Rubber-way.ru

Рубер Вэй
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Композиции на основе цементных связующих

Композиции на основе цементных связующих

В строительной практике наиболее распространены цементные бетоны, обладающие комплексом ценных технических свойств — способностью твердеть и наращивать прочность как на воздухе, так и в воде, стойкостью ко многим агрессивным воздействиям и т. д.

Технологические свойства бетонной смеси во многом определяются ее структурой и свойствами цементного камня. Изучению формирования его структуры посвящено большое количество исследований как у нас в стране, так и за рубежом. Микроструктура цементного камня в первом приближении может быть охарактеризована такими структурными составляющими, как гидратные новообразования, не до конца гидратированные зерна цемента и поровое пространство. Подобная структура отнесена к конгломератным и получила на звание «микробетон». Гидратными образованиями цементного камня являются гидроалюминаты, гидросиликаты, гидросульфоалгоминаты и гидросульфоферриты кальция. Часть клинкерных зерен не вступает в реакцию с водой. Согласно многочисленным исследованиям непрореагировавших зерен в цементном камне может быть до 30% и более. В этом случае они выполняют роль наполнителя. В связи с этим с экономической и технологической точки зрения целесообразно заменять клинкерные наполнители более дешевыми минеральными порошками.

К настоящему времени накоплен значительный исследовательский материал, посвященный наполненным бетонам, в которых представлен опыт применения минеральных добавок, приведены данные теоретических и экспериментальных исследований по структурообразованию, свойствам и технологии получения бетонов содержащих в своем составе наполнители различного вида и природы.

Наполнители вместе с цементом участвуют в формировании микроструктуры матричной основы и контактных зон композита. Преимущество структуры цементной матрицы с наполнителем состоит в том, что в ней локализуются внутренние дефекты — микротрещины, макропоры и капиллярные поры, а также в том, что уменьшаются их количество и размеры, снижается концентрация напряжений. Влияние наполнителя на структурообразование композиционных материалов на сегодняшний день рассматривается в двух аспектах: как собственно твердого тела, имеющего определенные электронную и кристаллическую структуру и свойства и как твердого тела, оказывающего в соответствии со своей природой кислотно основное или окислительно восстановительное воздействие. Уровнем реализации первого аспекта является граница раздела фаз и осуществление такого рода взаимодеиствия на микроуровне приводит к повышению прочностных и деформативных свойств. Каталитическое воздействие наполнителя затрагивает передачу электронной пары или носителей зарядов, результатом чего является изменение механизма реакции гидратации и соответственно ее скорости.

Так, применение в цементных материалах карбонатных добавок способствует ускорению кристаллизации новообразований и созданию раннего крупнокристаллического скелета. Тонкомолотые добавки известняка и гранита изменяют характер кристаллизации и структурообразования цементного камня. Наблюдается срастание кристаллов по кристаллографическим направлениям, имеющим эпитаксиальное сродство. Использование в качестве наполнителя волокон асбеста в количестве до 15% от массы вяжущего приводит к образованию новых соединений при гидратации композиции. Гидроалюминаты, гидросиликаты и гидрооксид кальция цементного камня взаимодействуют с кислотной поверхностью асбеста, образуя в точках контакта новые субмикрофазы.

В последние годы в качестве микронаполнителей в бетонах все шире используют отходы различных промышленных производств, что позволяет решить проблему их утилизации, значительно улучшить экологическую ситуацию в регионах и снизить себестоимость строительных изделии и конструкций. Таким наполнителем может служить бой стекла. Проведенные нами комплексные исследования наполненных цементных композитов были направлены на выявление влияния данного микронаполнителя на формирование структуры и физикомеханические свойства цементного камня.

В качестве вяжущего исцользовали портландцемент Алексеевского цементного завода М400 Стеклобой имел следующий химический состав (%):

С целью установления структурных изменений, происходящих в композитах, наполненных стеклобоем, были проведены рентгеноструктурные исследования, заключающиеся в их анализе на рентгеновском дифрактометре «Дрон-3М» с ионизационной регистрацией интенсивности рентгеновских лучей. Применялась фокусировка по Бреггу-Брентано. Результаты фиксировались на самописце со скоростью движения диаграммной ленты 720 мм/ч. Положение рентгеновских рефлексов определялось по максимумам интенсивности.

В качестве контрольного образца рассматривался чистый цементный камень с межплоскостными расстояниями 0,720; 0,636; 0,489; 0,385; 0,334; 0,302; 0,273; 0,261, 0,218; 0,198; 0,1916; 0,182,0,1794; 0,166; 0,1622; 0,154; 0,1483 нм. Взятый для исследования стеклобой характеризуется следующими межшюскостными расстояниями 0,425; 0,334; 0,303,0,1908,0,1816 нм.

