Бетон композитный: http://naftaros.ru — Композиты и бетон

Содержание

http://naftaros.ru — Композиты и бетон

Статья из журнала «Composites Technology», апрель 2005.

 

Преимущества композиционных материалов хорошо проявляются при армировании бетона и строительстве.

Недорогой и разносторонний, бетон является одним из лучших строительных материалов во многих предложениях. Эта публикация о том, как сделать бетон стойким к внешним воздействиям и структурным нагрузкам для обеспечения длительного функционирования. Являясь настоящим композитом, типичный бетон состоит из гравия и песка, связанных вместе в матрице из цемента, с металлической арматурой, обычно добавляемой для усиления прочности. Бетон превосходно ведет себя при сжатии, но становится хрупким и непрочным при растяжении. Растягивающие напряжения, так же как и пластическая усадка во время отверждения, приводят с трещинам, которые поглощают воду, что, в конечном счете, приводит к коррозии металлической арматуры и существенной потере монолитности бетона при разрушении металла

 

 

Композитная арматура утвердилась на строительном рынке благодаря доказанному сопротивлению коррозии. Новые и обновленные конструкторские руководства и тестовые протоколы облегчают инженерам выбор армированных пластиков. Источник: Hughes Bros.

 

Усиленные волокнами пластики (стеклопластик, базальтопластик) с давних пор рассматривались как материалы, позволяющие улучшить характеристики бетона. Институт Бетона Америки (The American Concrete Institute (ACI)) и другие группы, такие как Японское Сообщество Гражданских Инженеров (Japan Society for Civil Engineers), помогали разработать спецификации и методы тестирования для материалов на основе усиленных пластиков, многие из которых уже допущены и твердо закрепились в строительстве с использованием бетона. «В добавление к конструкторским документам, у нас теперь есть и методики тестирования», — говорит Джон Бюсел, председатель ACI’s Committee 440, основанного в 1990 году для обеспечения инженеров и конструкторов информацией о композиционных материалах. Методики тестирования описаны в руководстве ACI’s Committee 440. «Мы также уверенно работаем над редакцией нашего доклада 1996 года, для обеспечения специалистов по бетону обновленной информацией о новых приложениях и рынках», — говори Бюсел.

Композитная арматура и армирующие сетки на ее основе продолжают находить применение в ряде приложений. Более того, недавно были разработаны продукты и увеличено число приложений для усиленного волокнами бетона, материала, который использует стальные или полимерные волокна в качестве армирующих добавок для настилов, напольных плит и сборных частей.

 

Композитная арматура : признанная технология

За последние 15 лет композитная арматура перешла от экспериментального прототипа  к эффективному заменителю стали во многих проектах, особенно в связи с повышением цен на сталь. «Стеклопластиковая арматура часто используется, и это очень конкурентный рынок», — говорит Дуг Гремел (Doug Gremel), руководитель направления неметаллического армирования компании Hughes Bros. (Seward, Neb.), известного производителя продуктов на основе арматуры. «Состояние промышленных знаний об этом материале существенно выше, чем 10 лет назад».

Для некоторых конструкторских проектов, таких как оборудование для магниторезонансной томографии в больницах, или приближение к будкам-пунктам взимания дорожной оплаты, которые используют технологию радиочастотной идентификации для определения уже оплативших покупателей, композитная арматура является единственным выбором. Стальная арматура не может быть использована, потому как интерферирует с электромагнитными сигналами. В добавление к электромагнитной прозрачности, композитная арматура также необычайно стойкая к коррозии, легкая по весу — около одной четверти от веса аналогичной стальной, и является теплоизолятором, потому как препятствует протеканию тепла в строительных конструкциях. Двумя самыми крупными производителями композитной арматуры являются компания Hughes и компания Pultrall (Thetford Mines, Canada).

Технологией производства композитной арматуры обычно является пултрузия, с использованием ровинга из Е-стекла, винилэфирной смолы и стандартных техник формования. Продукты Aslan компании Hughes производятся с спиралевидной закруткой для придания волнообразного профиля, в то время как прутки V-ROD компании Pultrall являются гладкими. Оба вида арматуры имеют наружное песочное покрытие, наносимое во время производства, для придания поверхности шероховатости для оптимальной адгезии при связке с бетоном. В соответствии со словами Гремела, необходима винилэфирная смола высокого качества, связанная с волокнами правильно подобранного размера, как для достижения наилучших коррозионных свойств и сопротивления щелочам в цементе, так и для прочной связи.

Из-за того, что механические свойства стекла отличны от свойств стали, структура бетона с композитной арматурой разрабатывается в соответствии с ACI 440. 1R-03, руководством для дизайна и конструкции бетона, армированного стеклопластиковой арматурой (Guide for the Design and Construction of Concrete Reinforced with FRP Bars).  Компании Hughes и Pultrall являются членами Совета Производителей стеклопластиковой арматуры (FRP Rebar Manufacturers Council), под покровительством Американского Общества Производителей Композитов (American Composites Manufacturers Assn. (ACMA)), и вовлечены вместе с ACI в разработку минимальных требований и норм для арматуры. Несмотря на то, что композитная арматура не может быть согнута подрядчиком для получения нужных конструкций, Гремел считает, что это не является проблемой. «Стальная арматура, покрытая эпоксидной смолой, также не может быть согнута без повреждения покрытия», — сказал Гремел. «Мы можем согнуть стеклопластиковую арматуру при производстве в соответствии с дизайном инженера и подробной программой, что и как должно быть сделано». С появлением новых методик тестирования бетона с композитной арматурой, у собственников и конструкторов теперь появилась гарантия, что структура будет вести себя так, как и ожидается. Гремел замечает, что руководство по тестированию будет приведено с стандарту ASTM.

Арматура V-ROD компании Pultrall поставляется в США эксклюзивно фирмой Concrete Protection Products Inc. (CPPI, Даллас, Техас). Президент CPPI’, Сэм Стир (Sam Steere) докладывает о нескольких недавних проектах с использованием арматуры V-ROD, включая новый мост, который  перекрывает шоссе I-65 в Графсте Ньютон (Newton County), Индиана. Мост состоит из трех пролетов, длиной 58 метров, шириной 10,5 метров, с усиленным бетонным полотном, которое находится наверху I-образных стальных балок, которые поддерживаются бетонными опорами.  Бетонная плита толщиной 203 мм усилена стальной арматурой с эпоксидным покрытием в нижней половине, но в верхней половине использованы коррозийно стойкие композитные прутья V-ROD, вследствие того, что в этой части плиты возможность контакта с солями, использующимися для борьбы с обледенением, наиболее высока. Бетон был армирован двумя видами арматуры, с расстоянием от центров стержней 152 мм — арматурой  #5 (16 мм в диаметре) в поперечном направлении, и арматурой #6 (19 мм в диаметре) в продольном направлении. Вся структура была оборудована оптическими волоконными сенсорами при помощи исследователей из Университета Purdue University, для непрерывной оценки характеристик плиты посредством удаленного соединения. Стир говорит, что это первое использование композитной арматуры в мостовом полотне, сделанное Департаментом перевозок Индианы (Indiana Department of Transportation). 

Стеклопластиковая арматура Aslan 100 компании Hughes Bros. была недавно установлена в бетонном мосту в Морисон, Колорадо (Morrison, Colo.), построенным Департаментом Перевозок Колорадо  (Colo. Dept. of Transportation (CDOT)) при сотрудничестве с Городом и Графством Денвер Паркс (City and County of Denver Parks) и Департаментом Восстановления  (Recreation Dept). Для моста длиной 13.8 метра, перекрывающего Бир Крик (Bear Creek), использовалась стеклопластиковая арматура в основаниях, опорах,  откосных крыльях стены, парапетах и изогнутой монолитной бетонной арке. Полностью цельная композитная плита, которая находится наверху бетонной арки, была сделана компанией Kansas Structural Composites (Russell, Kan.). Арматура нескольких типоразмеров была вмонтирована в литые элементы, включая арматуру #5, #6 and #7 (19 мм в диаметре). Потребовалось много гнутых скоб и уникальных форм для достижения разработанной конструкции, подчеркивает Гремел, добавляя, что все они были предварительно сделаны на фабрике. Инженер CDOT Марк Леонард (Mark Leonard) говорит, что прошлые проекты штата с применением композитной арматуры были успешны, и арматура Aslan компании Hughes была выбрана из-за более низкой предложенной цены. Хотя мостовой настил подвергается минимальной транспортной нагрузке при низких скоростях, Леонард говорит, что конструктор моста Парсонс Бринкерхоф (Parsons Brinkerhoff (Denver, Colo. )) следовал всем конструкторским рекомендациям ACI и использовал новые методики тестирования ACI440.3R-04 для сертификации материалов.

Предполагается, что рынок композитной арматуры станет еще более конкурентоспособным когда упрочнится положение нового материала — базальтового волокна. Компания Sudaglass Fiber Technology (Хьюстон, Техас), производитель базальтового волокна, производство которого расположено в России и Украине, имеет задел на производственных мощностях в северном Техасе, говорит исполнительный вице президент Sudaglass, Грахам Смит (Graham Smith). По словам Смита, арматура на основе базальтового волокна и эпоксидной смолы сейчас производится по технологии пултрузии на Украине, и находится в процессе сертификации для использования в строительстве в США.

При плотности лишь немного выше, чем у типичного стеклянного волокна, базальтовое волокно имеет существенно более широкий диапазон рабочих температур от -260°C до 982°C, по сравнению с номинальным диапазоном от -60°C до 650°C для стеклянного волокна. Температура плавления базальта 1450°C делает его пригодным для использования в приложениях, требующих стойкости к огню. К тому же, замечает Смит, базальт демонстрирует превосходную стойкость к щелочной составляющей в бетоне без обращения к специальным сортировкам по размеру, используемым для защиты стеклянного волокна.

Каким бы не был выбор армирования, композитная арматура, вероятно, имеет более широкую привлекательность среди лиц, ответственных за принятие проекта. «Практическим результатом для хорошего инженера или конструктора, пытающегося решить проблему коррозии, является то, что при увеличении материальных затрат на 5-7% вы на 10-20 лет продлеваете срок эксплуатации структур с использованием композитной арматуры», — подводит итог Гремел.

 

Композитные сетки в сборных бетонных панелях: высокий потенциал

С момента первого доклада CT об использовании усиленных волокнами полимерных сеток в сборных бетонных конструкционных панелях («Composite Solutions Meet Growing Civil Construction Demands,» CT August 2002, p. 40), рынок показал значительный рост, говорит Бюсел. «Область этого применения огромна», — утверждает он. «Здесь есть огромный потенциал».

Направление возглавляется группой AltusGroup, консорциумом пяти производителей сборных бетонных панелей и производителя арматуры, компанией TechFab LLC (Anderson, S.C.), сформированным специально для продвижения технологии CarbonCast, при использовании которой недавно разработанные углеродно-эпоксидные сетки C-GRID заменяют традиционную сталь или арматуру в сборных структурах в качестве вторичного армирования. TechFab является 50/50 объединением компании Hexcel (Дублин, Калифорния) и компании Chomarat Group (Le Cheylard, Франция). До сих пор членами AltusGroup являются Oldcastle Precast (Edgewood, Md.), HIGH Concrete Structures (Denver, Pa. ), 2 компании, владельцем которых является Cretex Companies (Elk River, Minn.) и Metromont Prestress (Greenville, S.C.), но также могут быть приняты новые участники благодаря возрастающему объему продаж, говорит Джон Карсон (John Carson), руководитель коммерческого развития TechFab и глава программы технологий C-GRID. 

 

 

C-GRID является крупной сеткой из жгутов на основе углерода/эпоксидной смолы. Используется как замена вторичной стальной армирующей сетки в бетонных панелях и архитектурных приложениях. Размер сетки меняется как в зависимости от бетона и типа заполнителя, так и от требований к прочности панели. Источник: AltusGroup  

AltusGroup предлагает ассортимент продукции на основе CarbonCast, включая конструкционные и не строительные изолированные панели и наружную облицовку. C-GRID обычно заменяет вторичные армирующие элементы на основе сетки стальных нитей. В качестве первичного армирования по-прежнему во многих случаях используется обычная стальная арматура. C-GRID производится в эффективном, запатентованном квази-тканном процессе, который совмещает наложенные основу и уток углеродных волокон, смоченных высокореакционной эпоксидной смолой, в открытой структуре. Размеры ячейки сетки изменяются в пределах от 25.4 мм до 76 мм, в зависимости от требований к прочности панели, типа бетона и размера наполнителя. В процессе производства поверхности сетки придается шероховатость, которая улучшает прочность связи между сеткой и бетоном. Сетки, содержащие стеклянные, арамидные или полимерные волокна в сочетании с любым ассортиментом смол, также доступны в линейке продукции MeC-GRID компании TechFab. Как углеродные, так и не содержащие углерода сетки находят применение в других областях, таких как декоративные элементы, монолитные бетонные конструкции и ремонт или восстановление.

Панели CarbonCast имеют значительные преимущества, говорит Карсон. C-GRID гораздо более легкие и обладают свойствами растяжения почти в 7 раз лучшими, чем сталь. Вероятность разломов вследствие усадки при высыхании существенно снижена, и C-GRID не коррозирует, что устраняет часто проявляемые неприглядные пятна на поверхности бетонных панелей, армированных стальной арматурой.  Коррозийная стойкость позволяет использовать покрытие бетона толщиной всего 6.35 мм, в то время как может потребоваться до 76.2 мм покрытия для защиты стальной сетки от воздействия влаги. Таким образом, вес панели может быть уменьшен на 66% по сравнению с обычными панелями. Более легкие панели позволяют снизить общий вес стены, что соответственно требует меньшей стальной подструктуры, позволяя значительно снизить затраты на строительство. C-GRID также слабо проводит тепло, так что величина изоляции панели не меняется. Более того, при помощи пилы в панелях могут быть прорезаны отверстия непосредственно на месте работ, что невозможно сделать при использовании стальной сетки для армирования. Все эти преимущества в итоге выражены в снижении расходов на транспортировку, возведение и подструктуру, что способствует более эффективному строительству.

