CC BY
12UDK 624.041.6
EGILISHGA ISHLAYDIGAN TEMIRBETON ELEMENTLARNI KUCHAYTIRISHDA QO'LLANILADIGAN ZAMONAVIY POLIMER KOMPOZITSION MATERIALLAR
Berdiev Obloqul Boboqulovich JizPI, dotsent
Sagatov Baxodir O'ktamovich JizPI? katta o 'qituvchi
Annotatsiya: Maqolada zamonaviy kompozitsion materiallar tavsifi berilgan. Kompozitsion materiallarning kimyoviy ta'sirlarga turg'unligi, elektr o'tkazuvchanlik, siqilishda deformatsiyalanishi, zarbali yuklanishlarga qarshiliklari, harorat ta'siri, olov ta'siri, reologik xususiyatlari, xavfsizlik va sanitariyasi berilgan.
Аннотация: В статье описаны современные композиционные материалы. Исследованывоздействия химического характера на стойкость, электропроводность, деформация сжатия, стойкость к ударным нагрузкам, температурному воздействию, пожарному воздействию, реологические свойства, безопасность и санитария композиционных материалов.
Abstract: The article describes modern compositional materials. Chemical effects on resistance, electrical conductivity, compression deformation, resistance to shock loads, temperature effects, fire effects, rheological properties, safety and sanitation of composite materials were investigated.
Kalit so'zlar: ugleplastik, yuk ko'taruvchanlik qobiliyati, aramidli, poliefirli polotnolar, poliparafenilli benzobisokzallar
Ключевые слова: углепластик, несущая способность, арамид, полиэфирные ткани, полипарафенилбензобисоксалы.
Keywords: carbon fiber, bearing capacity, aramid, polyester fabrics, polyparafenyl benzobisoxals.
Yirik shaharlarda baland ko'p qavatli binolar hamda muhim sanoat inshootlarining qurilishi qurilish konstruksiyalarini portlashlar, yong'inlar ta'siri, zilzilalar kabi favqulodda holatlar natijasida buzilish xavfiga qarshi himoya choralari masalasini eng dolzarb masalalardan biriga aylantirdi. Bu bino va inshootlar zo'rayib boruvchi buzilishlarni sodir bo'lish ehtimoli va oqibatlari nuqtai nazaridan potensial tarzda eng xavflidir. Bunday bino va inshootlarning konstruktiv elementlari o'ta yuklangan bo'lib, yuqori fizik-mexanik xususiyatlarga ega konstruksion materiallardan foydalanishni talab etadi.
Ushbu muammolar majmuini echishning istiqbolli yo'nalishlaridan biri - samarali kompozitsion materiallar yordamida tayanch va egiluvchi to'sinli va plitali konstruksiyalarni tashqi armaturalash usulidan foydalanishdir [2].
Xorijiy mamlakatlarda va Rossiyada temirbeton konstruksiyalarni ham yuk ko'taruvchanlik qobiliyatini tiklash, ham oshgan yuklanishlarga bardoshli bo'lishi uchun kuchaytirish maqsadida tashqi armaturalash bo'yicha ulkan tajriba orttirilgan. Buning uchun kuchaytirilayotgan konstruksiyalar yuzasiga yopishtiriladigan uglerodli, aramidli va shishali matolardan keng foydalaniladi. Elim sifatida ko'pincha epoksidli kompaundlardan foydalaniladi [2].
Bino va inshootlar, hamda egiluvchi konstruksiyalar (plita, to'sin, rigel va b.lar) barqarorligini ta'minlovchi tizimning asosiy elementlari bo'lgan markaziy va nomarkaziy siqilgan tayanch konstruksiyalari (dumaloq, kvadrat va to'g'ri to'rtburchakli kesimga ega
ustunlar) mustahkamligini anchagina oshirish (50% gacha) imkoniyati mavjudligini tasdiqlovchi ilmiy-eksperimental ishlar bo'yicha kattagina tajriba to'plangan [2]. Shuning uchun, tashqi armaturalash yo'li bilan qurilish konstruksiyalarini kuchaytirish bo'yicha xorijda laboratoriya sharoitlarida tabiiy namunalarning yirik o'lchamli fragmentlari bilan olib borilgan eksperimental tadqiqotlarning ahamiyati ayniqsa katta.
XX asrning 80-yillar oxiridayoq dunyo amaliyotida uglerodli, aramidli, poliefirli polotnolar, shishapolotno, hamda PBO (poliparafenilli benzobisokzallar) asosidagi polimer kompozitsion materiallarni qo'llab qurilish konstruksiyalarini tashqi armaturalash yo'li bilan kuchaytirish usuli keng tarqalgan [2,5,6].