В результате исследований составов с наполнителем было установлено, что появился отдельный рефлекс d = 0,357 нм (рис. 5.6). Было также вывлено, что введение боя стекла способствует увеличению степени гидратации на 60%.

Результаты исследований показали что введение в связующее порошка стеклобоя увеличивает сроки схватывания цементного теста, причем его замедление в большей степени происходит при наполнении более 50%. Введение стеклобоя приводит к изменению нормальной Густоты цементного теста. Данный наполнитель за счет повышенной пленочной влагоемкости, которая приводит к поглощению и удержанию влаги на поверхности частиц, увеличивает водопотребность цементного теста.

Влияние стеклобоя на прочность цементных композитов исследовалось на составах, содержащих связующее, наполнитель и воду. Дисперсность наполнителя варьировалась от 1000 до 4500 см2/г, а степень наполнения — в пределах от 10 до 50% от массы связующего. Изготавливались образцы размером 1x1x3 и 2x2x2 см, которые отверждались сначала в течение суток в нормальных температурно-влажностных условиях, а затем в условиях термовлажностной обработки при температуре 86°С с режимом прогрева 1,5+6,0+1,5 ч и испытывались на изгиб и сжатие.

Анализ экспериментальных данных показывает, что, изменяя дисперсность наполнителя и степень наполнения связующего, можно в широких пределах регулировать прочностные свойства цементного камня (рис. 5,7)

Оптимальная степень наполнения связующего для композитов с добавкой боя стекла составляет 10-20%. Максимальная прочность при этом достигается при крупности зерен 0,14-0,08 мм. Зависимость прочности цементных связующих с микронаполнителями от степени наполнения имеет экстремальный характер, который объясняется с позиций кластерообразования В зоне метастабильных состояний наблюдается резкое повышение прочностных показателей, которые достигают максимума при оптимальной степени наполнения. При дальнейшем увеличении прочность композитов снижается вследствие неоднородности структуры.

В качестве наполнителей для цементных композитов были использованы и местные сырьевые материалы: диатомит Атемарского месторождения и известняк Ельниковского карьера Республики Мордовия. Полученные данные свидетельствуют о том, что диатомитом можно заменить до 10% цемента без ущерба для прочности композиций. Исследование наполненных материалов с применением молотого известняка показало, что известняк принадлежит к типу наполнителей, обладающих пластифицирующими свойствами по отношению к бетонной смеси. Введение известняка в объеме до 50% от массы вяжущего не снижает подвижности композиций, однако по мере замены им части цемента их прочность уменьшается.

Наполнитель по эффективности структурообразования разделяется на три степени дисперсности высокодисперсный наполнитель, удельная поверхность которого значительно выше, чем у вяжущею, увеличивающего прочность за счет повышения однородности пор по размеру; наполнитель, удельная поверхность которого близка к дисперсности вяжущего который играет роль подложки в процессе формирования структуры; наполнитель с грубодисперсной структурой, который играет роль компенсатора деформаций внутри структуры бетонов.

Из данной классификации следует, что совмещение наполнителей различной дисперсности способствует получению композитов с улучшенными свойствами по сравнению с материалами на однофракционных наполнителях. При исследовании композитов, наполненных порошками, состоящими из смеси частиц различного гранулометричсского состава, наполнителями служили порошки кварцевого песка, керамзита, отходов стекла Саранского электролампового завода, отработанный формовочный песок (ОФП) Саранского завода «Центролит» и зола ТЭЦ.

Оптимизационные исследования выполнялись с помощью математических методов планирования эксперимента. Гранулометрический состав наполнителя варьировался на трех уровнях: 0,63-0,315 мм — Xi, 0,315-0,14 мм — Х2, менее 0,14 мм — Х3 для кварцевого песка, молотого керамзита, ОФП и золы; 0,315-0,14 мм — Хь 0,14-0,08 мм — Х2, менее 0,08 мм — Х3 для стеклобоя. Исследованию подвергалась диаграмма «состав — свойство» с вершинами: Z1 (X, = 100%, Х2 = 0%); Z2 (Х2 = 100%, Х3 = 0%); Z3 (Х3 = 100%, X, = 0%). Матрица планирования для трехкомпонентной системы и результаты эксперимента приведены в табл. 5.4.

Статистическая обработка результатов эксперимента позволила получигь зависимости прочности при сжатии цементных композитов от вида и гранулометрического состава наполнителей. По уравнениям были построены графики в виде линий равных значений прочности которые представлены на рис. 5.8.