На сегодняшний день было продано более 3 млн. кв. футов панельной продукции CarbonCast и спрос так высок, что TechFab недавно анонсировала крупные планы по развитию. Новая фабрика вместит добавочную линию по производству сетки, что, по словам Карсона, должно быть сделано в октябре этого года. Анонс планов близко соответствует долговременному соглашению с Zoltek Corp. (St. Louis, Mo.), компанией-поставщиком волокна Panex 35, используемого в C-GRID. По словам Карсона, соглашение обеспечит последовательные поставки для C-GRID  во время первых лет запуска продукции. «Компания Zoltek была нашим первым поставщиком волокон и партнером с первого для этого проекта», — заметил Карсон.

Сборные панели были использованы в таком многообразии проектов как кинотеатры, церкви и парковочные гаражи. Последним проектом был офисно-складской комплекс Cardinal Health рядом с Балтимором (Baltimore) площадью 332 000 кв. футов. Были отлиты панели CarbonCast длиной до 15.5 метров, для формирования двухэтажных наружных вертикальных стен здания. Каждая панель представляет собой сэндвич структуру с изоляционным слоем пены толщиной 152 мм между облицовками, состоящими из наружной кирпичной перегородки толщиной 50 мм (бетонный слой) и внутренней кирпичной перегородки толщиной 100 мм. C-GRID, расположенная перпендикулярно к поверхностям панелей, соединяет внутреннюю и наружную облицовки, обеспечивая усиление на срез.

«С этой концепцией мы направляемся к высшей ступени», — говорит Карсон. «Мы добавляем новую продукцию, чтобы обеспечить расширение ее применений».

 

Армированный волокнами бетон : проявление прочности

Использование коротких волокон в бетоне для улучшения его свойств было признанной технологией на протяжении десятилетий, и даже веков, если принять во внимание, что в Римской Империи строительные растворы были армированы конским волосом. Армирование волокнами усиливает прочность и упругость бетона (способность к пластической деформации без разрушения) посредством удерживания части нагрузки при повреждении матрицы и препятствуя росту трещин. Др. Виктор Ли (Dr. Victor Li) из Университета Мичиган (University of Michigan) исследовал свойства высокоэффективных  армированных волокнами цементных композитов, чрезвычайно высокоэффективных подгрупп армированного волокнами бетона, и он считает, что признание этого материала будет расти, до тех пор пока характеристики, низкая стоимость и простота исполнения сохраняются.

«Использование этого материала может привести к устранению использования арматуры, работающей на срез, что приведет к снижению материальных и трудовых затрат», — говорит Ли. «Прореживаемая структура снижает объем материала и собственный вес, и делает транспортировку более легкой. Общее снижение затрат по этим факторам может легко оправдать расходы на армированный волокнами материал».

Официальное признание армированного волокнами бетона способствовало публикации стандартов и руководств по его использованию за последние пять лет (смотрите CT July/August 2001, p. 44). С этого времени начался расцвет коммерческих приложений.

Гигант строительных материалов, компания Lafarge SA (Париж, Франция), продвигает свой высокоэффективный армированный волокнами бетонный материал, торговое название Ductal, вот уже около 10 лет, нацеливаясь на широкий диапазон гражданской инфраструктуры и архитектурных приложений. Ductal является смесью цемента, кварцевой крошки, кварцевой муки, мелкого кварцевого песка, пластификаторов, воды и стальных или органических волокон, обычно 12 мм длиной. Вик Перри (Vic Perry), вице президент/генеральный директор направления Ductal, говорит, что комбинация мелкозернистых порошков, выбранных по соответствующему размеру зерен, создает максимальную компактность при отверждении, что выражается в полном отсутствии пористости и фактически исключает доступ влаги и потенциальную коррозию стальных волокон. Волокна из поливинилового спирта обычно используются в архитектурных и декоративных приложениях, для предотвращения вероятности поверхностного травления, которое может иметь место при коррозии стальных волокон, и для удаления абразивности в местах, где предполагается контакт человека с поверхностью. Производителям изделий из бетона и поставщикам растворов материалы продаются в мешках.

«Добавление волокон позволяет материалу деформироваться пластично и выдерживать растягивающие нагрузки», — говорит Перри. «Волокна привносят прочность и улучшают микроструктурные свойства».

В зависимости от типа используемых волокон, выдерживаемые материалом Ductal нагрузки на сжатие варьируются от 150 МПа до 200 МПа, для сравнения у стандартного бетона эта величина 15-50 МПа. Проверенная прочность на изгиб составляет 40 МПа, говорит Перри. Ductal, армированный стальными волокнами Lafarge’s Forta steel fibers, был использован для сборного строительства и в нескольких предварительно напряженных мостовых балках. В Saint Pierre La Cour, Франция, 20-ти метровый перевозочный мост был сконструирован с применением 10-ти I-образных балок из Ductal, поддерживающих традиционную монолитную армированную стальной арматурой бетонную плиту толщиной 170 мм. Сборные балки, не содержащие арматуры, углублены на 600 мм и были предварительно напряжены при помощи стальных плетеных кабелей толщиной 13 мм, размещенных в нижней кромке. Напряжение прикладывается к кабелям перед тем, как Ductal заливается в форму балки. Как только бетон покрывает кабели и материал начал твердеть, они обрезаются, что, в сущности, прикладывает напряжение сжатия к бетонной смеси.

Когда вы подвергаете предварительно напряженную балку любому изгибу, объясняет Перри, она не испытывает растягивающих нагрузок, а вместо этого «разжимается», значительно улучшая характеристики. Вследствие прочности Ductal, балки не требуют армирования арматурой, что значительно снижает вес.

Структуры из Ductal, в сечении имеющие форму греческой прописной буквы «?» (по сути  балка коробчатого сечения без нижней кромки), функционируют как настил и как балки на опытном мосту, установленном на тестовом пути в Лаборатории Федеральных Магистралей США им. Тернера Фэйрбэнка (U.S. Federal Highway Authority’s (FHWA) Turner Fairbank Laboratory), для исследования пригодности дизайна к будущему строительству высокоскоростных трасс. «?»-образная балка-настил сконструирована для выдерживания нагрузок, определенных Американской Ассоциацией Государственных Магистралей и Перевозок (American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO)). 

 

 

 

Усиленный волокнами бетон был использован для изготовления этих предварительно напряженных мостовых балок на тестовом производстве FHWA. Использование арматуры не потребовалось из-за высокой эластичности и прочности материала, которая была придана ему стальными армирующими волокнами, добавленными в бетонную смесь. Источник: LaFarge  

«Балки из Ductal имеют большую протяженность при том же весе балки», — говорит Перри. «В итоге, мы увидим армированный волокнами бетон в балках и мостовых настилах».

Компания SI Concrete Systems. (Chattanooga, Tenn.) является производителем армирующих волокон для бетона. SI предлагает Novomesh, Fibermesh и другую продукцию из волокон которая используется в качестве альтернативы вторичной армирующей сетки из стальных нитей и легкой арматуры как в офисных, так и в жилых приложениях, говорит Хал Пэйн (Hal Payne), руководитель стратегических союзов компании SI Concrete Systems. SI предлагает полипропиленовые волокна, стальные волокна, макросинтетические волокна (macrosynthetic fibers) и промышленные смеси. По словам Пэйна, продукты на основе полипропиленовых волокон необходимы для контроля ранней стадии трещин, возникающих из-за пластической усадки, для предотвращения роста этих трещин в большие щели во время высыхания бетона. Novomesh 950 является новым продуктом компании и состоит из смеси необработанных макросинтетических и отборных, фибрилированных микросинтетических волокон. Пэйн говорит, что этот продукт дает такой же хороший результат, как и использование стальных волокон, предназначенных для промышленных плит перекрытий.

Компания Kingspan (Sherburn, Malton, N. Yorkshire, U.K.), являющаяся специалистом по бетонному строительству, использует волоконные добавки для бетона производства Bekaert Building Products (Friedrichsdorf, Germany). Формованные стальные волокна Dramix компании Bekaert добавляются в бетон при производстве полов и кровель без армирования стальными сетками. Продукт является идеальным для строительства в сжатые сроки, такие как расширение трехэтажного Spurriergate в имеющий историческое значение город Йорк Великобритании (U.K. city of York). Т.к. бетон не требует армирования стальной сеткой, изначально устраняются стоимость стальной сетки и все трудозатраты, необходимые для доставки рулонов арматуры, ее резку и установку в многоэтажном здании до операций по заливке бетона. Бетонные полы, армированные волокнами, были установлены в единой операции, при помощи простой доставки армированного волокнами материала прямо к каждому полу, используя автоматическое насосное оборудование. 

В Австралии, Франции, Японии и США, предварительные конструкторские руководства теперь дают методические указания и допуски для армированного волокнами бетона, что является значительным показателем в его возрастающем признании конструкторами, инженерами и ответственными лицами на рынке инфраструктуры. «Материал предлагает такие решения, как быстрота строительства, улучшенный внешний вид, великолепная эластичность и стойкость к коррозии», — говорит Перри. «Это переводится в снижение расходов на обслуживание и более длительное время эксплуатации структуры».  

Композитные трансформаторные подстанции — Новости

03.06.2020

Производство трансформаторных подстанций из композитных материалов
8 (800) 350-75-17
8 (812) 622-59-12

ГК «ЭлектроЩитСоюз» (ООО «ЭЩС») более 10 лет работает на рынке электроэнергетики.

Одной из наших специализаций является производство комплектных трансформаторных подстанций, щитового оборудования и распределительных пунктов среднего напряжения.

Мы обеспечиваем полный цикл производства:
Разработка конструкторской документации
Согласование проекта
Изготовление
Сборка
Поставка
Ввод в эксплуатацию и дальнейшее сопровождение проекта

Новинкой нашего производства являются
трансформаторные подстанции
в композитной оболочке

Использование композитного материала в качестве оболочки для комплектной трансформаторной подстанции позволяет значительно улучшить производственные и эксплуатационные характеристики изделия.

При производстве используются материалы только Российского производства.

1. Вес
Композитный корпус КТП в несколько раз легче стандартных оболочек из металла и бетона. Это позволяет удешевить строительные и погрузо-разгрузочные работы на объекте строительства. Вес бетонного аналога 15,5тн, вес композитного — ~ 950 кг.

2. Высокая удельная прочность
Удельная прочность корпуса из композитных материалов доходит до 3000 Мпа. Бетон марки б30 имеет показатель 1200 Мпа.

3. Жёсткость конструкции
Модуль упругости достигает до 240 Мпа, при минимуме 130 Мпа. Бетон марки б30 имеет модуль упругости — 32,5 Мпа.

4. Устойчивость к климатическому воздействию, ультрафиолету и коррозии
Бетонные изделия подвержены климатическим влияниям на материал. В композитном исполнении этот недостаток отсутствует. При производстве оболочки КТП из композитных материалов отсутствуют элементы подверженные коррозии.

6. Высокая ударопрочность и антивандальные свойства
Композитный материал устойчив к механическим воздействиям (удары, сколы и т.п.).

7. Диэлектричность
Используемые в производстве корпуса материалы являются только диэлектриками (диэлектрические смоляные составы, композитные компоненты, различные добавки, стекловолокна).

8. Низкий тепловой коэффициент линейного расширения.
В условиях использования крайне низких и крайне высоких температур композитный материал не меняет свои геометрические свойства. Широкий диапазон рабочих температур от -50 да +50 С.

9. Негорючесть
Все используемые компоненты (составы смол, стекловолокна и добавки) относятся к классу горючести Г1 – слабогорючие (продолжительность самогорения — 0 сек.).

100%-е импортозамещение
Лучшее соотношение цена/качество выпускаемой продукции
Любые нестандартные решения (конструктив, цвет, материал, габариты)
Полная гарантия соблюдения сроков производства

Заказывайте:
8 (800) 350-75-17
8 (812) 622-59-12

Отправить запрос

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!

ЭЗКМ / Композиты и бетон

(Будущее развитие и применение композитных материалов. Материал подготовлен на основе информации от представителей компаний Thetford Mines, Hughes Bros., USA и Pultrall, Canada).

 Бетон применяется во многих отраслях, и проявил себя как недорогой и многогранный материал для строительства. На этом сайте представлены данные о том, как изготовить бетон, который будет устойчив к различным воздействиям и нагрузкам снаружи, что обеспечит его длительную службу.

 Бетон – это истинный композит, состоящий из песка и гравия, а связывает их между собой цемент. Чтобы усилить прочность бетона необходимо добавить металлическую арматуру. Бетон хорошо показал себя во время нагрузок на сжатие, однако при растяжении он оказался хрупким и непрочным. Трещины в бетоне появляются во время растягивающих напряжений и при усадке, когда бетон затвердевает. В итоге вода через трещины попадает в бетон и это приводит к коррозии арматуры из металла, она разрушается и теряется целостность бетона.

 Отличным коррозийным сопротивлением обладает композитная арматура, благодаря этому она заняла достойное место на рынке строительства. Источник: Hughes Bros.

 Пластик усиливается специальными волокнами на основе базальтопластика и стеклопластика и уже длительное время рассматривается в качестве материала, который улучшает характеристики бетона. В разработке специфицированный документов и методик тестирования материалов на основе пластиков, усиленных волокнами, помогли американский Институт бетона и японское сообщество строительных инженеров. Эти материалы уже допущены к применению и устойчиво прикрепились в строительстве, где применяется бетон и бетонные конструкции. Джон Бюсел, председатель ACI’s Committee 440, рассказал о том, что теперь есть не только конструкторские документы, но и методики тестирования этих материалов. Общество ACI’s Committee 440 основано в 1990 году, главной задачей которого является обеспечить инженеров и конструкторов подробной информацией о композитных материалах.

