Строительные материалы (стр. 19 )

В частности, направленным размещением армирующих волокон можно улучшить прочностные показатели, эластичность, термостойкость и другие свойства композита. При этом нужно правильно рассчитать состав композиционного материала и определить оптималь­ное количественное соотношение компонентов.

Волокнистые композиционные материалы можно классифицировать по разным признакам. Например, по виду применяемого сырья, харак­теру армирования, виду материала матрицы (полимерные, железные, керамические, углеродные), по виду армирующего волокна (стекло­пластики, боропластики) и т. д.

Армирующие волокна в составе композиционных материалов могут располагаться ровным слоем, во взаимно параллельном направлении или спонтанно и спутанно, например, в тканевой арматуре.

Армирующие составляющие композиционного материала могут быть в виде тонко измельченного порошка, микроволокон, обеспе­чивающих плотность и прочность материала. Тонкоизмельченные дисперсные наполнители равномерно распределяются по всему объему.

С увеличением удельной поверхности наполнителя прочность ком­позиционного материала возрастает. Увеличивается также оптималь­ное содержание наполнителя в объеме композиционного материала.

Прочность, твердость, теплостойкость композитов в значительной '  мере определяются материалом матрицы, т. е. видом связующего. Полимерная, каучуковая, битумная матрицы обеспечивают прочность и пластичность материала.

В процессе разрушения в материале образуются трещины, раз­витию которых препятствуют частицы наполнителя. Часть энергии трещин поглощается связкой вблизи наполнителя, при этом расту­щая трещина искривляется, разветвляется, скорость ее распростра­нения замедляется из-за увеличения пути движения вокруг частиц наполнителя. Часто источниками разрушения являются агрегаты не смоченных связкой частиц. Ослабляют структуру материала оста­точные напряжения, возникающие при разном термическом расши­рении компонентов. Эти напряжения в основном рассредоточиваются на некотором расстоянии от границ контакта связующего с напол­нителем.

Для получения композиционного материала, работающего на из­гиб и растяжение, применяются высокопрочные волокна, которые при­нимают на себя растягивающие напряжения. Структура волокнистых композиционных материалов отличается от структуры композитов с порошковым наполнителем. Доля порошкового наполнителя в объеме композита составляет 15-25 %, при этом наполнитель равномерно распределяется по всему объему композиционного материала. А доля волокна в объеме композита может превышать 75 %. Армирован­ные волокнистые композиционные материалы характеризуются вы­сокой прочностью, гибкостью, плотностью, сохранением свойств в различных температурных условиях, устойчивостью к химическим воздействиям.

Свойства конгломератов, прежде всего, определяются прочностью контактного склеивания мелких и крупных частиц.

Неорганические и органические вяжущие можно назвать клеями. При смешивании с вяжущими частицы и зерна других материалов вза­имно склеиваются и образуют единый конгломерат. Прочность склеи­вания зерен, частиц или волокон зависит от адгезии - прочности поверхностного сцепления с клеем и когезии - прочности самого клея­щего вещества. Разрушение по границе склеивания двух материалов свидетельствует о том, что адгезионная прочность клея слабее когезионной. Между двумя склеившимися материалами образуется контактный слой. При склеивании полимерным клеем толщина кон­тактного слоя обычно составляет десятые части микрона, при исполь­зовании минерального клея - 20—50 мкм. Увеличение поверхности скле­иваемых предметов (например, создание шероховатости) повышает адгезионную прочность. К высокоадгезийным клеям относятся жид­кое стекло, полимерные клеи.

Высокая адгезионная прочность полимерного клея оценивается молекулярной плотностью гидроксильных (ОН), карбоксильных (СООН), нитрильных (CN) и других функциональных групп. К высоко­адгезийным полимерным клеям относятся эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические соединения.

В строительстве широко применяются искусственные конгло­мераты со связкой, образуемой минеральными и органическими вяжущими веществами - цементом, известью, гипсом, битумом, по­лимерами и т. п. (бетоны, строительные растворы). При размещении в таких материалах арматуры образуются строительные компози­ционные материалы типа армоцемента и железобетона.

При использовании полимерноминеральных вяжущих можно получить изделия и конструкции с новыми свойствами. Изменяя количество или вид полимера в составе вяжущего, можно направленно варьировать свойства композита. Примером могут служить полимерцементные бе­тоны, используемые в различных областях строительства. В качестве органической составляющей вяжущего часто используются поли-винилацетатная дисперсия, синтетические латексы, полиэфирные, карбамидные, эпоксидные смолы, фуриловый спирт и другие жидкие синтетические добавки.

Для повышения прочности и стойкости к агрессивной среде бетонные изделия на основе минеральных вяжущих можно пропитать жидкими полимерами (полистирол, битум, полиметилметакрилат) или мономе­рами. В порах бетона жидкие полимеры затвердевают и в результате плотность, прочность и стойкость бетона возрастают.