Читайте так же:
Фасовочный станок для цемента своими руками

Из графиков следует, что для улучшения прочностных свойств цементных композитов предпочтительным является применение наполнителей в виде частиц различного гранулометрического состава. При этом наибольшая прочность при сжатии цементных композитов достигается при введении наполнителей, состоящих из смеси порошков следующего фракционного состава: для стеклобоя 0,315-0,14 мм — 50%, 0,14-0,08 мм — 25%, менее 0,08 мм — 25%; для кварцевого песка 0,63-0,315 мм — 5%, 0,315-0,14 мм — 30%, уенее 0,14 мм — 65%; для порошка керамзита 0,63-0,315 мм — 85%, 0,315-0,14 мМ — 10%, менее 0,14 мм — 5%; для отработанного формовочного песка 0,63-0,315 мм — 10%, 0,315-0,14 мм — 80%, менее 0,14 мм — 10%; для золы 0,63-0,315 мм — 6Т[%, менее 0,14 мм — 33%. Применение наполнителей указанных составов позволяет повысить прочность цементных композитов на 50, 20, 8, 10 и 15% соответственно для материалов с добавкой стеклобоя, кварцевого песка, молотого керамзита, ОФП и золы.

Представляется эффективным получение цементных композитов с заданными свойствами за счет применения наполнителей, представляющих собой смесь частиц различной природы. В технологии бетона давно известны наполнители, с помощью которых регулируют конкретные свойства цементного камня. Так, введение золы, низкоактивных доменных шлаков и бентонитовой глины способствует повышению плотности бетона; диатомиты, трепелы, опоки повышают удобоукладываемость смесей и стойкость цементного камня в пресных и сульфатных водах; базальты, граниты, кварцы способствуют повышению кислого- и щелочестойкости и т.д. Таким образом, с точки зрения направленного регулирования свойств цементных композитов целесообразно введение наполнителей, представляющих собой смесь частиц различной природы. Кремнийсодержащие и карбонатные породы применяются в качестве микронаполнителей для бетонов на протяжении многих лет. За это время были проведены многочисленные комплексные исследования их свойств. Результаты этих работ свидетельствуют о том, что введение в бетоны тонкомолотого известняка способствует уменьшению водоотделения, водопотребности и расслаиваемости смесей, повышению их водоудерживающей способности, пластичности и однородности, снижению усадки, а также улучшает их атмосфероустойчивость, водо-, морозо и кислотостойкость. Измельченный кварцевый песок с удельной поверхностью 1800-5000 м2/г пластифицирует смеси при одновременном снижении водопотребности и позволяет получать бегоны высоких марок. Однако замечено, что двухкомпонентные цементные системы не всегда оптимальны вследствие неоптимальной структуры образуемого цементного камня Так, замена части цемента молотым песком и известняком приводит к снижению прочности при сжатии Введение в вяжущее нескольких разных наполнителей, по ряду свойств дополняющих друг друга, позволяет существенно уменьшить отрицательное действие каждого из них на свойства композита.

При выполнении исследований в качестве такого наполнителя рассмат ривалась смесь часгиц кварцевого песка, молотого керамзита и известняка. Оптимизационные исследования проводились с помощью математических методов планирования эксперимента. В качестве варьируемых факторов были выбраны типы наполнителей: X1 — кварцевый песок фракции 0,63-0,315 мм; Х2 — керамзит фракции 0,14-0,08 мм и Х3 — известняк фракции 0,14-0,08 мм. Оптимизационными параметрами служили прочность композитов при сжатии, модуль упругости и трещиностойкость, которая оценивалась коэффициентом К, Статистическая обработка результатов эксперимента позволила получить зависимости прочности при сжатии цементных композитов от вида и гранулометрического состава наполнителей. По уравнениям были построены графики в виде линий равных значений прочности, которые представлены на рис. 5.9.

Эксперимент показал, что оптимальной является смесь следующих наполнителей: кварцевый песок — 20%, известняк — 70%, керамзит — 10%. Применение такого наполнителя способствует повышению прочности при сжатии, модуля упругости и коэффициента интенсивности напряжений соответственно на 10-15, 6-8 и 12-15% по сравнению с композитами с однофракционным наполнителем.

Таким образом, оптимизация гранулометрического состава наполнителей и объединение в композициях порошков различной природы позволяет значительно улучшить физико-технические свойства цементных композитов.