 В различных отраслях широко применяется арматура из композитных материалов и армирующая сетка, изготовленная из нее. Материалы, основанные на усиленных волокнах бетона, также уже разработаны и успешно применяются. В таких материалах для армирования применяются волокна из стали или полимеров. Фибробетон – это бетон, усиленный волокнами, применяется при производстве таких строительных сооружений как настилы, напольные плиты и сборные части зданий.

 

КОМПОЗИТНАЯ АРМАТУРА

 Арматура из композитных материалов начала свой путь от экспериментальных образцов и за минувшие 15 лет эффективно заменила сталь во многих областях промышленности и строительства. Дуг Гремел, руководитель компании Hughes Bros. (Seward, Neb.), которая занимается производством армированных изделий, рассказывает, что стеклопластиковая арматура применяется довольно часто и становится конкурентным рынком. Также известно, что база знаний по этому материалу в настоящее время достаточно полная, нежели 10 лет назад.

 Композитная арматура для некоторых проектов в строительстве является единственно доступным материалом.

К таким проектам относятся строительство отделений для магниторезонансной томографии в больницах или пункты на автострадах, которые взимают дорожную плату. Арматуру из стали в таких проектах невозможно использовать, т.к. она взаимодействует с электромагнитным сигналом, который исходит от оборудования.

 Электромагнитной прозрачностью обладает композитная арматура и, в отличие от арматуры из стали, она имеет стойкость к коррозии. Композитная арматура очень легкая, ее вес не превышает четверти веса стальной арматуры. Доказано, что композит имеет такие теплоизоляционные свойства, которые способны препятствовать протеканию тепла в строительных конструкциях.

 Фирма Hughes Bros. и фирма Pultrall (Thetford Mines, Canada) – это самые крупные компании, которые занимаются производством арматуры из композитных материалов в северной Америке. Они утверждают, что для того, чтобы изготовить композитную арматуру необходимо применить технологию пултрузии, в которой армирующим наполнителем выступает ровинг из Е-стекла, а связывает их винилэфирная смола.

Композитная арматура марки Aslan, которую выпускает компания Hughes, выполняется с нанесением специальной спиральной закрутки, что добавляет арматуре волнообразный профиль, а стержни марки V-ROD фирмы Pultrall выпускаются гладкими. Снаружи такая арматура покрывается песком, который необходимо наносить во время производственного процесса. Благодаря такой технологии поверхность арматуры становится шероховатой, что помогает протеканию процесса адгезии в бетоне. Для обеспечения прочности арматуры и получения наилучшей коррозионной стойкости к щелочной среде в цементе, необходимо использовать винилэфирные смолы высокого качества и волокна необходимого размера.

 Благодаря руководству ACI 440.1R-03, в котором описывается проектирование и конструирование бетона, упрочненного стеклопластиковой арматурой, разрабатывается основа бетона с применением арматуры из композитных материалов. Точность в технологии необходима, потому что механические свойства стекла не похожи на свойства обычной стали. Крупные фирмы Hughes и Pultrall входят в состав Совета Производителей арматуры из стеклопластика, который курирует Американское Общество Производителей Композитов. Их главной задачей является подготовка оптимальных требований и норм для композитной арматуры.

 Проблемой даже не является то, что данная арматура не сгибается для получения требуемых конструкций, так как во время процесса гибки может повредиться покрытие. Однако можно изготовить уже изогнутую стеклопластиковую арматуру во время производства согласно представленному проекту. С выходом доступных методик тестирования армированных композитной арматурой бетонов, увеличились гарантии у конструкторов, что полученная структура будет вести себя так, как положено по предписанным требованиям. Стандарт ASTM (American Society for Testing and Materials) разрабатывает и издаёт необходимые стандарты для продуктов, материалов, систем и услуг. Руководство по тестированию композитной арматуры полностью соответствует этим стандартам.

 Фирма Concrete protection products Inc. (CppI, Даллас, Техас) поставляет в США композитную арматуру марки V-ROD от компании Pultrall . Есть вся необходимая информация о последних проектах с использованием арматуры V-ROD, а именно новый мост, который перекрывает шоссе I-65 в Графсте Ньютон, штат Индиана.

 Длина моста составляет 58 метров, а ширина – примерно 10,5 м. Мост насчитывает три пролета, усиленные бетонным полотном, которое проложено сверху I-образных балок из стали. Балки непосредственно установлены на бетонных опорах. Арматура из стали с эпоксидным покрытием усиливает в нижней половине бетонную плиту, которая имеет толщину 203 мм. Композитные прутья марки V-ROD используются для верхней половины бетонной плиты. Это сделано, чтобы усилить коррозионную стойкость бетона, из-за того, что в верхней части плиты существует вероятность соприкосновения с солями, которые используются для борьбы с гололедом на дорогах. Бетон в полотне армируется в этом проекте двумя видами арматуры, на расстоянии от центровых точек стержней 152 мм – арматурой #5 диаметром 16 мм в поперечном направлении, и арматурой #6 диаметром 19 мм в продольном направлении. Этот проект является одним из первых проектов мостового плотна с использованием арматуры из композитных материалов. Его спроектировал Департамент перевозок штата Индиана.

 Во время возведения моста из бетона в Морисоне, штат Колорадо была применена арматура из стеклопластика марки Aslan 100 от компании Hughes Bros. Строительство моста был выполнено благодаря Департаменту перевозок Колорадо совместно с поддержкой города и Графства Денвер Паркс. Для возведения такой конструкции общей длиной 13.8 метра, который перекрывает Бир Крик, арматура из стеклопластика была использована в опорах, основаниях, в откосах стеновых крыльев, парапетах и для изогнутой монолитной арки из бетона. Компания Kansas Structural Composites изготовила цельную композитную армированную плиту, которую установили наверху бетонной арки. Арматура из композитного материала нескольких типоразмеров была предусмотрена в литых элементах моста. Чтобы получить соответствующую проекту конструкцию, потребовалось большое количество изогнутых скоб и специальных форм. Все эти конструкции были изначально подготовлены на заводе. Применение данной арматуры в проектах было всегда успешным, а на продукции марки Aslan от компании Hughes остановились из-за ее приемлемой цены. При конструировании моста придерживались всех рекомендаций ACI и применяли новейшие методики тестирования ACI440.3R-04.

 Использование нового материала, который называется базальтовое волокно, возможно сделает рынок композитной арматуры еще более конкурентоспособным. Производство такого волокна расположено не только в США, но и на территории РФ и на Украине. Из достоверных источников известно, что арматура композитная на основе волокон из базальта и эпоксидной смолы на данный момент выпускается с помощью пултрузии на Украине.

 Базальтовое волокно обладает более высокой плотностью по сравнению со стеклянным волокном, что обуславливается широким диапазоном температуры от -260°C до 982°C. А стеклянное волокно имеет номинальный рабочий диапазон от -60°C до 650°C. Базальт отлично подойдет для применения в конструкциях и сооружениях, которые требуют стойкости к огню, так как имеет температуру плавления 1450°C. Ещё базальт очень устойчив к щелочам в бетоне. Благодаря чему не придется использовать специальный дополнительный защитный слой в бетоне, который применяется для защиты стеклянного волокна.

 Композитная арматура, несомненно, понравится людям, которые несут ответственность за принятые решения по поводу строительства на основе этого нового материала. 

 

СЕТКИ КОМПОЗИТНЫЕ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В СБОРНЫХ ПАНЕЛЯХ ИЗ БЕТОНА

 Рынок продаж показал значительный рост с момента выхода первой информации о применении сеток из полимеров, усиленных за счет волокон, в конструкциях сборных панелей из бетона. Многие утверждают, что область их применения огромна и в будущем существует огромный потенциал.

 Группа AltusGroup возглавляет данное направление и выступает синдикатом между пятью производителями сборных панелей из бетона и производителями арматуры, компании TechFab LLC (Anderson, S.C.). Группа создавалась специально для рекламирования продукции CarbonCast, в которой применяются сетки из углеродно-эпоксидных материалов C-GRID, чтобы заменить сталь или арматуру в сборных конструкциях

 TechFab LLC объединяет в себе две компании Хексел, расположенную в Дублине и в Калифорнии, и Chomarat Group, расположенную во Франции.

 По технологии C-GRID изготовляется большая сетка из арматуры на основе углепластика, которая основывается на углеродных волокнах и эпоксидной смоле. Применяется для того, чтобы заменить вторичную армирующую стальную сетку в панелях из бетона и архитектурных приложениях. Размер такой сетки может меняться и зависит от бетона, типа заполняющего вещества, а также зависит от прочностных требований, предъявляемых к панели.

 Фирма AltusGroup предлагает огромный набор товара на основе CarbonCast, который включает конструкционные отдельные панели и наружную облицовку. Первичным армированием выступает обычная стальная арматура. Во время технологического процесса C-GRID в открытой конструкции сочетается наложение основы и укатка углеродных волокон, которые смачивают в эпоксидной высокореакционной смоле. Ячейка сетки меняет свой размер в диапазоне 25.4 – 76 мм, окончательный размер будет зависеть от разновидности бетона, от прочностных требований к панели и размера наполнителя. В процессе производства необходимо придать шероховатость поверхности сетки, это делается для того, чтобы улучшить прочностные связи с бетоном. Продукция C-GRID от компании TechFab знаменита своими композитными сетками, которые содержат стеклянные или полимерные волокна, сочетающиеся с различными смолами. Сетки композитные из углеродных волокон или без них всегда будут использоваться в различных направлениях в строительстве. Например, в таких как, монолитные бетонные конструкции, декоративные элементы, восстановление или ремонт.

 Панели CarbonCast имеют много преимуществ, так как сетки C-GRID намного легче, чем стальные, свойства растяжения у них почти в 7 раз лучше, чем у стальных. Сетки C-GRID не коррозирует, вследствие чего, вероятность растрескивания конструкций из бетона при усадке и высыхании снижена, из-за того, что не появляются коррозионные пятна на поверхности панелей из бетона, армированных стальной арматурой. Композитные сетки благодаря своей коррозийной стойкости обеспечивают применение покрытий из бетона толщиной всего 6.35 мм, однако может потребоваться толщина покрытия до 76.2 мм для того, чтобы защитить стальную сетку от воздействия влаги. Благодаря чему вес бетонной панели будет уменьшен на 66% в сравнении с обычными панелями, которые армируются только стальной арматурой. Общий вес стены снижается за счет более легких панелей, благодаря чему необходимо меньше стальной подструктуры. Все эти составляющие позволяют снизить расходы на производство конструкций в значительной мере.

 Сетка C-GRID характеризуется слабой проводимостью тепла, благодаря чему показатели тепловой изоляции у панелей не изменяются. Ещё одной особенностью является то, что в панелях с сеткой C-GRID прорезаются отверстия прямо на месте, где ведутся работы, что нереально сделать во время применения сетки из стали для армирования. Такие преимущества композитных сеток снижают расходы на ее транспортирование к месту строительства конструкции.

 Продукция CarbonCast имеет огромный спрос на сегодняшний день, вследствие чего компания TechFab начала создание новейшей фабрики, которая будет оснащена несколькими линиями по производству сетки.

 Сборные панели этой торговой марки применялись в различных строительных проектах, а именно для постройки кинотеатров, церквей и парковочных гаражей. Недавно был построен офисно-складской комплекс Cardinal Health недалеко от Балтимора, общая площадь которого составляет 332 000 кв. футов. Для реализации этого проекта были изготовлены панели CarbonCast общей длиной достигающей 15 м. Их применяли для создания наружных двухэтажных стен здания. Каждая панель имеет вид сэндвич структуры с изолирующим пенным слоем, толщина которого 152 мм, данный слой располагается между облицовочными панелями. Наружная кирпичная перегородка панели имеет толщину 50 мм, внутренняя кирпичная перегородка составляет 100 мм. Композитная сетка C-GRID, была расположена в перпендикулярном положении к поверхности панелей, ее задачей стало соединить внутреннюю и наружную облицовки и обеспечить конструкции усиление на срез.

ФИБРОБЕТОН

 Фибробетон – это бетон, в который введены короткие волокна – фибры для улучшения свойств. Об этом материале хорошо отзываются на протяжении очень длительного времени, причем, есть достоверная информация, что еще в Римской Империи растворы для строительства изготовляли с применением конского волоса. Армирование бетона за счет таких волокон повышает его прочность и упругость вследствие того, что происходит удерживание части нагрузки, за счет чего трещины не росли при повреждении матрицы бетона. Изучать характеристики высокоэффективного цементного композита, армированного волокнами, пришлось доктору Университета штата Мичиган Виктору Ли. Он уверенно заявляет, что слава данного материала будет однозначно расти, если будут следить за сохранением его механических свойств. Этот материал характеризуется невысокой стоимостью и простым получением. Им сказано, что применение фибробетона приведет к тому, что вскоре откажутся от использования арматуры, которая работает на срез. Такой подход, несомненно, снизит материальные и трудовые затраты. Транспортировка фибробетона оказывается во много раз легче и удобней. Общие затраты, сниженные по этим статьям, однозначно оправдают расходы на применение материала, армированного волокнами.

 Благодаря всемирному признанию материала фибробетона за последние 12 лет было подготовлено большое количество стандартов и руководств по его применению. С августа 2011 года начался расцвет коммерческих предложений материала фибробетон.

