Полимерные конструкции

К числу наиболее эффективных полимерных конструкций относят оболочки и панели. Пластмассовые оболочки используют для перекрытия пролетов от 3-30 м до 90-100м. В качестве конструкционного материала для оболочек применяют стеклопластики на основе полиэфирной смолы, алюминиевые и стальные профили, клееные деревянные брусья. . При проектировании конструкций необходимо учитывать, что их прочность уменьшается пропорционально логарифму времени в условиях воздействия напряжений. Через 25 лет она составляет только 40 % от исходной кратковременной прочности. Прочность стеклопластиков снижается под воздействием циклических нагрузок. Стеклопластики относятся к горючим материалам, но классифицируются как трудновоспламеняемые. Под влиянием ультрафиолетовых лучей смола желтеет. Под воздействием атмосферных осадков светопропускающая способность стеклопластиков снижается с 90 до 80 %. Тепловое излучение в пределах ожидаемой нормы не влияет на долговечность стеклопластиков. Но для предотвращения расслоения необходимо снимать повторные температурные напряжения. При проектировании необходимо обеспечивать жесткость элементов конструкций, одновременно решая задачи эстетики, функциональности и прочности.

13.КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ (КОМПОЗИТЫ)

Композиты представляют собой материалы, образующиеся при объемном сочетании разнородных компонентов. Компоненты в композиционных материалах взаимодействуют друг с другом через поверхности раздела. Оптимальное сочетание компонентов в рецептуре материала обеспечивает получение новых свойств. Отличительная особенность многих композиционных материалов - это их ярко выраженная гетерогенность со значительным различием свойств и размеров отдельных компонентов.

Компонент, непрерывный в объеме композиционного материала, называется матрицей. По виду материала матрицы различают полимерные композиты, металлические, неорганические и комбинированные. Матрица придает материалу монолитность, обеспечивает перераспределение нагрузки по объему материала, защищает наполнитель от внешних воздействий.

Тип матрицы в значительной мере определяет технологию получения композита. Композиционные материалы на керамической матрице по типу матрицы подразделяются на техническую оксидную керамику, полученную на основе оксидов металлов – Al₂O₃, ZrO₂, СаО, МgО, и безоксидную из бескислородных соединений типа карбидов МеС, нитридов МеN, силицидов МеSi. Керамические композиционные материалы получают методами порошковой металлургии.

Наполнители вводят в матрицу с целью улучшения его свойств: увеличения прочности, жесткости, пластичности. Принято различать собственно наполнители, представляющие собой дисперсные вещества, и армирующие элементы (волокнистые, листовые), повышающие прочность на растяжение и изгиб. Композиты могут содержать как армирующие, так и дисперсные наполнители.

Композиционные материалы на полимерной матрице по виду наполнителя делят на наполненные и армированные пластики. Наполненные пластики в качестве дисперсной фазы содержат порошкообразные материалы в виде графита, кокса, сажи, кварцевого песка, древесной муки. Обычно их перерабатывают литьем под давлением или экструзией. Армированные пластики могут содержать в качестве упрочняющего наполнителя стеклянные и древесные волокна, древесный шпон, стеклоткань. Армированные пластики с волокнистым наполнителем могут формоваться намоткой с последующей пропиткой полимером, а в случае применения листовых армирующих элементов – методом прессования.

К дисперсно-наполненным керамическим копозиционным материалам относят керамико-металлические материалы – керметы. Из наиболее распространенных керметов известны материалы на матрице из оксидов алюминия и тугоплавких металлов – молибдена, ниобия, вольфрама, тантала.

Композиционные материалы, имеющие одинаковые свойства по всем направлениям, называют изотропными, это обычно материалы с дисперсными или коротковолнистыми наполнителями. Анизотропные композиты, как правило, содержат армирующие элементы. Они проявляют разные свойства в зависимости от направления.

На границах раздела компонентов композиционного материала возникают тонкие переходные слои, образуя зону раздела фаз. В зоне раздела фаз происходит механическое, физическое и химическое взаимодействие компонентов.

Механические связи возникают под влиянием сил трения, механического зацепления компонентов с помощью специально созданных изгибов, выступов, впадин или естественных неровностей на поверхности частиц наполнителей.

Физические связи являются следствием межмолекулярного взаимодействия на границах раздела. Чем лучше смачивание, тем прочнее связь между компонентами.

Химическое взаимодействие обеспечивает образование наиболее сильных связей между компонентами. Оно возникает, как правило, между молекулами с ненасыщенными связями.

Управлять свойствами композиционных материалов можно в широких пределах, оптимизируя их рецептуру и технологию.

Известны две области эффективного использования композитов: в качестве заменителей дефицитных традиционных материалов и в качестве конструкционных материалов с уникальными характеристиками.

14. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ РЕМОНТА И РЕСТАВРАЦИИ КОНСТРУКЦИЙ

Бельгийская кампания Zinga Metall разработала покрытие сочетающее преимущества активного и пассивного способа защиты стальных конструкций. Это антикоррозионный состав Zinga для холодной гальванизации. Это однородное соединение, содержащее 96 % электролитического цинка с чистотой 99,995 5 с размерами частиц 3-5 мкм и 4 % полимерных составляющих. В нем нет свинца, кадмия, толуола, ксилола, хлоридметилена, метилэтилкетона. При толщине 40 мкм гарантия 10 лет, при 120 мкм - более 25 лет. Защита оказалась лучше, чем горячая оцинковка. Возможно проведение работ при высоокой влажности в широком диапазоне температур. ООО “УЮТНЫЙ ОЧАГ” (095)436-78-20. Холодная гальванизция - одно из лучших покрытий в мире.