Процесс структурообразования цементных композитов

Тепловлажностная обработка (ТВО) изделий из древесно-цементных композиционных материалов (ДЦК) направлена на решение задачи сокращения времени структурообразования древесно-цементной массы и набора изделием марочной прочности. В то же время характерная анизотропия древесного заполнителя накладывает ряд ограничений на применение при обработке ДЦК высокотемпературного агента. Основная проблема связана с тем, что под влиянием температурного градиента происходит неравномерное распределение влаги в сечениях и активное развитие в период структурообразования конструкции объемно-влажностных деформаций заполнителя. Кроме этого в связи со специфическими свойствами древесно-цементной структуры, характеризующейся значительным объемом пор и вовлеченного в них воздуха, возникает риск преждевременного обезвоживания контактной зоны древесина – цементный камень при несоответствии выбранных режимов ТВО. В результате данных процессов значительно снижаются показатели призменной прочности конструкции.

В результате проведенных исследований [1–2] установлено, что на теплотехнические и механические характеристики ДЦК определенным образом влияет гранулометрический состав древесного заполнителя. Установленная возможность применения в составе композита различных фракций расширяет технологические возможности изготовления ДЦК, с другой стороны, осложняется выбор режимов ТВО в связи с различным размером частиц заполнителя и повышенной неоднородностью композитной структуры.

В практике известны способы ТВО при производстве таких материалов, как цементно-стружечные плиты (ЦСП) и арболит. Тепловлажностная обработка ЦСП заключается в выдержке конструкции после прессования в камере гидратации при температуре 60–80 °С и последующей стабилизации. Благодаря преимущественно минеральной составляющей и однородности применяемого древесного заполнителя процесс ТВО протекает достаточно стабильно, что значительно упрощает расчет режимов и проектирование технологии обработки [3]. Одним из известных способов тепловой обработки арболита является нагрев готовой конструкции в тоннельных камерах при температурах, не превышающих 40–50 °С, с постоянным перемещением материала [4]. В данном случае в связи с характерной неоднородностью структуры, значительным объемом межзеренного пространства отклонение от оптимальных режимов ТВО влечет нарушение процессов гидратации и ослабление контактной зоны связующего и заполнителя.

В связи с высокой сложностью процессов формирования таких материалов, как арболит, выбор оптимальных режимов ТВО преимущественно обеспечивается экспериментально-расчетными способами, которые характеризуются высокими производственными затратами и длительностью сроков реализации. Кроме этого экспериментальная проверка проводится на лабораторных образцах, которые могут значительно отличаться от реальной конструкции протекающих в них тепло- и массообменных процессов. На практике выбранные режимы часто не обеспечивают заданного результата, поэтому приходится проводить их корректировку в условиях производства, что нарушает технологический цикл и отрицательно влияет на качество продукции. Следовательно, совершенствование технологии производства арболитовых изделий на основе оптимизации методики расчета режимов ТВО с учетом расчетно-экспериментальных исследований процессов тепло- и массообмена является актуальной задачей.

На основании изложенного целью исследования является оптимизация методики расчета режимов ТВО в производстве ДЦК на примере арболита.

При ТВО обработке арболитовых конструкций отличительной особенностью процесса является массивность изделия. Следовательно, их нельзя рассматривать как термическое тонкое тело, а необходимо учитывать распространение теплоты вглубь конструкции путем теплопроводности и движение влаги к поверхности изделия путем влагопроводности. Причем свойства этих процессов существенно зависят от локального тепловлажностного состояния материала. Теоретические основы исследуемых процессов подробно рассмотрены и сформулированы в терминах дифференциальных уравнений в частных производных.

Известны многочисленные способы решения данных уравнений численными методами, из которых можно выделить методы ячеечных моделей. Так как данный способ базируется на наглядных балансовых уравнениях для элементарной ячейки, при рассматриваемых условиях его можно назвать наиболее перспективным. Он реализуется с помощью универсального вычислительного алгоритма и свободен от ограничений на линейность процесса и стационарность краевых условий. Расчетная схема моделируемого процесса сушки арболитового блока представлена на рис. 1.

osip1.tif

Рис. 1. Модель ячеечного переноса теплоты Q и влаги W при тепловой обработке арболитового блока

Состояние представленной модели рассматривается через малые промежутки времени Dt и фиксируется в дискретные моменты времени tк = (к – 1), где к – номер временного перехода. Преобразование вектора состояния в течение перехода представлено равенством, которое для переноса массы влаги в объеме ячеек, описываемое вектором W, в изолированном отрезке имеет вид

Читайте так же:
Посыпать цементом асфальтную крошку

os01.wmf, (1)

где РW – матрица влагопроводности; Wк – вектор влагопроводности.