 Lafarge SA (Paris, France) – это одна из самых больших строительных компаний, которая специализируется уже более 10 лет на высокоэффективном фибробетоне, и продвигает его под торговой маркой Ductal. Продукция Ductal состоит из кварцевой муки, смеси цемента, пластификаторов, кварцевой крошки, мелкого кварцевого песка, воды и стальных или полимерных волокон. Общая длина этой продукции составляет 12 мм. Вице президентом компании Lafarge SA и по совместительству генеральным директором направления Ductal является Вик Перри. Он заявляет, что благодаря специальной комбинации мелкозернистых порошков получится максимальная плотность во время затвердевания бетона. При таком сочетании полностью отсутствуют поры, и практически исключается попадание влаги в середину бетона, вследствие чего не происходит коррозии волокон из стали.

 Фибробетон на основе волокон из поливинила часто применяется в архитектурных и декоративных целях. Этот материал предотвращает вероятность появления поверхностного травления, которое обычно проявляется при коррозии волокон из стали в бетоне. Такой метод позволяет удалять абразивность между предполагаемым местом контакта человека и бетона. Материал доставляется в мешках производителями изделий из бетона и поставщиками растворов. Вик Перри подтвердил, что при добавлении волокон, улучшается пластическая деформация материала, благодаря чему материал с легкостью выдерживает растягивающие нагрузки. А также гарантировано, что волокна имеют возможность усилить прочностные и микроструктурные свойства бетона.

 Нагрузки на сжатие будут зависеть от типа применяемых волокон для материала Ductal и меняться в диапазоне от 150 МПа до 200 МПа. У бетона эта величина варьируется от 15-50 МПа. Гарантированная прочность на изгиб материала Ductal – 40 МПа. Материал Фибробетон фирмы Ductal, основанный на волокнах из стали производства Lafarge’s Forta steel fibers, применялся для строительства сборных конструкций и при изготовлении нескольких изначально напряженных мостовых балок. Во Франции был построен грузовой мост общей длиной 20 м с использованием 10-ти балок I-типа, выполненных их материала Ductal. Главной задачей этих балок является удерживать цельную бетонную плиту, изготовленную по традиционному способу – с помощью армирования стальной арматурой, толщина которой 170 мм. Сборные балки без арматуры по проекту углублялись на 600 мм и были изначально напряжены стальными плетеными кабелями, толщина которых 13 мм, которые размещались в нижней кромке. Технология предусматривает, что напряжение прикладывается к кабелям до того, как Ductal заливается в форму балки. После того, как бетон покрыл кабели, и материал твердеет, кабели обрезаются, такой процесс создает напряжение сжатия в бетонной смеси.

 При предварительном напряжении балки любым изгибом, по словам Перри, она не способна испытывать растягивающих нагрузок. Все что она делает – это просто «разжимается», что значительно улучшает ее свойства и характеристики. Прочность фибробетона Ductal позволяет не армировать балки арматурой, благодаря этому снижается их вес.

 Фибробетонная структура Ductal имеет в сечении форму балки, напоминающую коробчатую форму без нижней кромки. Их применяют как для настила, так и для балок экспериментального моста на тестовом пути Лаборатории Федеральных Магистралей США. Такой процесс позволяет исследовать пригодность конструкции для удачного строительства в будущем высокоскоростных трасс. Нагрузки для балок «П» определила Американская ассоциация государственных магистралей и перевозок. Настилы имеют конструкцию, которая с легкостью выдерживают эти нагрузки.

 Чтобы изготовить эти изначально напряженные мостовые балки на тестовом пути применялся фибробетон. Полученный из бетона материал, армированный стальными волокнами, характеризовался высокой степенью эластичности и прочности, благодаря этому применение арматуры не понадобилось. В источнике LaFarge написано, что балки из фибробетона Ductal имеют большую протяженность при весе близком к весу бетонной балки. Это позволяет довольно широко использовать фибробетон в мостовых настилах и балках.

 На данный момент компания SI Concrete Systems является главным производителем армирующего волокна для бетона. Эта компания представляет волокна марок Novomesh, Fibermesh и другую продукцию из фибробетона. По словам руководителя главных подразделений компании SI Concrete Systems Хал Пэйна, такие материалы очень хорошо применять вместо вторичной армирующей сетки, нитей из стали и легкой арматуры для офисных и жилых зданий.

 Компания SI занимается производством полипропиленовых волокон, стальных волокон, макросинтетических волокон и промышленных смесей. Хал Пэйн утверждает, что материалы, выполненные на основе волокон из полипропилена нужны, чтобы контролировать появление ранних стадий образования трещин. Эти трещины могут возникнуть из-за пластической усадки бетона, очень важно предотвратить их рост и появление огромных щелей во время просыхания бетона.  Novomesh 950 – это новый продукт компании, который представляет собой смесь из неочищенных макросинтетических и специально подобранных фибрилированных микросинтетических волокон. По словам Пэйна применение такого продукта даст такие же отличные результаты, как и использование волокон из стали в бетоне, который предназначается для плит перекрытий.

 Большим специалистом в строительстве с использованием бетона является компания Kingspan. Эта компания применяет фибродобавки для бетона, которые производятся фирмой Bekaert Building products (Германия). При изготовлении полов и кровель без применения армирующих стальных сеток в бетон добавляют формованные волокна из стали Dramix от фирмы Bekaert. Из-за того, что бетон не нуждается в армировании стальной сеткой, он является идеальным продуктом для строительства в сжатые сроки. В дополнение к этому его можно заранее не закупать, благодаря этому отсутствуют все трудозатраты, которые связаны с доставкой рулонов арматуры, резкой и установкой арматуры в многоэтажном здании до операций по заливке бетона. Полы из фибробетона устанавливаются в едином цикле — для этого лишь потребуется доставить материал, армированный волокнами, прямо к каждому месту заливки.

 Разные страны предоставляют конструкторские руководства, в которых даны все методические указания и допуски для фибробетона. Это говорит о том, что фибробетон, как строительный материал, признан конструкторами, инженерами и ответственными лицами по всему миру. Перри утверждает, что применение фибробетона позволит осуществить такие преимущества, как быстрота в строительстве, усовершенствованный внешний вид, отличная упругость и устойчивость к коррозии. Такой процесс снизит расходы на обслуживание и более длительное время эксплуатации структур. 

 

НА ГЛАВНУЮ СТРАНИЦУ

Композитные конструкции Лахта центра: выгодно и надежно: lakhtacenter — LiveJournal

Почему для создания конструкции небоскреба Лахта центра взяли композитный материал? Объясняет выбор и делится деталями этой технологии главный инженер Лахта центра Сергей Никифоров.


Выбор пал на композитные конструкции для реализации проекта «Лахта центр», по словам специалиста, так как это выгодно и надежно: «Это идиллия совмещения металла и бетона. Мы взяли все преимущества металла – это скорость, удобовозводимость сооружения в холодный период и на высоте. А у бетона позаимствовали его положительные стороны – это устойчивость к пожарной нагрузке, схожесть ползучести и усадки внешнего периметра башни и ядра. Металл в композитной (сталежелезобетонной) конструкции занимает до 17%, включая арматурные изделия. Остальное – бетон. При этом используем высокую марку бетона «B 80» для наиболее оптимальной совместной работы материалов. И это – наши колонны, которые служат для устойчивости здания, располагаясь по периметру».

Скелет башни условно выглядит так: центр здания — круглое железобетонное ядро, от него лучами отходят стальные балки, опирающиеся на сталежелезобетонные колонны по фасадному периметру. Кроме стали (жесткая арматура, которую вставляют в колонну) есть еще фоновая арматура – традиционные арматурные стержни, которые находятся по периметру колонны.

Сергей Никифоров отметил. что при переходе с чистого металла на композит получился выигрыш в сроках строительства и в подборе оборудования для подъема на высоту: «Колонна из чистого металла высотой 4,2 метра очень тяжелая. На нижних этажах таких колонн нужно много. И хотя изначально проектировщики рассматривали возможность применения стальных конструкций из обыкновенных металлических слябов (Сляб – плита, пластина, большой кусок; в металлургии – полупродукт металлургического производства: стальная заготовка прямоугольного сечения с большим отношением ширины к высоте – до 15. – Прим. ред.), все же было принято решение выполнить колонны в виде композитных конструкций после детального анализа с управляющим по строительству графика и технологии возведения».


Стальные сердечники вертикальных колонн высотного здания «Лахта центра».

Несущая способность деревобетонных композитных панелей

Аннотация:

Деревобетонные композитные панели, благодаря своим преимуществам, являются одной из самых популярных альтернатив обычным плитам из чистого дерева или бетона. При анализе несущей способности деревобетонных композитных панелей, подверженных изгибу, важным компонентом является система соединения между слоем бетона и древесиной, которая влияет на распределение напряжений и деформации конструкции. Данное исследование включает в себя проверку возможности увеличения эффективности использования бетона и древесины, а также увеличения несущей способности деревобетонных композитных панелей путем создания жесткого соединения древесины с бетоном.  Экспериментально проверена возможность образования жесткого соединения древесины с бетоном при использовании гранитного щебня в качестве шпонок. Работа под нагрузкой деревобетонных композитных панелей исследована при помощи метода приведенных сечений и метода конечных элементов, а также экспериментально. Четыре деревобетонные композитные панели были загружены статической нагрузкой до разрушения по схеме трехточечного изгиба. Варианты панелей с жестким и комбинированным соединениями древесины с бетоном были рассмотрены. Жесткое соединение бетона с древесиной было обеспечено при использовании гранитного щебня, приклеенного на поверхности поперечно ламинированных деревянных панелей при помощи эпоксидного клея. Размер частиц гранитного щебня менялся в пределах от 16 до 25 мм. Комбинированное соединение бетона с древесиной было обеспечено при использовании шурупов и гранитного щебня. Шурупы были размещены под углом 45 градусов относительно продольных осей поперечно ламинированных деревянных панелей, направление которых совпадает с направлениями волокон наружных слоев. Показано, что несущая способность деревобетонных композитных панелей в 1,9 раз превышает таковую для поперечно ламинированных деревянных панелей, использованных в качестве основы. Наибольшая несущая способность в 43 кН была получена для деревобетонной композитной панели с жестким соединением древесины с бетоном.

Преимущества и недостатки композитного бетона

Бетон является древним строительным материалом. Но современный его состав, в который входит цемент, начал использоваться только в 19 веке. С того времени технология приготовления бетона продолжает развиваться. Постоянно внедряются новые компоненты, повышающие его качество, что положительным образом влияет на характеристики прочности и надежности, одновременно снижающие себестоимость строительства.

Свойства железобетонных конструкций

Бетонно-цементный раствор обладает высокой прочностью, однако, уровень надежности при растяжении у него невысок. Чтобы устранить этот недостаток, в бетон укладывается стальная арматура, повышающая восприятие готовой конструкции к растягивающей нагрузке. Из-за хорошей сцепки арматуры и бетонного раствора, получается надежный железобетонный элемент, получивший широкое распространение в строительной сфере.

Но подобные конструкции имеют довольно большой вес, а также их применение значительно увеличивает стоимость строительства. К тому же в бетоне, со временем, могут образоваться трещины, в которые попадает вода. Это медленно, но неминуемо приводит к коррозии арматуры, следовательно, снижению надежности всей железобетонной конструкции.

Альтернатива в виде композитного бетона

Главным отличием и преимуществом композитного бетона над железобетоном является применение армирующего материала из базальта или стеклопластика.

Преимущества
  1. Арматура из стеклопластика имеет значительно меньший вес, нежели стальная.
  2. Устойчивость к коррозии.
  3. Пониженные свойства теплопроводности.
  4. Высокий уровень сопротивления к растягивающим нагрузкам.
  5. Арматура на базальтовой основе невосприимчивая к влиянию химических элементов.
Недостатки
  1. Недостаточные показатели упругости, что не дает возможность использовать во время строительства только композитный бетон.
  2. Применяемая арматура на основе полимеров теряет свои свойства при высоких температурах (выше 550 градусов). Поэтому при необходимости, нужно монтировать дополнительную теплозащиту.
  3. Нет возможности использовать электросварку, это может усложнить сборку каркаса.
  4. Данный вид арматуры не гнется (следует покупать ее с нужной конфигурацией).
  5. В продаже часто встречается некачественная базальтовая и стеклопластиковая арматура, которая не соответствует показателям производителя.

Компания «МОНОБЕТОН» предлагает выгодно купить ЖБИ в Харькове с доставкой по городу и области.

Что такое композитный луч?

Композитная балка — это конструкционный элемент, обычно состоящий из армированной бетонной плиты, прикрепленной и поддерживаемой профилированными стальными балками. Композитные балки являются более прочными, чем сумма их составных частей и демонстрируют благоприятное сочетание прочностных характеристик обоих материалов. Это означает, что стальная и бетонная композитная балка будет обладать как прочностью на сжатие бетона, так и прочностью на растяжение стали. Есть несколько других типов композитных балок, используемых в строительной промышленности, которые комбинируют различные сорта бетона с пластиковыми композитами и древесиной. Стальная и железобетонная композитная балка, однако, наиболее часто используется.

Соединение двух разнородных материалов для формирования композита не только объединяет в себе сильные стороны двух материалов. Формирование союза между соответствующими материалами фактически улучшает их физические характеристики и делает композит более прочным, чем сумма их сильных сторон. В крупномасштабном строительстве сталь и бетон являются наиболее часто используемыми комбинациями для композитных балок. Бетон придает композитной массе, жесткости и прочности на сжатие и уменьшает прогиб и вибрации в плите. Стальные элементы придают балке прочность на растяжение благодаря превосходному соотношению прочности к весу и быстрому времени строительства.

Одной из наиболее важных частей композитной балки являются точки крепления или сдвиговые соединители между двумя материалами. Правильное соединение двух частей композита позволяет материалам действовать как единое целое и придает композитной балке присущую ей прочность. Эти сдвиговые соединители обычно представляют собой шпильки, приваренные к стальным балкам и установленные в бетонной плите. Количество и размер этих соединителей сдвига тщательно рассчитываются, поскольку они представляют собой критическую часть механических характеристик композитов.

Бетонная и стальная композитная балка может использовать ранее отлитые бетонные плиты или быть отлита на месте. Сборные плиты изготавливаются с прорезями или карманами в них, которые принимают крепежные шпильки. Эти карманы затем заполняются бетоном, когда плита правильно расположена. Изготовление плит на месте немного сложнее и требует укладки профилированного листа перед заливкой бетона. Эта палуба обычно изготавливается из легкого стального листа с различными профилями в зависимости от применения.

Лист укладывают на верхнюю часть балок, а затем соединители среза крепят к балкам с помощью процесса «сквозной сварки» или дробового обжига. Как только палуба установлена, бетон заливается сверху и добавляются арматурные стержни. Палуба служит для опалубки или удержания влажного бетона, а также придает прочность композиту после отверждения плиты.

Несколько других типов композитных балок используются в меньших масштабах. К ним относятся деревянные балки, которые поддерживают легкие бетонные полосы, используемые в качестве плит перекрытия во многих деревянных домах. Бетонные заполненные композитные коробки часто используются при строительстве мостов. Они прочные, быстрые в изготовлении и относительно легкие, для их установки требуется минимум тяжелой техники. Хотя эти конструктивные элементы сильно различаются по используемым материалам, все они используют тот же принцип общей прочности, что и более традиционные стальные и бетонные балки.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

Композитные материалы — Бетон

Композитные материалы — Бетон

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ ПОЛУЧИТЬ ИНДЕКСНУЮ СТРАНИЦУ

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ — БЕТОН

В. Райан 2010

 

PDF-ФАЙЛ — НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ РАБОТЫ ДЛЯ ПЕЧАТИ

Бетон — универсальный и дешевый материал с широким спектром применения. спектр применения по всему дому.Кладка кирпича, устройство дорожек и подъездные пути, фундаменты зданий и стен, являются одними из практическое применение. Бетон имеет столь же широкий и разнообразный диапазон промышленные применения. Тезисы включают; строительство мостов, автомагистралей, бордюры, дорожки и фундаменты целых заводов и промышленных площадок.

Бетон считается композиционным материалом, потому что он состоит из количество материалов, которые объединяются, чтобы сформировать этот универсальный строительный материал.Большинство бетонов состоит из портландцемента, заполнителей (гравий, дробленый камни) и песок. В смесь добавляется вода.
Бетон можно приобрести в виде сборных изделий, таких как брусчатка. Их можно приобрести в строительных магазинах или у поставщиков строительных материалов. Они есть обычно укладываются на твердое основание.

Бетон можно приобрести готовым смешивают и заливают на площадь, подготовленную для фундамента. Альтернативно, компоненты, входящие в состав бетонной смеси, можно смешивать до производить «жидкий» бетон на месте.Это можно залить, чтобы получить площадь например, подъездная дорога или фундамент здания.

В увеличенном виде показаны материалы компонентов, из которых состоит композиционный материал, известный как бетон. Заполнитель (щебень) ясно видно.
ТИПИЧНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ БЕТОНА
САДОВЫЕ ПРУДЫ — ДОРОГИ — МОЩЕНИЕ — СТЕНЫ — СТОЛБЫ/ОПОРЫ — ПРОЕЗДНЫЕ ДОРОЖКИ — ПАТИО — БЕТОН — ОТЛИВКИ — ФУНДАМЕНТЫ — ФОНАРНЫЕ СТОЛБЫ — БАЛКИ — ИСКУССТВЕННЫЙ КАМЕНЬ
НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ УСТОЙЧИВЫЕ МАТЕРИАЛЫ УКАЗАТЕЛЬ СТРАНИЦА
 

Цементный композит – обзор

1.

Характеристики сжатия . Прочность на сжатие цементных композитов, включая ферроцемент, волокнистый RC и TRC, в основном определяется прочностью цементной матрицы. Таким образом, любые достижения в матрице могут быть перенесены на композит, например, использование матриц с высокими или сверхвысокими характеристиками, прочность которых превышает 150–200 МПа, и где ожидается значительное повышение долговечности.

2.

Прочность на изгиб .Согласно нескольким исследованиям ферроцементных и тонких цементных композитных плит, армированных либо обычными стальными проволочными сетками, либо высокоэффективными сетками из FRP (или текстилем или тканями из углерода, кевлара, Spectra), предел MOR составляет около 50 МПа или эквивалентная прочность на упругий изгиб (Нааман, Аль-Шаннаг, 1994; Нааман, Герреро, 1996; Нааман, Чандрангсу, 2000; Нааман, 2000, 2003b, 2005; Нааман и др., 2005). С FRP или текстильным армированием этот предел был достигнут, когда в матрице использовались микроволокна для улучшения как вертикального, так и межслойного сопротивления сдвигу. Аналитические исследования показывают, что оптимальные значения должны достигать 60–70 МПа в многослойных изгибаемых элементах (Parra-Montesinos and Naaman, 2001). В предыдущих исследованиях с использованием низкокачественных полимерных сеток (или текстиля или тканей), таких как полипропилен и нейлон, был получен предел MOR 25 МПа, даже когда объемная доля армирования была настолько высокой, насколько это практически возможно (Naaman, 2000). Более того, в низкосортных полимерных тканях и цементных матрицах нормальной массы наблюдались трещины большой ширины и большие остаточные (неустранимые) деформации ползучести (Naaman, 2000).Это представляет собой существенный недостаток.

3.

Потенциальное сопротивление изгибу . Используя матрицу UHPC и арматуру из гибридной стали, состоящую из непрерывных прядей и прерывистых волокон примерно в 10% от общего объема арматуры, Вилле и Нааман сообщили о значении MOR, близком к 230 МПа (Вилле и Нааман, 2012). Такое значение останется целью TRC, хотя для многих приложений достаточно гораздо более низких значений.

4.

Сопротивление растяжению . Сопротивление растяжению большинства цементных композитов с непрерывным армированием можно рассчитать напрямую, используя следующее простое соотношение (Naaman, 2000): σtu-composite=ηo×Vr×σru, где рассматриваемого направления, V r – общая объемная доля арматуры, а σ ru – предельное сопротивление арматуры растяжению.Предполагается, что матрица треснула и не оказывает никакого сопротивления. Обратите внимание, однако, что высокое сопротивление растяжению не всегда означает хорошие характеристики, поскольку деформации и ширина трещин могут быть слишком большими для данного применения.

5.

Стоимость . Стоимость матрицы в типичных тонких армированных цементных композитах очень мала (5%) по сравнению со стоимостью армирования и рабочей силы, которые в большинстве развивающихся стран того же порядка (Naaman, 2000, 2005).Таким образом, снижение затрат должно быть направлено не только на материальные затраты, но и на затраты труда. Использование 3D-текстиля окажет значительное влияние на снижение трудозатрат.

6.

Облегченные матрицы . Как указано в простом механическом правиле, изложенном в разделе 18.3, текстиль или ткани, изготовленные из полимерных волокон низкого качества, могут быть совместимы с легкими цементными матрицами. Облегченность подразумевает здесь плотность в диапазоне от 0,5 до 1. Автору неизвестны какие-либо систематические исследования с участием таких матриц.Можно просто предсказать, что их MOR будет менее 25 МПа (как это наблюдается с полимерными сетками и цементными матрицами нормальной массы).

7.

Самонапрягающиеся композиты . До сих пор в этой области сделано очень мало. В (Крстулович-Опара и Нааман, 2000; Нааман, 2000) сообщалось об уровнях предварительного напряжения, близких к 7 МПа, для тонких образцов цемента.

Сталебетонные композитные конструкции. Проектирование зданий

Конструктивные элементы, состоящие из двух или более различных материалов, известны как составные элементы. Основное преимущество композитных элементов заключается в том, что свойства каждого материала могут быть объединены в единое целое, которое в целом работает лучше, чем его отдельные составные части. Наиболее распространенной формой композитного элемента в строительстве является сталебетонный композит, однако другие типы композитов включают в себя; сталедеревянные, деревобетонные, пластмассобетонные и так далее.

Как материал бетон хорошо работает при сжатии, но менее устойчив к растяжению. Сталь, однако, очень прочна на растяжение, даже если используется в относительно небольших количествах.Сталебетонные композитные элементы используют прочность бетона на сжатие наряду с устойчивостью стали к растяжению, и при соединении это приводит к высокоэффективному и легкому блоку, который обычно используется для таких конструкций, как многоэтажные здания и мосты.

Композитные плиты обычно изготавливаются из железобетона, отлитого поверх настила из профилированной стали (повторяющегося или трапециевидного).

Профнастил может выполнять функции опалубки и рабочей площадки на этапе строительства, а также выполнять роль внешней арматуры на этапе монтажа композита.Настил поднимают на место в связках и распределяют по площади пола вручную.

Глубина плит варьируется от 130 мм и выше. Плиты чаще всего изготавливаются из бетона из-за его массы и жесткости, которые можно использовать для уменьшения прогибов и вибраций пола, а также для обеспечения необходимой противопожарной защиты и сохранения тепла. Сталь часто используется в качестве опорной системы под плитой из-за ее превосходного отношения прочности к весу и жесткости к весу, а также простоты в обращении.

Повторяющийся или трапециевидный настил обычно имеет глубину 50-60 мм и может иметь пролет около 3 м без опоры.Трапециевидные профили глубиной 80 мм могут иметь пролет около 4,5 м без поддержки. Глубокий настил представляет собой трапециевидный настил глубиной более 200 мм, при необходимости в желоба настила может быть помещена дополнительная арматура. Глубокий настил может иметь длину около 6 м без поддержки.

Оцинкованная сталь используется для настила и обычно имеет толщину около 1 мм. Чтобы избежать местного коробления, можно использовать ребра жесткости для придания жесткости верхней полке и опорных подвесок для относительно легких предметов, которые должны быть подвешены к потолку.Углубления, известные как тиснения, накатываются на профиль настила, что улавливает бетон вокруг повторно входящих частей профиля и обеспечивает блокировку.

Если в композитных плитах требуются проемы, их лучше делать на этапе строительства, а не вырезать секции из бетона. Проемы площадью до 300 кв. мм не нуждаются в дополнительных приспособлениях, а до 700 кв. мм требуют дополнительного локального усиления вокруг проема. Если площадь помещений превышает 700 кв.мм, в качестве опоры можно использовать обрезки стали.

[править] Нижняя балка

Балка цоколя соединяется с композитной плитой с помощью приварных шпилек, проходящих через настил. В качестве альтернативы сборная железобетонная плита устанавливается поверх верхней полки стальной балки. Эффективный диапазон пролета составляет около 6-12 м. Другие варианты нижних балок могут достигать пролетов 20 м и более.

[править] Мелкие полы

Неглубокие полы, где основная часть стальной секции находится в пределах глубины бетонной плиты, и могут использоваться для пролета в диапазоне около 4-9 м.В отличие от нижних балок плита располагается на верхней поверхности нижней полки, а не на верхней поверхности верхней полки, при этом ключевым моментом является кручение, прикладываемое к балке. Плита может быть из монолитного бетона на глубоком стальном настиле, обычно около 225 мм, или из сборного железобетона.

Преимущество неглубоких перекрытий заключается в том, что, поскольку плиты и балки расположены в одной зоне, отсутствуют разрывы, свойственные нижним балкам, и зачастую нет необходимости в дополнительной противопожарной защите.

Композитные колонны могут иметь высокую прочность при относительно небольшой площади поперечного сечения, а это означает, что полезная площадь пола может быть максимально увеличена. Существует несколько различных типов составных столбцов; наиболее распространены полые стальные трубы, заполненные бетоном; или открытая стальная секция, залитая бетоном. Бетонное заполнение увеличивает сопротивление сжатию стальной секции, предотвращая коробление стали. Его огнестойкие свойства позволяют оставить колонну незащищенной или лишь слегка защищенной.

Чаще всего используются прямоугольные и круглые полые профили, хотя прямоугольные профили предпочтительнее, так как имеют плоские поверхности, подходящие для соединения торцевой пластины с балкой и колонной. Однако ребристые пластины можно использовать для прямоугольных и круглых форм.

NB См. также: Составной классический ордер.

Конструкция композитных балок и композитных плит (для зданий) регулируется BS EN 1994-1-1. Композитные плиты с профилированным стальным листом разработаны в соответствии с BS 5950-4, а профилированный настил, используемый для этих плит, разработан в соответствии с BS EN 1993-1-3.