Очень часто в ремонте и реставрации нуждаются железобетонные конструкции. Перед ремонтом поверхность железобетонной конструкции и арматуры очищают с помощью песко-, дробеструйных инструментов, обеспыливают сжатым воздухом. Жировые пятна удаляют растворителем, солеобразования – чистой водой. Продукты взаимодействия с кислотами – промывают последовательно кальцинированной содой и водой.

Для создания гидрофобного покрытия применяют метил- и этилсиликонаты натрия - ГКЖ-10, ГКЖ-11 и полиэтилгидросилоксан – ГКЖ-94. ГКЖ-94 наиболее эффективен. Гирофобные составы готовят в растворителях 4…5 % - ной концентрации или приготавливают 20 %-ные водные составы. Пленка высыхает в течение 5 часов, а через 5 суток поверхность приобретает устойчивые гидрофобные свойства.

Поверхность бетона защищают малярными составами. Эмали ХВ-785, ХВ-43, ХВ-124 представляют собой растворы перхлорвиниловой смолы. Они наносятся по грунтовке из лака ХВ-784. Краску распыляют послойно пленкой толщиной 25 мкм. Каждый слой сушат в течение не менее 4 часов. Рекомендуется наносить до 5 слоев.

Хорошей адгезией к бетону обладают хлоркаучуковые краски КЧ-172, КЧ-749. Краска наносится слоем 200 мкм за 2…3 раза. Сушится в течение 2 суток.

Эмаль эпоксидная ЭП-773 химически стойкая применяется с отвердителем в виде 50 %-ного спиртового раствора гексаметилендиамина. Вязкость состава – 45 с. Сушка – 24 часа. Для грунтовки рекомендуется лак ЭП-55.

Трещиностойкие покрытия по бетону могут быть получены на основе химически стойкой краски ХП-799 вязкостью 40 с, связующим в которой является хлорсульфированный полиэтилен. Рекомендуется наносить 4 слоя по 25 мкм.

В сильноагрессивных средах при высокой температуре эксплуатации устраивают облицовки из кислотостойких штучных материалов.

В последние годы на рынке ремонтных материалов для бетонных конструкций появились сухие ремонтные смеси проникающего действия на цементной основе: рикаверон, пенетрон, гидротекс, лдахта, пенетрон, эмако и др. Гидроизоляционные материалы серии «Рикаверон» производства ЗАО «Антикорстрой» предназначены для защиты бетонных конструкций и сооружений. Представляют собой одно- и двухкомпонентные материалы на основе цементно-песчаных композиций с модифицирующими добавками. Прочность сцепления со старым бетоном : тяжелым – более 2 МПа, с ячеистым не менее 1,5 МПа, МРЗ – з00 циклов, водонепроницаемость до W=20. Материалы не уступают зарубежным аналогам, и имеют в 5 раз более низкую стоимость. Рикаверон-350 - однокомпонентный состав проникающего действия. Рекомендуется для защиты и восстановления прочностных характеристик и кирпичных конструкции й при ремонтных работах. Снижает водопоглощение ячеистого бетона с 15 до 6 %, повышает его морозостойкость с 50 до 100 циклов. Рикаверон –ГФ – гидрофобизирующий двухкомпонентный состав. Рекомендуется для защиты конструкций подвергающихся воздействию воды и агрессивных жидкостей. Рикаверон – ГУ – гидроизолирующий состав упрочняющего действия. Рекомендуется для усиления конструкций. Восстановления их водонепроницаемости, заделки трещин, в качестве упрочняющего и гидроизолирующего покрытия.

В практике эксплуатации дымовых труб тепловых электростанций известны случаи конденсации серной кислоты на внутренней поверхности. Причиной образования серной кислоты является присутствии в топливе или в дымовых газах сернистого и серного ангидрида. При взаимодействии серной кислоты с гидроксидом кальция цементного камня образуется малорастворимый сульфат кальция, что сопровождается увеличением объема в 2,2 раза по сравнению с объемом гидроксида кальция. При повышенных температурах процесс коррозии идет активно. Объемные деформации вызывают разрушение сульфатированного слоя. Таким образом, сущность процесса коррозии бетона связана с объемными деформациями в поверхностном слое бетона при увеличении объема новообразований с послойным разрушением бетона.Возможна коррозия стальной арматуры от нейтрализации защитного слоя. Опыт показывает, что без специальной надежной защиты поверхности бетона нельзя обеспечить длительную эксплуатацию конструкций. Железобетонные конструкции следует снабжать футеровкой из термо-кислотоупорных керамических плиток ( типа ТК).

Перед защитой поверхность бетона очищают с помощью песко- , дробеструйных аппаратов. Жировые пятна удаляют растворителем. Солеобразования смывают водой. Продукты взаимодействия с кислотами удаляют обработкой кальцинированной содой с последующей промывкой водой.

Футеровку выполняют на кислотоупорной силикатной замазке, исходя из следующего расхода на 1 м3 замазки:

Молотый кислотоситойкий наполнитель – 1200…1300 кг;

Жидкое стекло - 500…700 кг;

Кремнефтористый натрий - 70…100 кг.

Силикатная замазка быстро схватывается и твердеет, поэтому ее приготавливают в небольших количествах , обеспечивающих работу футеровщиков в течение 20…25 мин.

Перед футеровкой поверхность грунтуют и шпаклюют. Для грунтовки соотношение жидкого стекла и наполнителя берут равным 1:1, а для шпаклевки берут соотношение жидкого стекла и наполнителя 1:2.

Из цементов высокой стойкостью к сульфатной коррозии обладает портландцемент, содержащий менее 5,5 % минерала С₃А.