Bundan tashqari, po'lat armaturaning zanglashga qarshi chidamliligini ta'minlash qiyi n bo'lgan o'ta tajovuzkor muhitlarda ekspluatatsiyadagi nometall armatura bilan armaturalangan beton konstruksiyalarni qo'llash doirasi kengaygan. SHundan ayrim mahsulot va inshootlarning magnitga qarshi va dielektrik xususiyatlarini ta'minlash zarurati ke lib chiqadi. Bundan tashqari, kelajakda po'latga va doim kamyob bo'lgan legirlangan prisadkalarga nisbatan uzluksiz tarzda o'sib boruvchi extiyojlarni qondirish uchun yaroqli rudalar zaxirasi cheklanganligini hisobga olish lozim [6, 8, 9, 12].
Yuk ko'taruvchanlik qobiliyatini va ekspluatatsiyaga yaroqliligini oshirish, hamda ekspluatatsiya va transport xarajatlarini kamaytirish, konstruksiyani kuchaytirish maqsadida, asosan juda yaxshi fizik-mexanik xususiyatlarga ega ugleplastik asosida yaratilgan kompozit materiallardan foydalaniladi.
Ugleplastik - temirbeton konstruksiyalarni tashqi armaturalash elementlari uchun asosiy bo'lgan yuqori mustahkamlikka ega, chiziqli elastik material. Ugleplastik xolst (wraps) va tasmalar (laminats) ko'rinishida berilgan. Ugleplastikdan iborat tashqi armaturalash elementlari konstruksiyada montaj elimlari (epoksidli, epoksipoliuretanli yoki polimersementli elimlar) yordamida mahkamlanishi bois, ular konstruksiyaning deformatsiyasini ortishiga samarali javob qaytaradi va ularda kuchlanishlar kattaligi juda ham oshadi. Avvalambor aynan shu xususiyatlari temirbeton konstruksiyalarda uglerodli polotnolardan foydalanishga sabab bo'ldi. Ugleplastikning cho'zilishini chekli qiymati betonning cho'zilishidan ancha katta bo'lgani uchun, ko'p hollarda ugleplastikdagi ishchi kuchlanishlar chekli miqdorlardan ancha kichik bo'ladi va ugleplastik bilan kuchaytirilgan namuna odatda tashqi armaturalash elementi bilan beton orasidagi kontakt qatlami bo'yicha buziladi. Ustunlarning ugleplastikli ko'ndalang bandajlarining ishi bundan mustasno [5].
Kelib chiqqan muammolarni amaliy echimi faqatgina kimyo sanoatini tezkor rivojlanishi bilan topildi. Rossiyaning temirbeton ko'priklarini kuchaytirishda qo'llanadigan polotnolarning asosiy fizik-mexanik tavsiflari 1-jadvalda keltiriladi [3-12].
Fizikaviy nuqtai nazardan kuchaytirishda ugleplastiklar va PBO polotnolar asosidagi kompozitlardan foydalanish istiqbollidir, chunki ular uzilishdagi yuqori mustahkamlik chegarasi bilan birga po'lat armaturadagidan kam bo'lmagan elastiklik moduliga ega (1-jadval) [3-12].
1-jadval.
'olotnolar tavsifi
Material Elastiklik moduli E, GPa Cho'zilishda mustahkamlik chegarasi Or, MPa Uzilishdagi deformatsiyalanish sr, %
E-shisha 70...80 2000...3500 3,5...4,5
Ugleplastik (yuqori elastik) 390...760 2400...3400 0,5...0,8
Ugleplastik (yuqori mustahkamlikka ega) 240...280 4100...5100 1,6...1,73
1 K yPH^Hffl 1
Aramid-polotno 62...180 3600...3800 1,9.5,5
RVO 270 5800 2,1
Armaturalovchi polimer kompozitsion materiallarning asosiy tavsiflari - yuklanishlarga yuqori qarshiligi, korroziyaga va kimyoviy ta'sirlarga nisbatan chidamliligi, magnitlanmaslik va dielektrik xususiyatlaridan iborat bo'lib Khalifa va Nanni, 2000 va Raghu va b. 2001, ular ushbu materiallarni boshqa armaturalovchi materiallardan ancha farqlantiradi. Bundan tashqari ularning yana bir qator afzalliklari mavjud, masalan ixtiyoriy notekis (shu jumladan har xil egrilikdagi) yuzalarda osonlik bilan qotirib qo'yish, bironta maxsus uskunasiz ularni inshootga tez va qiyinchiliksiz biriktirish imkoniyatlari mavjudligi. Yuqori darajali turg'unligi, bikirligi va chidamliligi PTMlarni inshootlar konstruksiyalarini kuchaytirish uchun eng yaxshi va istiqbolli materialligini tasdiqlaydi.