Механически превосходный защитный сталебетонный композит на основе перламутра от высокоскоростных ударов

Проектирование и сборка

Натуральный перламутровый материал с высокоупорядоченной микроструктурой BM может вдохновить на новый путь создания некоторых передовых инженерных материалов с выдающимися механическими свойствами (рис. 1A и дополнительные). Рис. 1), особенно отличная ударопрочность 27,28 . В этой работе мы копируем перламутровые структурные особенности для создания защитного композитного материала NISC, который может воплощать в себе более высокие статические механические свойства и более высокие характеристики защиты от проникновения.Во-первых, каркас из стальных стержней диаметром 5 мм в качестве усиленной фазы, подготовленный в процессе сварки, состоящий из шестнадцати квадратов (7 × 7 см) на плоскости, и арматурный массив, состоящий из шестнадцати стальных стержней (высотой 30 мм), расположенных в месте пайки перпендикулярно плоскости рамы, как показано на рис. 1B. Специальная конструкция каркаса может быть очень эффективной, чтобы противостоять большой деформации и выдерживать значительные удары без повреждений. Во-вторых, рама из стальных стержней помещается в обычную опалубку, смешанную с укладкой бетона, чтобы построить железобетонную пластину каркаса из стальных стержней (SBRC) в качестве идеального строительного блока (длина   ×   ширина   ×   высота (размер)   =   300 мм   × 300 мм × 50 мм), имитируя перламутровую пластинку арагонита.Оптимальный размер выбран для создания пластины SBRC с соотношением сторон порядка 6, что близко к минеральным пластинам (6 ~ 10) в природном перламутре 8,16 . В-третьих, на поверхность железобетонной плиты каркаса из стальных стержней наносится полиуретановый полимерный слой  ~ 5 мм для формирования стально-бетонной конструкции с полимерным покрытием. Примечательно, что толщина перламутровых пластинок составляет примерно 0,3–0,5 мкм, а отложение белкового слоя толщиной 20–30 нм представляет собой интеркалированные арагонитовые пластинки 13,16 . Поэтому мы спроектировали, чтобы отношение толщины пластины SBRC к полимерному слою составляло 10:1, исходя из наилучшего оптимизированного отношения толщины пластины арагонита к органическому слою в природном перламутре. Важным шагом является выбор полимеров с механическими свойствами, подобными границам раздела в природной раковине моллюска. Некоторые полимеры, такие как метилсиликоновая смола и полиэтилен, которые мы тестировали при растяжении, слишком хрупкие или слабые (что приводит к плохому поглощению энергии) (дополнительный рисунок 2A – D). Полиуретановый (ПУ) полимерный композиционный материал в конечном итоге был выбран в качестве сшитого интерфейсного слоя из-за его относительно высокой прочности (приблизительно 30 МПа), очень высокой деформируемости (около 32%) при растяжении, деформационного упрочнения и высокого поглощения энергии (дополнительный рисунок). .2Д, Е). В-четвертых, несколько пластин SBRC упорядоченно уложены или ламинированы полимерными прослойками толщиной  ~ 5 мм. Во время сборки пластины SBRC тщательно выравниваются так, чтобы они образовывали шахматное перламутровое расположение 13 . Наконец, с помощью описанной выше техники сборки, названной NISC-100 и NISC-300, успешно получены два вида композитных целевых материалов NISC (размеры = 300 мм × 300 мм × 100 мм и 300 мм × 300 мм × 300 мм). соответственно.

Рисунок 1

Разработка и производство сталебетонных композитных материалов с перламутровым покрытием (NISC).( A ) Схема многомасштабных структурных особенностей раковины природного моллюска, где перламутровый слой, состоящий из минеральных пластинок, склеенных мягкой органической матрицей, может обеспечить ее большую деформацию, предельную трещиностойкость и впечатляющее поглощение энергии удара за счет скольжения микропластинок. . ( B ) Схема протокола изготовления композитных объемных мишеней NISC, касающаяся конструкции каркаса, заливки бетона и процесса сборки. ( C ) Цифровые фотографии процесса подготовки материала мишени NISC.

Весь процесс подготовки композитного материала NISC просто показан на рис. 1C (слева направо): I) уникальная рама из стальных стержней была тщательно сварена; II) бетон был залит в каркас для формирования плиты SBRC; III) полимерный материал толщиной 5 мм был равномерно нанесен на поверхность сталежелезобетонного конструктивного элемента; IV) композитный материал NISC был окончательно сконструирован для применения в качестве тестового целевого материала. Для удобства последующего тестирования производительности эти целевые материалы были упакованы в самодельные формы из оцинкованного железа (подробно см.3). Основываясь на приведенной выше структурной оптимизации, мы считаем, что эффект макроскопического перламутрового архитектурного дизайна, вероятно, имеет преимущество в улучшении статических и динамических механических свойств композита SC по сравнению с обычным однородным расположением. Это дизайнерское превосходство было убедительно продемонстрировано конструкцией ударопрочного композита из суперстекла, похожего на перламутр 27 .

Статические механические характеристики

Чтобы доказать обоснованность этой вдохновленной перламутром стратегии проектирования BM для создания композитного материала NISC, были систематически изучены статические механические реакции чистого бетона и композитных материалов NISC, как показано на рис.2. Перед проведением механических испытаний эти материалы были разделены на мелкие виды со специальными размерами, чтобы удовлетворить требования статических механических характеристик (см. Дополнительную таблицу 1). При испытании на статическое сжатие было замечено, что образец деформировался/сломался вдоль направления сталь-бетонная плита (ось x ), показанного на рис. 2А. Экспериментальные результаты показали, что композит NISC показал лучшие механические характеристики при сжатии по сравнению с чистым бетоном.Прочность на сжатие композита NISC составила около 68,5 МПа, что примерно на 32,0% выше, чем у чистого бетона (51,9 МПа) (рис. 2B). Значения модуля сжатия и твердости по шкале Мооса композита NISC составили примерно 42 ГПа и 5,5 ГПа соответственно, что явно выше, чем у чистого бетона (рис. 2C). Испытания на изгиб в трех точках вдоль направления оси x показали, что композит NISC обеспечивает лучшую устойчивость к изгибу по сравнению с чистым бетоном. Максимальный модуль Юнга и модуль сдвига композита NISC явно увеличены до 41.5 ГПа и 18,4 ГПа, соответственно, выше, чем у чистого бетона (36,6 ± 4,5 ГПа и 15,6 ± 2,0 ГПа) (рис. 2D).

Рисунок 2

Сравнение статических механических свойств чистого бетона и материалов NISC target . ( A ) Цифровая фотография типичного испытательного образца NISC на управляемом микрокомпьютером электрогидравлическом сервомешалке, показывающая испытание на сжатие. ( B , C ) Типичные кривые деформации при сжатии чистого бетона и материала NISC ( B ), соответственно, соответствующие модулю сжатия и твердости по шкале Мооса (C), полученные в результате испытаний на сжатие вдоль стальной поверхности. бетонная плита (ось x ) направление.( D ) Модуль Юнга и модуль сдвига, полученные в результате испытаний на изгиб в направлении пластины (ось x ). ( E , F ) Кривые деформации при изгибе чистого бетона и материала NISC, полученные в результате испытаний на изгиб вдоль направления укладки плит ( z ) ( E ), соответствующие их максимальному модулю Юнга ( Ф ).

Кроме того, мы обнаружили, что, хотя прочность на изгиб (около 58,3 МПа) композита NISC была заметно выше, чем у чистого бетона (примерно 35,3 МПа).2 МПа), его максимальный модуль Юнга (около 25,6 МПа) был немного ниже, чем у чистого бетона (приблизительно 29,4 МПа), на основе испытаний на трехточечный изгиб вдоль направления укладки плит (ось z ), как показано на Рис. 2E,F. А в композите NISC происходила нелинейная деформация или его прочность на изгиб постепенно снижалась, когда его деформация превышала 0,002. Это явление устойчивости к повреждениям может быть связано с пластической деформацией полимерной прослойки в гетерогенной структуре БМ.Примечательно, что механические реакции композита NISC были сильнее в направлении оси x , чем у чистого бетона в направлении оси z , демонстрируя, что наш материал NISC является анизотропным. В этом случае оптимальный композит стали и бетона обеспечивает исключительную механическую комбинацию, которая потенциально может быть использована в качестве идеального целевого материала.

Проникновение снарядов

Противопробиваемые свойства композитных мишеней NISC затем систематически исследуются с помощью испытаний на удар на высокой скорости для сравнения с показателями чистого бетона при различных скоростях удара ( v  = 1 км/с и 2 км ), как показано на рис.3, 4 и 5, дополнительные рис. 5–9 и фильмы 1–3. Было произведено несколько выстрелов остроконечными стальными снарядами с овальной головкой (30CrMnSiA), проникающими в чистый бетон и цели NISC. Во-первых, впечатления от высокоскоростного удара по этим материалам-мишеням наблюдаются с помощью оптических фотографий и фильмов (рис. 3 и 4 и дополнительные фильмы 1–3). До выстрелов неповрежденное структурное состояние мишени в испытательном оборудовании показано на рис. 3А–С. После выстрелов с ударной скоростью 1 км/с в чистом бетоне осталась пулевая пробоина около 5 мм. Трещина распространяется вдоль пулевого отверстия (длинная трещина проходит через всю мишень), и поверхностный бетон вокруг пулевого отверстия также не разрушается, как показано на рис. 3D. Очевидно, локальные повреждения возникли на ударных поверхностях бетонной мишени, что подтверждает, что размеры мишени достаточно велики, чтобы можно было пренебречь краевыми влияниями 29 . Чтобы более точно зафиксировать форму и размеры воронок от ударов, был использован метод силиконового литья для реконструкции воронки в 3D и траектории снаряда в чистом бетоне, как показано на рис.3Э. Можно было четко наблюдать поврежденное состояние чисто бетонной мишени, размеры воронки и воронки в форме j , за которой следовал цилиндрический туннель. Затем были аккуратно вырезаны типичные бетонные мишени вдоль проходных скважин, разрезы типовых бетонных мишеней представлены на рис. 3F,G. Мы могли наблюдать, что проникновение снаряда образовало воронку в форме усеченного конуса, за которой следовал цилиндрический туннель. Как мы все знаем, диаметр туннеля соответствует диаметру снаряда, когда скорость удара относительно низкая, когда снаряды можно рассматривать как твердые тела 30 .Однако при увеличении скорости удара до 2 км/с пулевое отверстие в чистом бетоне явно расширилось примерно до 15 мм. Очевидно, что диаметр туннеля под ним был больше, чем у снаряда, что подтверждает предположения, сделанные несколькими исследовательскими группами 29,30 . Вокруг пулевого отверстия распространилось несколько крупных трещин (эти крупные трещины прошли через всю мишень), большая площадь поверхностного бетона вокруг пулевого отверстия была серьезно разрушена. А внутри бетонной мишени можно было наблюдать тяжелое поврежденное состояние.Эти результаты подтвердили, что это не было недоступно для обычного бетона против высокоскоростных ударов.

Рисунок 3

Фотографии типичных материалов мишени в камере мишени, наблюдение за их повреждениями (включая площадь воронок, диаметр и глубину, траекторию) и эрозией снаряда после испытаний на сверхскоростной удар при различных скоростях удара ( v  = 1 км/с, 2 км/с). ( A ) Фотография лобовой бетонной мишени. ( B ) Фотография лобовой бетонной мишени в камере мишени.( C ) Фотография лобовой бетонной мишени, закрепленной в камере мишени. ( D ) Фотография воронки на лобовой бетонной мишени после удара со скоростью 1 км/с, показывающая квазилинейный длинный путь трещины через отверстие от пули. ( E ) J-образная траектория в конкретной мишени при v  = 1 км/с. ( F , G ) Режущая мишень ( F ) и вид в разрезе ( G ) типичной бетонной мишени при v  = 1 км/с.( H ) Образование воронок на лобовой бетонной мишени при v  = 2 км/с, показывающее, что на ударной поверхности возникают сильные повреждения и большие трещины. ( I ) Фотография сильно поврежденного состояния внутри бетонной мишени при v  = 2 км/с. ( J ) Морфология остаточного снаряда после пробития под v  = 1 км/с (вверху) и 2 км/с (внизу) соответственно. Рисунок 4( A ) Морфология поверхностных повреждений лобовой мишени NISC ( v  = 1 км/с). ( B ) Морфология повреждения поверхности задней мишени NISC ( v  = 1 км/с). ( C ) Морфология поверхностных повреждений лобовой мишени NISC ( v  = 2 км/с). ( D ) Морфология повреждения поверхности задней мишени NISC ( v  = 2 км/с). От II до IV: первый слой, второй слой и третий слой.

Рисунок 5

Сравнение баллистических характеристик чисто бетонных и типичных мишеней NISC при различных скоростях поражения (1 км/с и 2 км/с).( A ) Длина траектории и глубина проникновения чистого бетона и целей NISC. ( B ) Остаточная длина корпусов снарядов. ( C ) Области ударных кратеров чистого бетона, NISC-100 и NISC-300 на их передних сторонах. ( D ) Эквивалентные диаметры ударных кратеров из чистого бетона, NISC-100 и NISC-300 на их лицевых сторонах.

Кроме того, после ударных испытаний чисто бетонная мишень была аккуратно разрезана для извлечения остаточного снаряда. На рисунке 3J представлены фотографии двух извлеченных снарядов ( v 0  = 1 км/с (вверху) и v 0  = 2 км/с (внизу)). Очевидно, что по сравнению с неразорвавшимся снарядом длина и масса остаточного снаряда уменьшились в большей или меньшей степени. Остаточная длина и масса извлеченного снаряда со скоростью 1 км/с ( l 1 , м 1 ) и со скоростью 2 км/с извлеченного снаряда ( l 2 , м ) равны 2 3 . 25.1 мм/5,48 г и 12,3 мм/3,56 г (см. Таблицу 1). Остаточная длина и потеря массы снаряда при поражающей скорости 2 км/с были значительно более серьезными, чем при поражающей скорости 1 км/с. Количественно остаточная длина и потеря массы снаряда изменились с 26,4 мм/5,76 г для несстреленного снаряда до 25,1 мм/5,48 г для извлеченного снаряда со скоростью 1 км/с и 12,3 мм/3,56 г для извлеченного снаряда со скоростью 2 км/с соответственно. Соответственно при начальной скорости снаряда 1 км/с деформация снаряда не проявлялась, как показано на рис. 3Дж. Затупленная длина извлеченных снарядов составила всего 4,9 %, а относительная потеря массы также составила 4,9 %. Этот режим указывал на то, что снаряд в процессе пробития слегка деформировался, но не разрушался. При увеличении начальной скорости снаряда до 2 км/с относительная потеря массы резко возрастала и достигала 38,2%. Потеря массы и остаточная длина снаряда увеличивались и уменьшались с ростом ударной скорости соответственно. Этот режим расценивался как проникающая способность разрушающего снаряда.

Таблица 1. Сравнение результатов экспериментов с различными типами типичных материалов мишеней после высокоскоростных ударов.

