Добавить наночастиц

Добавить наночастиц

Молодые российские ученые улучшают свойства композитной арматуры

Бытовое представление об арматуре исчерпывается возможностью применения ее в качестве инструмента для разрешения конфликтов. Впрочем, скоро, по мнению специалистов, реноме арматуры может кардинально улучшиться, и она уйдет из полукриминального фольклора из-за утраты некоторых прежних физических характеристик, прежде всего, веса. Впрочем, различия композитной и традиционной железной арматуры только весом не исчерпываются.

За рубежом все чаще отдают предпочтение именно композитной арматуре, потому что она имеет ряд несомненных преимуществ. К сожалению, в России, в силу инерционности мышления, железо пока остается вне конкуренции, как это было и во времена советского массового строительства. К тому же, композитная арматура требует более квалифицированного подхода и более подготовленного персонала.

Область применения композитной арматуры чрезвычайно широка. АКП является нержавеющим материалом первой группы химической стойкости. Ее целесообразно применять в бетонных строительных конструкциях, эксплуатируемых в агрессивных средах, например, для армирования дорожного полотна (дорожные плиты для городских дорог, асфальтобетонные покрытия, аэродромные плиты), при строительстве морских сооружений, фундаментов ниже нулевой отметки залегания. АКП применяется в качестве гибких связей в ограждающих конструкциях, так как имеет низкий коэффициент теплопроводности, что позволяет исключить образование «мостиков холода» и снизить теплопотери. Еще одной сферой применения такой арматуры может быть устройство фундаментных конструкций — они подходят для армирования плоской или ступенчатой плитной части гибких фундаментов мелкого заложения с целью «принятия на себя» растягивающих напряжений, возникающих при изгибе плиты.

АКП имеет преимущества и при производстве, и в эксплуатации. Это простота и эффективность технологии изготовления, чрезвычайно малая энерго- и металлоемкость оборудования, компактность технологических линий. АКП обладает кратно большей механической прочностью и меньшей плотностью, высокой коррозионной стойкостью, малой теплопроводностью.

Однако композитам также присущи некоторые недостатки и негативные конструкционные особенности: низкие теплостойкость (до 120-150 градусов Цельсия) и модуль упругости (на порядок ниже, чем у стали). Кроме того, им свойственны ползучесть при длительной статической нагрузке и низкая длительная прочность.

Исправить эти недостатки — интересная задача для ученых. Именно это направление исследований выбрали студентка IV курса НИУ МГСУ Алина Виговская и магистрант первого года Татьяна Ильина. Тема их работы — «Способы повышения эксплуатационных характеристик композитной полимерной арматуры (АКП)». Свои исследования девушки проводили сразу в двух лабораториях — в НИУ МГСУ (лаборатория ТВВиБ) и в лаборатории коррозии и долговечности бетонных и железобетонных конструкций (НИИЖБ им А. А. Гвоздева). Забегая вперед, скажем, что результаты их исследований вылились в несколько научных проектов по повышению эксплуатационных характеристик композитной полимерной арматуры.

Композитная арматура, как правило, состоит из направленно-ориентированных стеклянных, базальтовых, углеродных, арамидных волокон, которые соединены в монолит полимерным связующим, находящимся в период формирования композита в вязкотекучем состоянии, переходящим затем в упруговязкое. Чаще всего в качестве связующего применяются эпоксидные композиты. Результаты исследований показали, что при замещении стеклянных волокон углеродными в определенной пропорции модуль упругости увеличивается на 20%.

Кроме того, качество АКП можно повысить за счет использования разных наполнителей. Так, различные виды глинистых минералов являются одними из наиболее перспективных наполнителей при создании полимерных нанокомпозитов: во-первых, получаемые из них наночастицы однородны по размерам и имеют хлопьевидную форму, что обеспечивает высокие механические свойства получаемых составов; во-вторых, исходный материал является достаточно легкодоступным и дешевым. Благодаря нанометровому размеру частиц, нанокомпозиты на основе силикатов проявляют значительно улучшенные механические, термические и физико-химические свойства по сравнению с чистым полимером или полимером с небольшим содержанием традиционного наполнителя.

Улучшения в свойствах могут включать увеличение модуля упругости, прочности, теплостойкости, газопроницаемости и воспламеняемости. Особое место среди наполнителей занимают углеродные нанотрубки (УНТ). Их роль в композитах на полимерной основе многообразна. Трубки придают композитам жесткость, обладают высокой упругой деформацией (до 5%), что повышает предел прочности при растяжении на порядок по сравнению с обычными полимерами, повышают удельные (отнесенные к массе) значения прочности и жесткости, позволяют расширить диапазон рабочих температур композитов на основе некоторых полимеров, благодаря повышению температуры перехода в стеклообразное состояние.

Исследовательницы изучили и уже имеющийся опыт применения нанодобавок. Так, например, один из производителей композитной полимерной арматуры (ООО «КомАр») проводит модификацию эпоксидной смолы металлсодержащими наноструктурами на основе меди, никеля и железа. Такого рода обработка дает плотную структуру арматуры, неотделимый от стержня рельеф и высокую долю армирующего стекловолокна. Испытания АКП данного производителя показали стабильные повышенные физико-механические характеристики, а также высокую стойкость при воздействии щелочной среды: потеря прочности после стандартных испытаний — не более 5%. Поиск наиболее подходящей добавки для модификации эпоксидной смолы еще не закончен, хотя первые результаты испытаний показывают многократное улучшение свойств арматуры.


Цитата в тему

НЕКОТОРЫЕ НЕДОСТАТКИ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ можно успешно исправлять с помощью модифицирования полимера и использования нанодобавок

Теги:
Еще по теме:
Цитата
Владимир Якушев
Глава Минстроя России
Владимир Якушев
В рамках нацпроекта «Жилье и городская среда» мы раздаем не рыбу, а удочки - то есть формируем механизмы, которые позволят строить дома быстро и качественно
Мария Литинецкая
Мария Литинецкая
Управляющий партнер «Метриум» (участник партнерской сети CBRE)