Uglerodli va aramidli polotnolar kimyoviy ta'sirlarning ko'pchiligi: ishqorlar, kislotalar, xloridlar, sulfatlar va nitratlarga yaxshi qarshilik ko'rsata oladi. Shishapolotnolar turlarining aksariyati ishqorli korroziyaga yo'liqadi (pH > 11 da), ammo tuzlar ta'siriga esa kam chalinadi. Boshqa polotnolarga nisbatan aramidning suv o'tkazmaslik qobiliyati yuqoriroq. Tuzlarni yuqori konsentratsiyasi polotnolarning hamma turlarida kristallik panjarasini o'zgarishiga olib kelishi mumkin.
Aramid va shisha polotnolalar dielektrik bo'lib, elektr uzatish tarmoqlari va injenerlik kommunikatsiyalari liniyalarini himoyasida qo'llanishi mumkin. Uglerodli polotnolar elektr tokini o'tkazadi, ammo shunga qaramay, ulardan elektr toki ta'siri bilan bilvosita bog'liq bo'lgan qurilish konstruksiyalari (masalan elektrovozli transport qatnaydigan temiryo'l ko'priklari) ni kuchaytirish uchun foydalanish mumkin. Ular elektr tokini uzatuvchi po'lat armaturalardan izolyasiyalangan bo'lishi kerak. Bunday himoya faqat uglerodli polotnolar asosidagi xolstlarni tok o'tkazuvchi elementlar bilan tutash "joyiga" yopishtirishda zarur bo'ladi.
Temirbeton konstruksiyalarni tiklash va kuchaytirish maqsadlarida qo'llanadigan kompozitsion materiallarda olib borilgan sinovlar ularning siqilishga qarshi mustahkamligini cho'zilishga qarshi mustahkamligidan kichik bo'lishini ko'rsatdi. Bo'ylama siqilishda KMF (kompozitsion materiallar va fibropolotnolar) ning emirilishi ko'ndalang cho'zilishdagi deformatsiyasi, polotnolarni qirqilish joyidan ko'ndalang yo'nalish bo'yicha mikroegilishi natijasida ro'y berishi mumkin. Emirilish turi polotnolar tipiga, ularning KMF dagi hajmiy miqdori va qotiruvchi polimerning turiga bog'liq. O'rtacha hisobda siqilishga qarshi mustahkamligi cho'zilishga qarshi mustahkamligining KMFU uchun - 78 %, KMFS uchun -55% va KMFA uchun 20 % tashkil etadi. Tadqiqot ishlari etarli darajada olib borilmagani sababli, hozirgi vaqtda konstruksiyaning siqilgan zonasida kompozitsion materiallarni qo'llash tavsiya etilmaydi, chunki kuchaytirilgan shunday temirbeton element ishini kafolatlab bo'lmaydi.
Zarbali yuklanish ta'sir etgan vaqtda polotnolarni o'zini tutishi ular elastik deformatsiyalanishida qabul qilgan energiyasiga bog'liq. Cho'zilishga yuqori mustahkamligi (3500 MPa dan ortiq) bilan birga ancha katta nisbiy cho'zilish xususiyatlarini o'zida mujassamlagan polotnolar zarbali yuklanishlarni yaxshi qabul qiluvchi materiallar deb hisoblanadi. Uglerodli, aramidli va shishapolotnolarning aksariyat turlari shu talablarga javob beradi.
Harorat ta'sirining kattaligi materiallar konstruksiyasi tarkibiy qismlarining chiziqli harorat deformatsiyasi koeffitsientlariga bog'liq. Beton uchun u 10-5°C teng. Shishapolotnolarning chiziqli harorat deformatsiyasi koeffitsienti beton koeffitsientiga yaqin, polimerlarda taxminan 5 marta kattaroq, uglerodli polotnolarda esa uning qiymati nolga yaqin. Izlanishlar shuni ko'rsatadiki, -28°C dan 28°C gacha haroratlar diapazonida harorat ta'sirini
e'tiborga olmasa ham bo'lar ekan.