Напротив, мы обнаружили, что отпечатки удара композитной мишени NISC четко отличались от отпечатков чистого бетона. После поражения композитной мишени NISC со скоростью удара 1 км/с снаряд прошел сквозь стальной стержень на передней мишени NISC-100, оставив небольшое пулевое отверстие в чистом бетоне и небольшую воронку; и распространение небольшой трещины вокруг пулевого отверстия. Но эти короткие трещины не смогли пробить мишень NISC, и поверхностный бетон вокруг пулевого отверстия также был слегка поврежден (рис. 4AI). Для дальнейшего изучения поврежденного состояния внутри мишени NISC-100 при скорости удара 1 км/с мы наблюдали разные слои (от II до IV), как показано на рис. 4AII–IV. В первом слое отслоился небольшой участок на поверхности бетона. Однако площадь повреждения постепенно уменьшается от второго к третьему слою. На задней стороне мишени NISC-100 (рис.4BI–IV), мы наблюдали только крошечный кусок бетона вокруг пулевого отверстия. Поврежденная область не имела очевидных различий между этими собранными слоями.

Однако после стрельбы пулевое отверстие в передней мишени NISC-100 при скорости поражения 2 км/с стало явно больше, чем при скорости поражения 1 км/с. И вокруг пулевого отверстия распространилось несколько мелких трещин (эти мелкие трещины не могли прорезать мишень NISC). Кроме того, a ~ 5 см 2 площади поверхностного бетона вокруг пулевого отверстия разрушены, как показано на рис. 4CI. С увеличением количества слоев площадь повреждения быстро уменьшалась (рис. 4CII–IV), явно ниже, чем у чистого бетона (рис. 3). Однако в задней части мишени NISC-100 (рис. 4D) участок поверхностного бетона площадью 5 см 2 вокруг пулевого отверстия отслаивается, что сопровождается некоторыми изогнутыми путями распространения трещин вокруг пулевого отверстия (рис. 4D). -Я). Хотя трещина могла прорезать мишень NISC (см. различные собранные слои), как показано на рис. 4DII-IV, степень повреждения мишени NISC была заметно меньше, чем у чистого бетона.Основываясь на анализе этих поврежденных морфологий, мы предварительно демонстрируем, что наша армированная сталью арматура бетона, вдохновленная перламутром, явно повышает стойкость бетонных материалов к повреждениям при высокоскоростных ударах.

Кроме того, для количественной оценки ударопрочности биоинспирированной композитной мишени некоторые важные параметры (такие как глубина траектории, глубина проникновения, остаточная длина и масса снарядов, площадь воронки и диаметр воронки) обобщаются и сравниваются на рис. 5A – D, таблица 1 и дополнительный рисунок  9. Как правило, ударопрочность материала мишени NISC была выше, чем у чистого бетонного материала. Например, при скорости удара 1 км/с глубина траектории, глубина проникновения, остаточная длина и масса снаряда, площадь воронки и диаметр воронки материалов мишени NISC составляли 94,1 мм (NISC-300), 90,0 мм (NISC-300), 19,13 мм/4,94 г и 20,29 мм/5,01 г (NISC-100 и NISC-300), 1851/2154,99 мм 2 (NISC-100 и NISC-300), 48.55/73,08 мм (NISC-100 и NISC-300) соответственно, что явно ниже, чем у чистого бетона (174,1 мм, 169,03 мм, 20,29 мм/5,01 г, 278,56 мм 2 и 73,81 мм). Однако при скорости удара 2 км/с глубина траектории, глубина проникновения, остаточная длина и масса снаряда, площадь ударной воронки и диаметр ударной воронки материалов NISC-мишени составляли 102,3 мм (NISC-300), 97 мм (NISC-300), 10/9,11 мм и 2,96/2,72 (NISC-100 и NISC-300), 4018,27/3541,7 мм 2 (NISC-100/NISC-300) и 71.53/67,15 мм (НИСК-100 и НИСК-300) соответственно, что заметно ниже, чем у чистого бетона (140,3 мм, 140,3 мм, 12,3 мм/3,56 г, 26 028,98 мм 2 , 182,05 мм). Одновременно мы также обнаружили, что ударные параметры NISC-300 были ниже, чем у NISC-100, что позволяет предположить, что с увеличением толщины биоинспирированной мишени способность сопротивления удару может постепенно повышаться.

Что нужно знать о бетонном композитном материале

Привет, нарисуй здесь безопасного парня, управляющего магазином сейфов и хранилищ.com, чтобы поговорить сегодня о том, почему композитный бетон лучше в целом для защиты от взлома и пожара, чем гипсокартон. Прямо здесь вы увидите дисплей, показывающий две разные безопасные конструкции, существующие сегодня. Я говорю о противопожарных сейфах, я говорю об оружейных сейфах. Все виды сейфов.

Во многих оружейных и противопожарных сейфах используется два стальных слоя: внутренний и внешний. А для противопожарной защиты внутри используют гипсокартон. Обычный гипсокартон, который поднимается в доме или коммерческом здании.Другие производители, более заслуживающие доверия производители, используют бетонный композитный материал, такой как вы видите здесь, зажатый между двумя стенками из стали и металла. Так почему композитный материал лучше, чем гипсокартон, не только для защиты от огня, но и для защиты от взлома?

Противовзломная защита — Если грабитель проникнет через внешний слой стали с помощью какого-либо режущего устройства, теперь он сталкивается с не менее чем 2-дюймовым бетонным композитным материалом. Ему придется переключиться и перейти на другой тип инструмента, чтобы пройти через этот бетон.А затем он переходит к третьему слою, который представляет собой внутренний слой стали, используемой в сейфах ваших основных брендов, таких как American Security, Gardall, Hayman и многих других.

Кроме того, наши собственные бренды Safe & Vault Store используют материалы из композитного заполнителя для бетона. Во многих оружейных сейфах и противопожарных сейфах, которые производятся за границей, используется простой гипсокартон для защиты от огня. Когда мы говорим о защите от взлома, очевидно, что если они пробивают внешний слой стали и ударяются о гипсокартон, это как нож в масле.Он не собирается давать ничего общего с защитой бетонного композитного заполнителя. Теперь, когда мы обсудили преимущество бетонного композитного материала перед гипсокартоном для защиты от взлома, давайте поговорим о самом главном – о противопожарной защите.

Противопожарная защита, обеспечиваемая бетонным композитным заполнителем, основана на законах физики. Когда температура внутри сейфа достигает 180 градусов по Фаренгейту, бетонный композитный материал содержит смачивающие вещества и другие вещества, которые выделяют влагу в сейф и буквально создают облако пара.И вы хотите этого, потому что это облако пара будет поддерживать температуру в пределах 200-240 градусов по Фаренгейту внутри вашего сейфа. Деньги и бумага воспламеняются при температуре 380 градусов по Фаренгейту. Деньги и бумага буквально воспламеняются при температуре ровно 451 градус по Фаренгейту, опять же по закону физики.

Материал гипсокартона во многих сейфах использует отражающие свойства гипсокартона и некоторый эффект пара, но основное отражение. В результате многие производители укладывают два, три и даже четыре слоя гипсокартона толщиной 5/8 дюйма между всеми шестью сторонами сейфа.И это работает большую часть времени. Тем не менее, Safe & Vault Store, у нас есть офисы на северо-западе Тихого океана в трех местах; наши техники по безопасности, которые выходят и взламывают сейфы после пожара, чтобы вытащить свои вещи, часто обнаруживают, что метод гипсокартона не работает и не работает должным образом.

Тем не менее, метод композитного заполнителя почти во всех случаях успешно защищает бумагу и деньги внутри сейфа. Еще одна вещь, которую важно знать, это то, что когда между двумя слоями стали помещают гипсокартон, и они подходят к углу в верхней части сейфа, и две стены соединяются вместе, нет никакого способа разрезать этот гипсокартон, не имея какой-то металл оголен. Они не могут просто сделать это правильно. С другой стороны, с бетонным композиционным материалом, что они делают, они заливают его под давлением в полужидкой форме, и он заполняет все пустоты и щели в углах и вокруг шести сторон сейфа. И как только он вылечит и затвердеет, у вас будет прочный слой бетонного композита толщиной не менее 2–3 дюймов, который защитит ваши вещи и защитит вас от огня. Не верите мне? Ну задайте себе этот вопрос. Все сейфы повышенной секретности, которые используются банками, кредитными союзами, ювелирными магазинами, ломбардами, на нашем сайте ТЛ-15, ТЛ-30 особо повышенной секретности, которые идут на сверхсекретных военных объектах; в каждом из этих сейфов используется метод бетонного композитного заполнителя.

Почему? Потому что он обеспечивает превосходную защиту от огня и дополнительный барьер против взлома. Наконец, ребята, когда вы покупаете противопожарный сейф или сейф для оружия, обязательно спросите, какой тип противопожарной защиты у него есть? Какой материал они используют между двумя слоями стали в стенах и двери? Крупные компании, такие как American Security, Gardall и Hayman, а также наш собственный магазин Safe & Vault Store, используют бетонный композитный заполнитель в большинстве наших продуктов. Так что помните об этом и спасибо, что смотрите. Это Дай Хоули, менеджер магазина Safe & Vault Store, подписываюсь на сегодня. Позвоните нам по телефону 800-207-2259 , если у вас есть какие-либо вопросы.

Деревянно-бетонные композитные системы: меньший вес и меньше углерода

Стремление Entuitive к обеспечению бескомпромиссной производительности в искусственной среде заставляет нас постоянно расширять границы проектирования, исследуя лучшие, более инновационные способы проектирования конструкций.Наши люди являются двигателем этого движения, и в последнее время наш собственный Паскаль Урек занимается исследованиями композитных систем из дерева и бетона.

Деревянно-бетонная композитная система состоит из деревянного элемента с бетонной плитой сверху и соединения на сдвиг на границе раздела. Эта система использует прочность бетона на сжатие, а также прочность на растяжение и легкий вес древесины.

Панель деревобетонная композитная.

Преимущества композитной системы

Древесно-бетонные композитные системы предлагают множество преимуществ по сравнению со схемами из одного материала, включая более легкие полы, меньшее содержание углерода и более длинные пролеты.

Легкие конструкции

Использование древесины в качестве основного компонента конструкции приводит к тому, что конструкция в целом легче, чем традиционная стальная рама или монолитный бетон. Для новых конструкций эта уменьшенная масса может помочь сэкономить на стоимости фундамента. Для существующих конструкций меньший вес помогает создавать надстройки (добавленные этажи), сводя к минимуму необходимость усиления существующих колонн и фундаментов.

Нижняя часть из карбона

Древесина — это возобновляемый строительный материал, который естественным образом улавливает углекислый газ из атмосферы.В полном анализе жизненного цикла древесина, заготовленная экологически безопасным способом, имеет самый низкий углеродный след среди основных строительных материалов, особенно в отличие от бетона. Таким образом, использование древесины для замены части бетона в конструкции помогает снизить общий углеродный след здания.

Более длинные пролеты

Схемы деревянного каркаса, как правило, трудно реализовать с большими пролетами (9 метров и выше) из-за прогиба и вибрации. Добавление бетона и композитного материала помогает обеспечить необходимую жесткость для поддержания комфорта пассажиров.

Как Entuitive готовится к проектам по сборке деревянно-бетонных композитов

Паскаль Урек, дизайнер из нашего нью-йоркского офиса, занимается исследованием древесно-бетонных композитных систем и разработкой инструментов проектирования с этой целью.

Модель RFEM для деревянно-бетонного композита.

Деревянная балка + бетонная плита

Древесно-бетонные композиты функционируют аналогично традиционной композитной системе стальная балка-бетонная плита, но с древесиной, заменяющей сталь в качестве натяжного элемента.

Обычно балки из клееного бруса (клееного бруса) используются для изготовления балок. Однако можно использовать и цельные пиломатериалы. Чтобы обеспечить композиционное действие, между деревом и бетоном требуется некоторый тип сдвигового соединения.

Для балок это соединение часто состоит из пластин для сдвига (обычно из перфорированного калибровочного металла, залитого эпоксидной смолой в древесину и выступающего в бетон) или винтов с полной резьбой (также устанавливаемых в древесину, как правило, под углом 45 градусов и выступающих вверх в древесину). конкретный).

Опалубка, такая как фанера, должна быть установлена ​​поверх балки и под бетонной плитой, чтобы обеспечить возможность заливки бетона. Бетонная плита обычно армируется для контроля ширины трещин либо стальными арматурными стержнями, сварной проволочной сеткой, либо волокнистой арматурой.

Деревянная панель + бетонная плита

При использовании деревянных панелей доступно несколько вариантов. Для натяжения в одном направлении продукты, которые ориентируют все древесные волокна в одном направлении, обеспечивают наибольшую прочность и жесткость, хотя они также более восприимчивы к изменениям размеров перпендикулярно волокнам, вызванным изменениями содержания влаги.

Примерами таких односторонних изделий являются панели, изготовленные из клееного бруса (NLT), клееного бруса (клееного бруса), клееного бруса (DLT) или клееного бруса из шпона (LVL).

Изделия, которые ориентируют древесное волокно в двух направлениях, имеют меньшую прочность и жесткость в основном направлении по сравнению с односторонним изделием той же толщины, но они могут растягиваться в двух направлениях, а также обеспечивают большую стабильность размеров при изменении во влаге.

Наиболее распространенным примером является кросс-клееная древесина (CLT). Также можно использовать панели из массивной фанеры (MPP), которые изготавливаются аналогично CLT, но с тонким шпоном вместо толстых ламинатов.

В дополнение к соединениям, упомянутым выше, пазы в древесине с шурупами или без них также могут обеспечивать передачу сдвига для панелей.

Системы плоского пола

В недавнем исследовании для Forestry Innovation Investment компания Entuitive исследовала системы плоских полов.В то время как в большинстве древесно-бетонных композитных систем используются опущенные балки, плоская система может быть достигнута за счет использования гибридных систем, в которых древесно-бетонные композитные панели сочетаются с бетонными и стальными балками.

