Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Грунтовые основания
Опорные сооружения





















Яндекс.Метрика

Основные определения и понятия о композиционных строительных материалах

Непрерывно возрастающие требования к физико-техническим свойствам строительных материалов вызывают необходимость в создании их новых образцов с комплексом улучшенных показателей. Наибольшее внимание во всем мире в последнее время привлекают композиционные материалы, нашедшие широкое применение в строительстве, машино-, самолето- и ракетостроении, химической промышленности и т. д.
Над развитием теории расчета, конструирования, технологии изготовления, оптимизацией составов и изучением свойств композиционных материалов (KM) работают ученые и специалисты в различных областях материаловедения. Независимо от области исследования авторы относят к композиционным любой материал с гетерогенной (состоящей из двух или более фаз) структурой. При этом в KM выделяются матрица как непрерывная среда, а также включения произвольной формы и поверхности раздела. К KM относятся и однородные материалы с пустотами, причем последние считаются включениями, имеющими модуль упругости, равный нулю. Некоторые авторы при отнесении материалов к композиционным накладывают дополнительные ограничения. Например, М. Ричардсон считает их таковыми, если размеры включений в них больше 10 м, в противном случае они гомогенные. Критическая величина включений 10в-8 м (10 нм или 0,01 мкм) принята исходя из соответствия минимальному размеру частиц искусственно получаемых порошков. В работах отмечается, что компоненты композиционных материалов сохраняют свои свойства, образуя при этом материал с улучшенными свойствами. В.Ф. Яценко считает, что по этой причине многие сплавы не могут относиться к композиционным.
По определению В.И. Соломатова композиционные строительные материалы (KCM) представляют собой искусственные материалы сложных структур, составленные из двух и более мономатериалов с резко различными свойствами и приобретающие в результате такого сочетания комплекс новых свойств, не присущих исходным материалам. В номенклатуру KCM включаются бетоны и растворы всех видов, мастики, замазки, клеи, строительная керамика, стеклопластики и древесные пластики, другие полимерные материалы.
Композиционные материалы классифицируют по различным признакам: материалу (по виду и свойствам связующих, заполнителей и армирующих); конструкции (по типу и расположению арматуры); технологии (по способу переработки в изделия и отверждения); структуре (волокнистые, слоистые, дисперсно-упрочненные). Разделение компонентов KM на матрицу и заполнители производится по геометрическому признаку: непрерывный по всему объему KM компонент называется матричным, а прерывистый, разъединенный в объеме KM — армирующим. Матрица обеспечивает монолитность композита, фиксирует форму изделия, способствует организации совместной работы с заполнителем. Она выполняет также роль защитного покрытия, предохраняющего заполнители от механических повреждений и старения.
В зависимости от материала матрицы различают металлические, керамические, полимерные, полимерцементные, цементные, гипсовые и другие КСМ. Она определяет устойчивость KM к внешним воздействиям, повышенным и пониженным температурам, агрессивным средам и т. д: Матрицы (связующие) в зависимости от отношения к температуре делятся на термопласты, способные и при изменении температуры переходить в жидкое, пластичное или твердое состояние, и реактопласты, при нагревании которых происходят необратимые структурные и химические превращения.
В качестве заполняющих компонентов в KM применяют наполнители и заполнители в виде гранул правильной и неправильной формы, волокнистые и стержневые армирующие материалы, пространственные элементы. Количественным критерием разделения на заполнители и наполнители может служить удельная поверхность зерен. При высоких ее значению (более 0,05 м2/г) материал квалифицируется как наполнитель, при крайне низких — как заполнитель.
Наполнители представляют собой дисперсные порошки минералов, горных пород и искусственных материалов. Заполнители — крупные гранулы тех же горных пород в виде щебня к гравия, а также специально изготавливаемые керамические и иные элементы правильной и неправильной формы и различной плотности. Разделение на заполнители и наполнители по размеру зерен отражает различную природу взаимодействия между матрицей (связующим) и частицами.
Для наполнителей определяющими являются поверхностные характеристики, прочность же самих частиц и их гравитационное взаимодействие малозначимы. Для заполнителей, напротив, главные качества — прочность и плотность упаковки, а поверхностные факторы играют второстепенную роль. Промежуточное положение между наполнителями и заполнителями занимают мелкие пески, для которых равнозначно проявление как поверхностных, так и объемных свойств.
Особая, а порой и ведущая роль при получении композиционных материалов с требуемыми свойствами принадлежит поверхности раздела, в пределах которой происходят физические, химические и механические взаимодействия. Компоненты KM должны обладать совместимостью. Это понятие включает адгезионную прочность (слипание поверхностей двух разнородных тел), близость коэффициентов температурного расширения и другие свойства. При создании высокопрочных KCM необходимо, чтобы адгезионная прочность была близка по величине к прочности матрицы при условии сохранения исходных свойств компонентов. Последнее определяет то, что степень взаимодействия между компонентами должна быть контролируемой. Незначительное химическое взаимодействие является необходимым условием образования связи между компонентами, тогда как слишком интенсивное приводит к взаимному растворению компонентов, возникновению промежуточных фаз, которые во многих случаях образуют хрупкие зоны, оказывающие отрицательное влияние на уровень механических свойств композиционного материала. Например, при составлении композитов, предназначаемых для работы при высоких температурах, компоненты выбирают с позиции минимального взаимодействия.
Идея объединения двух или более материалов с целью получения другого, обладающего иными, чем исходные компоненты, свойствами, восходит к началу развития цивилизации. Однако изобретения тогда в основном были направлены на создание изделий из существующих в природе материалов. В этой связи многие материалы и технологии данного периода хоть и являлись удачными находками, все же были недостаточно эффективными. Для повышения эффективности строительных композитов требовался научный подход к изучению назначения составов и конструированию, применению при их изготовлении более подходящих искусственных материалов. Первыми достаточно эффективными КСМ, созданными на основе научного подхода, следует считать бетон, железобетон и стеклопластики, в которых наиболее удачно использованы положительные свойства составляющих компонентов.
Среди KCM немаловажную роль играют бетоны. При этом оптимальными считаются материалы с контактной упаковкой заполняющего компонента. Многие авторы полагают, что в таких композитах заполняющая часть, сцементированная по поверхностям контакта, образует в композите каркас, или "скелет". В последнее время разработана эффективная технология получения подобных бетонов. По данной технологии сначала изготовляют каркас путем склеивания зерен крупного заполнителя друг с другом с помощью связующих, а окончательно формируют структуру KCM посредством заполнения пустот крупнопористого каркаса связующим (матрицей). Эти бетоны В.И. Соломатов назвал каркасными. Каркасы по аналогии с крупнопористыми бетонами, которые находят широкое самостоятельное применение, можно получать на различных связующих. Идея производства крупнопористых бетонов выдвинута в 1912 году профессором Н.А. Житкевичем для применения в массивных бетонных сооружениях в качестве внутреннего ядра. Позднее благодаря исследованиям Б.Г. Скрамтаева, Д.Н. Алексеева, Г.А. Бужевича, Ю.Л. Воробьева, С.М. Ицковича и других ученых крупнопористые бетоны на основе цементов, гипса и битума стали использоваться в несущих, ограждающих конструкциях и фильтрующих дренажных системах. Для получения крупнопористых бетонов автоклавного твердения применяются известково-кремнеземистые и гипсоцементно-пуццолановые вяжущие, жидкое стекло, бакелитовый лак. В последнее время разрабатываются коррозиеустойчивые крупнопористые бетоны, составленные на основе жидкого стекла, керамики, термореактивных смол и термопластичных полимеров.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: