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:
  • Теплоагрегаты расширяют возможности применения

    Парогенераторы ИНТЕРБЛОК широко применяются в технологических процессах производства, в строительстве, для отопления зданий и сооружений, при выполнении аварийно-спасательных работ, ликвидации разливов нефти на ледовой и водной поверхности. Разработана морская модификация парогенератора, встроенного в 10-футовый контейнер, для эксплуатации на палубе многофункциональных аварийно-спасательных судов ледокольного класса.

  • Стратегическое развитие

    Сколько продал лидер рынка бетонных заводов, и где находится бетонная столица России?

  • Экология в приоритете

    Обновление основных фондов в комплексе с решением экологических проблем — важнейшие задачи, наиболее остро стоящие сегодня перед российскими компаниями реального сектора экономики.

  • Сверхнормативное потепление

    Ученые разрабатывают новые стандарты строительства на вечномерзлых грунта

Цитата
Владимир Якушев
Глава Минстроя России
Владимир Якушев
Коммунальщики задолжали ресурсоснабжающим организациям около 150 млрд. Задолженность тех, кто должен заплатить за эти услуги, около 1 трлн рублей. Чувствуете дисбаланс? Это — деньги, которые ушли из отрасли, их сегодня там нет. Когда мы ругаем коммунальщиков, мы всегда должны задумываться: а вовремя ли мы заплатили за все услуги?
Елена Спиридонова
Елена Спиридонова
Директор Кадастровой палаты по Москве