CC BY
11Литература
1. Бирзниекс Л. В. Импульсные преобразователи постоянного тока. М.: Энергия, 1974. С. 256.
2. Семенов Б. Ю. Силовая электроника: от простого к сложному. М.: СОЛОН-Пресс, 2005. С. 416.
Перспективы использования композитов в строительной отрасли
Слесарев П. В.
Слесарев Павел Владимирович /Slesarev Pavel Vladimirovich - магистрант, кафедра строительства, строительных материалов и конструкций, Тульский государственный университет, г. Тула
Аннотация: в представленной работе рассмотрены перспективы использования современных композитных материалов в строительной отрасли и рассмотрены материалы, имеющие высокие показатели прочности и пределы упругости. Такие материалы позволят повысить сроки эксплуатации здания, его долговечность, а также снизить расходы на содержание и ремонт.
Ключевые слова: композитные материалы, увеличение износостойкости конструкций, усиление ж/б элементов.
Композитами называют материалы, которые состоят из большого числа ингредиентов. Основой композитов является матрица, имеющая углеродную, металлическую или керамическую природу. Её армируют различными элементами, будь то волокно или кристалл, в виде нити или частиц различного рода [1].
С помощью изменения процентной доли в составе матрицы и наполнителя, а также с помощью выбора их конкретных видов, можно получить требуемые характеристики и свойства.
Однако в последнее время материалы всё более усложняются. Так если взять для одного материала две или три матрицы, то можно расширить диапазон характеристик, получаемых в результате, в разы. Кроме того, используя различные наполнители, можно добиться больших показателей прочности, так как именно наполнитель испытывает наибольшие напряжения под воздействием нагрузки.
Различают следующие виды композитных материалов по виду наполняющих элементов: волокнистые, слоистые, дисперсионные.
Роль матрицы в составе таких материалов велика. Она является основным связующим между частицами наполнителя, способствует устойчивому равномерно распределённому полю напряжений, а также отвечает за основные эксплуатационные характеристики материала, такие как влагостойкость, морозостойкость, огнестойкость и т.д.
В строительной отрасли большим спросом пользуются материалы с наполнителем в виде волокон (волокнистые) [2]. Эти материалы обладают повышенной прочностью, чем и вызвали интерес. К таким материалам можно причислить полимерные композиты на полифенол-формальдегидной основе, с добавлением в них арматуры из упрочнённых пластмасс, углеродных волокон и т.д.; металлокомпозитные материалы с алюминиевой, магниевой или титановой основой, которую армируют либо волокнами из бора и углерода, либо проволокой из металлов повышенной прочности и т.д. Примеры таких материалов приведены в таблице 1.
Основной элемент матрицы Наполнитель волокнистый из Плотность, г/см3 Окр , ГПа Е, ГПа
Эпоксид Стекла 1,89 2,24 1,19 2,56 48 72
Органики 1,26 1,39 1,7 2,59 71 88
Углерода 1,43 1,61 0,77 1,50 110 190
Бора 1,98 2,16 1,03 1,74 220
Алюминий Бор 2,54 1,09-1,21 215-240
Углерод 2,25 0,85-0,95 175-230
Никель Вольфрам в виде проволоки 12,41 0,81 260
Молибден в виде проволоки 9,44 0,66 240
Углерод Углерод 1,46 1,82 0,38 0,90 115 210
Использование современных наполнителей, позволяет достичь улучшения свойств материала, таких как предел прочности и модуль Е, в два-пять раз по сравнению со стандартными материалами. Также очень важным является и превосходство композитных материалов в долговечности, в фактической неподверженности усталостному разрушению, в устойчивости под воздействием динамики и т.д. Например, если в алюминиевый сплав добавить в качестве наполнителя волокно вольфрама, то термостойкость возрастёт на 390-450 градусов. Если же использовать никель, то материал сможет нести нагрузку при 1400°С.
Процесс изготовления композитных материалов такого рода состоит в том, что металл матрицы распыляют на волокна наполнителя. Форму изделию придают различными способами, среди которых наиболее популярен метод пропитывания арматурного каркаса из волокнистого наполнителя расплавленным металлом матрицы под воздействием высокого давления.
Наиболее перспективным направлением развития композитов сейчас является смешивание матрицы из металла с мельчайшими волокнами кремния, вольфрама, никеля, феррума и др. Результатом является очень высокая прочность материала при небольшом удельном весе;
Таким образом, варьируя состав и ингредиенты, из которых материал будет состоять, можно произвести на свет материал, способный отвечать всем заданным требованиям, будь он строительным или применяемым в нефтегазодобывающей отрасли.
Литература
1. КеллиА. Высокопрочные материалы. М.: Мир, 1977. 311 с.
2. СНиП 1.04-04-2002. Обследование и оценка технического состояния зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 2002. 114 с.