Shishapolotnolar o'z mustahkamligini erish harorati (1000°C ortiq) gacha saqlab qoladi, uglerodli polotnolar esa havoda 275°C yaqin haroratda oksidlanib ketadi. Aramid polotnolardan 200°C dan yuqori haroratda foydalanib bo'lmaydi. Bunda polotnolar orasida qotiruvchi polimer tomonidan ta'sir etuvchi kuchlarning kamayishi sababli, butun kompozitsion materialni cho'zilishga qaratilgan ish yomonlashadi. Eksperimental tadqiqotlar [6] polimerning shishaga aylanish haroratidan ancha yuqori - taxminan 250°C teng bo'lgan haroratlarda KMFU va KMFSHlarni cho'zilishga qarshi mustahkamligi taxminan 20% kamayib ketishini ko'rsatadi. Polotnolarning hamma turlari ham yonmaydi. Yong'in vaqtida kompozitsion materiallarda qotiruvchi polimerlarning holati asosiy hal etuvchi bo'ladi, chunki ular yongan vaqtda toksik moddalar ajralib chiqishi mumkin.
Barcha kompozitsion materiallar ko'pmi-ozmi salqilik xususiyatiga ega (polzuchestyu), ya'ni vaqt o'tishi bilan ularning cho'zilishga mustahkamligi kamayib boradi. Bunda regradatsiya vaqti nomuvofiq tashqi ta'sirlar - yuqori yoki past harorat, ultrabinafsha nurlarinish, ishqorli ta'sir, "muzlash-erish" sikllariga bog'liq bo'ladi. Sinov natijalari uzoq muddatli mustahkamlikning chiziqli miqdorini qo'yilgan yuklanishning ixtiyoriy kattaligini vaqt logarifmiga bog'liqligini ko'rsatdi [6]. Uzoq muddatli sinovlarda (500 000 ortiq soat) uzoq muddatli mustahkamlik koeffitsienti KMFS - 0,3, KMFA - 0,47 va KMFU uchun 0,91 teng bo'ldi. Ya'ni, uglerodli polotnolar deyarli ko'chuvchanlik xususiyatiga ega emas ekan. Loyihalash jarayonida kompozitsion materiallarning uzoq muddatli mustahkamligi tegishli kamaytiruvchi koeffitsientlar orqali hisobga olinadi.
Polotnolarning barcha turlari to'g'ri ekspluatatsiya sharoitlarida sog'liqqa xavf tug'dirmaydi. Bevosita kuchaytirish uchun bajariladigan ishlar jarayonida fibraning ayrim qismlari teri, ko'z va shilliq pardalarni qichishini keltirib chiqarishi mumkin. Shuning uchun bunday ishlarni bajarishda shaxsiy himoya vositalardan foydalanish zarur. Aramidli, uglerodli va shisha polotnolar toksik moddalardan holi bo'lgan inert materiallardir. Ularda er osti inshootlarini kuchaytirish jarayonida havoni ifloslantiradigan yoki tuproqqa singib ketadigan zararli moddalar yo'q.
ADABIYOTLAR
1. Dussek, I. (1987). Strengthening of bridge beams and similar structures by means of epoxy resin bonded external reinforcement. Transp. Res. Rec. No. 785, Transp. Res. Board, Washington, D.C. pp 21-24.
2. John Hooks (1997). FHWA study for advanced composites in bridges in Europe and
Japan.
3. Материалы ООО ИПЦ «ИнтерАква». Технология усиления зданий и сооружений с применением углеволокнистых материалов. www.interaqua.biz. -64 с.
4. Материалы ООО «ИНТЕР/ТЭК». Высокопрочные системы усиления. ITECWRAP®/ITECRE SIN®. Екатеринбург. 2010. - 69 с. www.carbon66.ru Inter-tec@mail.ru
5. Материалы компании ООО «Зика». www.sika.ru.
6. Материалы ЗАО «Холдинговая Компания «Композит»». 6_Simakiv_
Armirovanie_s_ FibArm
7. Материалы компании ООО «Урал Спец Гидро Технологии». Ремонт мостовых конструкций из железобетона. Свердловская обл., г. Ревда. -13 с. ural sgt@ural sgt.ru.
8. Материалы БелдорНИИ. e-mail:beldornii@anitex.by.
9. Материалы ООО "Фирма "Практика" (Россия). http://www.stroyportal.ru/profile/33144. html.
10. Материал корпорации «РОСНАНО». http://www.nccrussia.com.
info@nccrussia.com. https://twitter.com/nccrussia.
11. Материалы ООО «БАСФ Т.О.В.» Комплексное решение для восстановления бетона и железобетона. BASF. The Chemical Company. basf.ukraine@basf.com
12. Материалы «Леста». Кузнецов А. Усиление строительных конструкций композитными материалами на основе углеродных волокон. Системы внешнего армирования. Материалы III практического семинара «Выполнение капитального ремонта МКД.