Деревянно-бетонные композитные панели перекрытий, протянутые в одном направлении и опирающиеся на сборные железобетонные балки или сталебетонные композитные балки, протянувшиеся в противоположном направлении, были в центре внимания исследования. Пример такой конструкции плоского пола показан ниже, где композитные панели CLT-бетона используются в сочетании с системой DELTABEAM® от Peikko.

Плоская конструкция пола, состоящая из композитных панелей CLT-бетона с системой DELTABEAM® от Peikko.


Вибрация

Структурные конструкции должны соответствовать критериям вибрации независимо от материала, но древесина особенно подвержена проблемам с вибрацией из-за своей малой массы. Наша команда исследовала, как смоделировать деревянно-бетонный композитный пол с помощью RFEM, одного из пакетов программного обеспечения для расчета конструкций, используемого в Entuitive.

Будущее проектирования зданий

Приверженность Entuitive экологически чистой застроенной среде означает взять на себя инициативу в продвижении нашей отрасли к более совершенным методам проектирования, которые приводят к созданию конструкций с минимально возможным углеродным следом. Деревянно-бетонные композитные системы – большой шаг в этом направлении.

Чтобы узнать больше, обратитесь к нашей команде, в которую входят Паскаль Урек, Джулиан Фагнан, Санджа Бунчич, Эрик Чанг, Эрик Гордон и Таня Люти.

СТЕНЫ ИЗ ЖЕЛЕЗНОБЕТОННЫХ КЛАДОК

ВВЕДЕНИЕ

Стены из армированной композитной бетонной кладки могут обеспечить геометрическое разнообразие. Композитные стены состоят из нескольких каменных кладок, соединенных таким образом, что они действуют как единый структурный элемент. Как в Международном строительном кодексе (ссылка 1), так и в Строительных нормах и правилах для каменных конструкций (ссылка 2) существуют предписывающие требования для соединения витков. Стены из армированной композитной кладки спроектированы так же, как и другие стены из армированной кладки, и должны соответствовать тем же строительным требованиям в отношении армирования и размещения цементного раствора, допусков и качества изготовления.

Общая информация о композитных стенах содержится в TEK 16-1A, Multiwythe Concrete Masonry Walls (ref.3), который предназначен для использования с этим ТЭК. Хотя композитные стены могут быть армированными или неармированными, в данном TEK обсуждаются требования к армированным композитным стенам. Неармированные композитные стены обсуждаются в TEK 16-2B, Конструктивное проектирование неармированной композитной кладки (ссылка 4).

КОНСТРУКТИВНЫЕ СООБРАЖЕНИЯ

Композитная кладка определяется как «многокомпонентные элементы кладки, действующие с составным действием» (ссылка.2). Для того, чтобы секция стены, состоящая из нескольких перекладин, действовала комплексно, перекладины каменной кладки должны быть надлежащим образом соединены. Положения по правильному соединению тросов обсуждаются в ТЭК 16-1А. При использовании стеновых стяжек стыковое соединение – вертикальное пространство между двумя перемычками каменной кладки – должно быть полностью заполнено цементным раствором или раствором (ссылки 1, 2). Однако при размещении арматуры в стыковом стыке необходимо использовать цементный раствор для заполнения стыкового шва.

Соображения при выборе поперечного сечения

В отличие от одинарных витых стен, где геометрическое сечение задается изделием в момент изготовления, сечение композитной стены определяется комбинацией узлов и хомута, толщина которого теоретически может быть любой. С практической точки зрения код, конструктивные и архитектурные требования сузят варианты секций стен. Помимо несущей способности конструкции, критерии, определяющие выбор поперечного сечения армированных композитных стен, включают: расположение арматуры в муфтовом стыке или в отдельных ячейках; толщина воротникового шва; выбор блока для каждого wythe.

Расположение структурной арматуры

У инженера есть возможность разместить конструкционную арматурную сталь в муфтовом соединении или в одном или обоих стержнях.Хотя нет прямого запрета на размещение арматуры как в муфтовом соединении, так и в сердечниках блоков, на практике редко возникает конструктивная причина усложнять поперечное сечение такой конфигурацией.

В некоторых узлах может быть проще установить арматуру в стык воротника, например, когда оба стержня сплошные или в ячейках недостаточно места для арматурных стержней. В зависимости от выбранных единиц, муфтовое соединение может обеспечивать или не обеспечивать центрирование арматуры в поперечном сечении стены. Например, если блоки имеют разную толщину, муфтовое соединение не обязательно охватывает центр секции.

И наоборот, если предпочтение отдается армированию со смещением, например, для компенсации неуравновешенных боковых нагрузок, может оказаться выгодным разместить вертикальные стержни в единичных ячейках. Размещение армирования в элементарных ячейках позволяет получить более тонкое воротниковое соединение и, возможно, более тонкое общее поперечное сечение. Элементарные ячейки могут обеспечить большее и менее загруженное отверстие для арматурных стержней и цементного раствора, поскольку стык воротника будет пересекаться соединительными стеновыми связями.

Арматура также может быть размещена в ячейках каждой створки, обеспечивая двойную завесу из стали для сопротивления боковым нагрузкам с обоих направлений, как в случае ветрового давления, так и всасывания.

Ширина соединения воротника

Ни в Строительных нормах и правилах для каменных конструкций, ни в Международных строительных нормах и правилах не установлены нормативные минимальные или максимальные значения толщины манжетного шва, однако существуют некоторые практические ограничения в отношении конструктивных особенностей, а также соответствия нормам при армировании и заливке раствором, которые влияют на размер манжетного шва. Многие из них включены в TEK 16-1A, но есть несколько ключевых моментов, которые особенно важны для стен из армированной композитной кладки:

  • Длина стяжки стены: Некомпозитные полые стены имеют предел толщины полости 4½ дюйма (114 мм), если не выполняется анализ стяжки стены. Такого ограничения по ширине для заполненных манжетных швов в композитной конструкции нет, поскольку можно считать, что стеновые связи полностью поддерживаются раствором или цементным раствором, что устраняет опасения по поводу местного коробления связей.С практической точки зрения, поскольку конструкция полых стен гораздо более распространена, наличие стандартных стяжек может диктовать максимальную толщину воротникового шва, близкую к 4½ дюйма (114 мм).
  • Заливка раствора и высота подъема: Ширина стыкового шва влияет на высоту подъема. Узкие муфтовые соединения могут привести к низкой высоте подъема или заливки, что может повлиять на стоимость и график строительства. См. Таблицу 1 в TEK 3-2A, Заливка цементным раствором бетонных стен (сноска 5) для получения более подробной информации.
  • Рядовой или мелкий раствор: нормы требуют минимального расстояния в свету ¼ дюйма.(6,3 мм) для тонкого цементного раствора и ½ дюйма. (13 мм) для крупнозернистого раствора между арматурными стержнями и любой поверхностью каменной кладки.
  • Затирка или строительный раствор: Хотя стандарты разрешают заполнять стыки раствором или строительным раствором, жидкий раствор предпочтительнее, поскольку он помогает обеспечить полное заполнение стыка воротника, не создавая пустот. Обратите внимание, что буртиковые швы менее ¾ дюйма (19 мм), если не требуется иное, должны быть заполнены раствором по мере возведения стены. Предпочтительно увеличивать осадку раствора для достижения сплошного заполнения шва.Для этого фактически требуется ¾ дюйма. (19 мм) минимальный стык в воротнике, когда арматура помещается в стык в ворот, потому что арматурные стержни должны быть помещены в цементный раствор.
  • Арматурный стержень: диаметр арматурного стержня не может превышать половины наименьшего размера соединения в свету.
  • Горизонтальные связующие балки: Соединительные балки могут потребоваться для соответствия нормативным требованиям, таким как сейсмическая детализация. В таком случае стык воротника должен быть достаточно широким, чтобы вместить горизонтальную и вертикальную арматуру, а также соответствующие зазоры для заливки цементным раствором.

Выбор блока для каждого устройства Wythe

Эстетические критерии могут играть первостепенную роль при выборе элементов для армированных композитных стен. Проектирование композитной стены в соответствии с модульными размерами может значительно упростить детализацию интерфейсов. Оконные и дверные рамы, фундаменты, соединители и другие аксессуары могут лучше сочетаться друг с другом, если соблюдается типичная толщина кирпичной кладки. Дополнительные критерии, влияющие на выбор элементов для армированных композитных стен, включают:

  • Размер и количество арматурных стержней, которые необходимо использовать, и пространство в ячейке, необходимое для их размещения.
  • Требования к покрытию (см. ссылку 6) могут вступить в силу, когда армирование размещается в ячейках не по центру. Требования к покрытию могут повлиять на выбор юнита в зависимости от желаемого размещения планки; толщина лицевой оболочки и размеры ячеек.
  • Если используются двойные завесы с вертикальным армированием, предпочтительно использовать элементы одинаковой толщины для получения симметричного поперечного сечения.

Особенности конструкции

Некоторые структурные соображения были рассмотрены ранее в этом TEK при обсуждении определения поперечного сечения.Поскольку армированная композитная кладка по определению действует как одна стена, способная противостоять нагрузкам, процедуры проектирования практически такие же, как и для всех армированных каменных стен. TEK 14-7A, Расчет допустимых напряжений бетонной кладки (ссылка 7) подробно описывает процедуры проектирования. Однако следует подчеркнуть несколько ключевых моментов:

  • При проектировании и строительстве используются те же процедуры, что и для всех стен из железобетонной кладки, однако использование эмпирических методов проектирования не допускается.
  • Свойства сечения должны быть рассчитаны с использованием метода преобразованного сечения, описанного в TEK 16-1A (см.3).
  • Напряжение сдвига в плоскости интерфейса между витками и манжетным соединением ограничено 5 фунтами на кв. дюйм (34,5 кПа) для манжетных соединений с раствором и 10 фунтов на кв. дюйм (68,9 кПа) для манжетных соединений с цементным раствором.

ДИЗАЙНЕРСКИЕ СТОЛЫ

Таблицы расчета

для некоторых железобетонных композитных стен приведены ниже. Таблицы включают максимальные изгибающие моменты и поперечные нагрузки, которые могут выдерживаться без превышения допустимых напряжений (см.1, 2). Их можно сравнить с таблицами 1 и 2 ТЭК 14-19А, Таблицы допустимых расчетных напряжений для железобетонных каменных стен (ссылка 8) для стен, подверженных равномерным боковым нагрузкам, чтобы убедиться, что рассматриваемая стена не нагружена сверх ее расчетной мощности.

Примеры основаны на следующих критериях:

В дополнение к этим таблицам важно проверить все нормативные требования, регулирующие размеры пространства для заливки раствора и максимальный размер арматуры, чтобы убедиться, что выбранный арматурный стержень не слишком велик для стыка муфты. Проектировщик также должен проверить напряжение сдвига на стыке блока/раствора, чтобы убедиться, что оно не превышает допустимое напряжение по нормам для проектной нагрузки.

Рисунок 1—Секции стен для таблиц 1 и 2
Таблица 1 — два 6-дюймовых. (152 мм) Wythes, смещенное от центра усиление
Таблица 2 — два 4-дюймовых.(102 мм) Wythes, арматура по центру муфтового соединения

ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ И ДЕТАЛЯМ

Несмотря на то, что два композитных кирпичных ригеля не требуется возводить одновременно, за исключением случаев, когда размер воротникового шва меньше ¾ дюйма (19 мм), с практической точки зрения, проще строить оба ригеля одновременно, чтобы облегчить заливку цементного раствора в воротниковое соединение на требуемой кодом высоте заливки.

Заливка композитных стен может быть более сложной, чем одинарная. Например, в то время как весь стык воротника залит цементом, может потребоваться заливка отдельных ячеек только в местах армирования. Установка арматуры и затирки в стыке воротника также может занять больше времени из-за скопления стен из-за анкеров.

Кроме того, немодульные композитные секции стен требуют особого внимания в местах их сопряжения с модульными элементами, такими как оконные и дверные рамы, приклеивание по углам и приклеивание к модульным кирпичным стенам.

ОБОЗНАЧЕНИЯ

A s      = эффективная площадь поперечного сечения арматуры, дюйм²/фут (мм²/м)
d        = расстояние от крайне сжатого волокна до центра тяжести растянутой арматуры, дюймы (мм)
E g      = модуль упругости цементного раствора, фунт/кв. дюйм (МПа)
E m     = модуль упругости кладки при сжатии, фунт/кв. (MPA)
F B B = допустимый сжимающий стресс из-за только для подшивки FL, PSI (MPA)
F S = допустимый растягивающий или сжимающий стресс в арматуре, PSI (MPA)
F V = допустимое напряжение сдвига в кирпичной кладке, фунт/кв. М r     = момент сопротивления стены, дюйм.-фунт/фут (кНм/м)
V r      = сопротивление сдвигу стены, фунт/фут (кН/м)

Каталожные номера

  1. Международные строительные нормы и правила 2003 г. Международный совет по строительным нормам, 2003 г.
  2. Строительные нормы и правила для каменных конструкций, ACI 530-05/ASCE 5-05/TMS 402-05. Отчет Объединенного комитета по стандартам каменной кладки, 2005 г.
  3. Бетонные стены Multiwythe, ТЭК 16-1А. Национальная ассоциация бетонщиков, 2005 г.
  4. Расчет конструкций неармированной композитной кладки, ТЭК 16-2Б. Национальная ассоциация бетонщиков, 2001 г.
    5. .
  5. Заливка стен бетонной кладкой, ТЭК 3-2А. Национальная ассоциация бетонщиков, 2005 г.
    6. .
  6. Стальная арматура для бетонной кладки, ТЕК 12-4С. Национальная ассоциация бетонщиков, 2002 г.
    7. .
  7. Расчет допустимых напряжений бетонной кладки, ТЭК 14-7А. Национальная ассоциация бетонщиков, 2002 г.