В настоящее время в строительстве широко применяются желе-зополимеры. Для этого алюминиевый каркас окон, дверей, плит по­крытия и т. п. помещают в форму с жидкими полиэфирными, поливи-нилхлоридными и другими смолами с отвердителями. Получаемые изделия эстетичны, обладают высокой прочностью и стойкостью в различных климатических условиях и к воздействию агрессивных сред.

При изготовлении стеклопластиковых композиционных строитель­ных материалов в качестве матрицы применяют полимерное сырье - полиэфирные, эпоксидные, фенольные, карбамидные смолы, а в ка­честве упрочняющей арматуры - высокопрочное стекловолокно. Высокая адгезия смол к волокнам обусловливает высокую прочность стеклопластиков при растяжении, которая обычно близка к теорети­ческой, что свидетельствует о высокой плотности и бездефектности структуры материала.

Свойства стеклопластика зависят от состава, видов смолы и во­локна, технологических условий их получения.

Различными технологическими способами из стеклопластиковых композиционных материалов изготавливают трубы, листы покрытий, объемные блоки, длинные доскообразные и другие изделия.

Относящиеся к стеклопластикам стекловолокнистые анизотроп­ные композиты (СВАК) получают следующим путем. Перемешан­ное с синтетическими смолами и уплотненное в виде тонких плиток стекловолокно продольно и горизонтально укладывают и далее уплот­няют при высокой температуре.

В 50-х годах прошлого столетия из СВАКа было построено жилое трехэтажное здание. Однако, хотя здание было красивым, легким и дешевым, полимеры выделяли вредные для здоровья вещества, по­этому широкое использование таких композиционных материалов в жилых помещениях ограничено.

Рекомендуемая литература

1. , Строительные материалы. М.: Стройиздат. 1986.- 686с.

2. Строительные материалы. М.: Высшая школа. 1989.-496 с.

3. , , и др. Под ред. Строительные материалы. М.: Высшая школа. 1982. – 352 с.

4. , , Архитектурное материаловедение. Алматы: НИЦ «Ғылым», 2004.

5. Кровельные материалы. М.: Высшая школа 1990.

6. Композиционные материалы: Справочник /Под. ред. , .- М.: Машиностроение, 1990.

Контрольные задания для СРС (тема 1) [1-16,33,38]

1. Факторы, обеспечивающие конструкционным композитам высокие прочностные свойства.

2. Матрица, армирующие материалы в составе композита.

3. Влияние адгезии и когезии на прочность соединения армирующего компонента с матрицей.

4. Искусственные конгломераты.

4  Методические указания для выполнения лабораторных работ

Лабораторная работа №1 «Определение физических свойств строительных материалов: плотности, пористости, пустотности и водопоглощения. Определение механических свойств. Расчет значений пределов прочности по результатам испытаний. Ознакомление с неразрушающими методами контроля».

Цель работы: определение основных физических свойств строительных материалов: плотности, пористости, пустотности и водопоглощения. Определение механических свойств. Расчет значений пределов прочности по результатам испытаний. Ознакомление с неразрушающими методами контроля.

Порядок выполнения работы:

1. Исследование физических свойств песка.

1.1 Определение истинной плотности песка.

1.2 Определение средней насыпной плотности песка в сухом состоянии.

1.3 Определение пустотности песка.

1.4 Определение влажности песка.

1.5 Определение содержания в песке пылевидных, глинистых, илистых частиц.

2 Исследование физических свойств щебня (гравия).

2.1 Определение плотности зерен щебня (гравия)

2.2 Определение средней насыпной плотности щебня (гравия).

2.3 Определение влажности щебня (гравия).

2.4 Определение пустотности щебня (гравия).

2.5 Определение водопоглощения щебня (гравия).

Контрольные вопросы:

Что такое истинная плотность? Как она определяется? Что такое средняя плотность? Что такое насыпная плотность? Как она определяется? Что такое влажность и водопоглощение? Как они определяются? Как определяют пористость материала?

Рекомендуемая литература

[56, преп. , , Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Строительные материалы» для студентов строительных специальностей Караганда, КарГТУ, 2007.] [39] стр. 30-46 [40] все номера издания [13] стр. 34-65 [38] стр. 96-123 [2] стр. 18-32 [12] стр.39-48 [41]

Контрольные задания для СРС (тема 1) [1-15,40]

Виды механических свойств материала. Относительная деформация, эластичность материала, хрупкость материала. Истираемость, дисперсность, химическая стойкость материала. Долговечность и надежность строительных материалов.

Лабораторная работа №2 «Изучение и сопоставление свойств важнейших породообразующих минералов и горных пород, применяемых в производстве строительных изделий природного камня и искусственных материалов для строительства (работа с коллекциями)».

Целью работы является ознакомление с номенклатурой и строительными свойствами некоторых важнейших горных пород, а также с факторами, влияющими на эти свойства.