002a, NCCI: измененное ограничение на соединение частичного сдвига в балках для зданий SCI
• SCI P365, Проектирование стальных зданий: каркасы со связями средней высоты, 2009 г.
• SCI P375, Расчет огнестойкости зданий со стальным каркасом, 2012 г.
• SCI P401, Расчет композитных балок с использованием сборных железобетонных плит в соответствии с Еврокодом 4, доступен в SCI
• SCI P405, Правила минимальной степени сдвига соединения для строительства в Великобритании в соответствии с Еврокодом 4, 2015

Инструменты для проектирования элементов:

[вверху] См. Также

[вверх] Внешние ссылки

— это… Что такое композитный бетон?

Цементно-бетонные композиты — Материалы сегодня

Этот журнал предназначен для отражения текущих разработок и достижений, достигнутых в общей области технологии цементно-бетонных композитов , а также в производстве, использовании и характеристиках строительных материалов на основе цемента .Слово «цемент» трактуется в широком смысле, включая не только портландцемент, но также цементные смеси и другие вяжущие материалы. В дополнение к новым аспектам обычных бетонных материалов, журнал охватывает широкий спектр композитных материалов , таких как цементные композиты, армированные волокном, полимерцементные композиты, композиты, пропитанные полимером, ферроцемент и цементные композиты, содержащие особые включения заполнителя или отходы. Оригинальные статьи, посвященные микроструктуре (в том, что касается инженерных свойств), свойствам материалов, испытаниям и методам испытаний, механике разрушения, аспектам долговечности, механике / технологии композитов, моделированию, проектированию, производству и практическому применению этих материалов, составляют основные темы журнал.При условии, что имеется достаточная связь со свойствами, определенными в масштабе материала, документы, касающиеся поведения структурных компонентов и систем, характеристик на месте, и полевых исследований также будут приняты для рассмотрения, а также документы, касающиеся ремонта и технического обслуживания, поведения в отношении эксплуатационной пригодности, и устойчивость конструкций, сделанных из этих материалов.

Журнал имеет в указанном выше контексте несколько конкретных целей. Он хочет способствовать лучшему пониманию строительных материалов, предоставить форум для необычных и нетрадиционных материалов, поощрить разработку недорогих энергосберегающих материалов и устранить разрыв между материаловедением , инженерными характеристиками, воздействием на окружающую среду, поведением на месте, дизайном / Срок службы и конструкция.Журнал также намерен публиковать специальные выпуски, посвященные актуальным или возникающим интересам. Журнал призван обеспечить объединяющую основу для сотрудничества между материаловедами, инженерами, дизайнерами и производителями.

Редакционная коллегия

Редактор

• N. Banthia
  Департамент гражданского строительства Университета Британской Колумбии, 6250 Applied Science Lane, Ванкувер, V6T 1Z4, Британская Колумбия, Канада

Ассоциированные редакторы

• M.Juenger
  Техасский университет в Остине, Остин, Техас, США
• CW Miao
  Юго-Восточный университет, Нанкин, Китай
• Н. Нейтхалат
  Университет штата Аризона, Темпе, Аризона, США

• RN Свами
  Университет Шеффилда, Шеффилд, Соединенное Королевство

Редакционная коллегия

• С. Аль-Тубат
  Университет Шарджи, Шарджа, Объединенные Арабские Эмираты
• M.Александр
  Департамент гражданского строительства Кейптаунского университета, Рондебош, Южная Африка
• C. Андраде
  Институт строительных наук Эдуардо Торроха, Мадрид, Испания
• J.A.O. de Barros
  Департамент гражданского строительства Университета Минью, Гимарайнш, Португалия
• J. Beaudoin
  Национальный исследовательский совет Канады, Оттава, Онтарио, Канада
• J.H. Bungey
  Ливерпульский университет, Ливерпуль, Великобритания
• N.De Belie
  Университет Гента, Гент, Бельгия
• Л. Феррара
  Миланский политехнический институт, Милан, Италия
• К. Фудзикаке
  Национальная академия обороны, Йокосука, Япония
• O.B. Исгор
  Государственный университет Орегона, Корваллис, Орегон, США
• Х. Юстнес
  SINTEF, Тронхейм, Норвегия
• P. Kabele
  Чешский технический университет в Праге, Чешская Республика
• O.Kayali
  Школа инженерии и информационных технологий ADFA Университета Нового Южного Уэльса, Канберра, Австралия
• K. Khayat
  Миссурийский университет науки и технологий, Ролла, штат Миссури, США
• K Kobayashi
  Gifu University Инженерный факультет Аспирантура инженерного дела Департамент гражданского строительства, Гифу, Япония
• В. Кодур
  Университет штата Мичиган, Ист-Лансинг, Мичиган, США
• M.С. Конста-Гдоутос
  Демокритский университет Фракии Департамент гражданского строительства, Ксанти, Греция
• К. Ковлер
  Технион Израильский технологический институт, Хайфа, Израиль
• К. Леунг
  Массачусетский технологический институт, Кембридж , Массачусетс, США
• L.-Y. Ли
  Плимутский университет, Плимут, Соединенное Королевство
• З. Ли
  Гонконгский университет науки и технологий, Департамент гражданской и экологической инженерии, Гонконг, Гонконг
• M.Лопес
  Папский католический университет Чили, Сантьяго-де-Чили, Чили
• A Loukili
  Научно-исследовательский институт гражданского строительства и машиностроения, Нант, Франция
• М. Маслехуддин
  Университет нефти и полезных ископаемых имени короля Фахда, Аль-Дахд , Саудовская Аравия
• V. Mechtcherine
  TU Dresden, Дрезден, Германия
• MF Монтемор PhD
  Высший технический институт Лиссабонского университета, Лиссабон, Португалия
• A.Нааман
  Мичиганский университет, Анн-Арбор, Мичиган, США
• Х. Накамура
  Нагойский университет, Нагоя, Япония
• D.K. Панесар
  Университет Торонто, Торонто, Онтарио, Канада
• S.J. Пантазопулу
  Йоркский университет, Торонто, Онтарио, Канада
• А. Пелед
  Университет Бен-Гуриона в Негеве, Беэр-Шева, Израиль
• CS Poon
  Гонконгский политехнический университет, факультет гражданского и экологического Engineering, Гонконг, Гонконг
• F.Puertas
  Inst Eduardo Torroja, Испания
• M. Sahmaran
  Gaziantep University, Gaziantep, Turkey
• A. Sakulich
  Worcester Polytechnic Institute, Worcester, Massachusetts, United States
904 G. Сант
Калифорнийский университет Лос-Анджелес, Лос-Анджелес, Калифорния, США
• M. Santhanam
  Индийский технологический институт Мадрасский факультет гражданского строительства, Ченнаи, Тамил Наду, Индия
• E.Schlangen
  TU Delft, Делфт, Нидерланды
• K.V.L. Subramaniam
  Индийский технологический институт Хайдарабад, Департамент инженерии, Теланганда, Индия
• K.H. Тан
  Технологический университет Наньян, Сингапур, Сингапур
• Р.Вэй доктор философии
  Университет Цинхуа, Пекин, Китай
• Ю.С. Юн
  Корейский университет, Сеул, Корея, Республика
• Я. Чжан
  Школа материаловедения и инженерии Юго-Восточного университета, Нанкин, Китай