Аналогичным образом описывается эволюция вектора теплоты:

os02.wmf, (2)

где РQ – матрица теплопроводности; Qк – вектор теплопроводности; второе слагаемое правой части формулы характеризует перенос теплоты вместе с диффундирующей влагой.

Краевые условия переноса влаги и теплоты через поверхность блока записываются для крайней ячейки 1 (рис. 1). Масса влаги, удаляемая из крайней ячейки в течение временного перехода, рассчитывается как

os03.wmf, (3)

где b – коэффициент массоотдачи; os04.wmf– парциальное давление насыщения влаги при температуре поверхности; os05.wmf– парциальное давление влаги в сушильном агенте.

Перенос теплоты в крайней ячейке описывается следующим образом:

os06.wmf, (4)

где α – коэффициент теплоотдачи; r – удельная теплота испарения; os07.wmf– температура сушильного агента, меняющаяся во времени.

После расчета подвода теплоты и отвода влаги состояние крайней ячейки корректируется по следующим соотношениям:

os08.wmf, (5)

os09.wmf. (6)

После проведенной корректировки рассчитываются текущие векторы температуры и влагосодержания:

os10.wmf, (7)

os11.wmf. (8)

Таким образом, рассмотренная модель полностью описывает эволюцию тепловлажностного состояния композиционного материала в процессе ТВО и может быть принята для разработки алгоритма применения методики [5].

Предлагаемая методика расчета режима ТВО арболитовых изделий основана на разработке алгоритма, позволяющего определять параметры тепло-, массообменных процессов, протекающих в характерные моменты времени в характерных сечениях конструкции [6, с. 103–130]. Кроме этого представляется возможность прогнозирования развития объемно-влажностных деформаций заполнителя и изменение призменной прочности арболита при сжатии.

Исходными данными для расчета были приняты:

1. Состав арболита, представленный соотношениями компонентов (кг/м3) – связующего (цемента), мелкофракционного заполнителя (опилок), основного заполнителя (щепы, станочной стружки), воды, или в виде их массовых соотношений. Относительный объем заполненного воздухом межзеренного пространства, основные габаритные размеры конструкции – длина, ширина, толщина.

2. Марка цемента; характеристики древесно-цементной смеси: время начала и конца схватывания; состав минеральных составляющих.

3. Коэффициенты теплопроводности и диффузии влаги в арболите в условиях эксплуатации при 0 °С.

4. Определенные в ходе решения критериальных уравнений коэффициенты теплоотдачи (a) и влагоотдачи (a’).

5. Параметры режимов ТВО: время этапов ТВО, начальная температура арболита и окружающей среды, температура и относительная влажность рабочей среды.

В ходе применения методики проводится расчет средних значений температуры и влагосодержания по сечению арболитового блока; составляется прогноз потерь влаги в процессе ТВО и прочностных показателей арболита.

Расчет средних значений температуры и влагосодержания проводится с целью последующего определения их перепадов и реализуется согласно рассмотренной модели (1–8) в программной среде, максимально адаптированной для автоматизации инженерного труда в производственных условиях.

Изменение предельных значений температуры и влагосодержания проводится при следующих условиях: температура среды в процессе приготовления древесно-цементной смеси не должна быть ниже 16 °С; перепад температуры между поверхностью арболитового блока и окружающей средой в процессе выдержки не должен превышать 5 °С; температура в процессе ТВО в любой точке изделия не должна превышать 50 °С; начальная прочность арболита при сжатии, достигаемая в период предварительной выдержки, должна соответствовать принятой температуре и влажности окружающей среды.

Прогнозирование призменной прочности арболита при сжатии после применения ТВО необходимо для оценки качественных показателей и корректировки технологических процессов. Прочностные характеристики арболита определяют по любой из известных методик [7].

Прогнозирование потерь влаги арболитом в процессе ТВО проводится с целью предупреждения развития объемно-влажностных деформаций и обезвоживания контактной зоны заполнителя и связующего. Метод заключается в сравнении расчетного влагосодержания на открытой поверхности блока с критическим значением.

В случае, когда влагосодержание соответствует равновесному или имеет меньшее значение, то прогнозируется обезвоживание контактной зоны древесина – цементный камень. В этом случае необходима разработка мероприятий по защите поверхностей арболита от испарения влаги в процессе ТВО, например укрытие пленкой открытых участков пресс-форм или распыление влаги на поверхности изделий.

Если влагосодержание соответствует критическому значению, возможно значительное развитие объемно-влажностных деформаций заполнителя, повышение пористости цементной структуры, ухудшение формирования цементной рубашки на поверхности древесных частиц. В данном случае корректируется начальная влажность заполнителя, объем воды затворения, концентрация минерализатора. Алгоритм методики ТВО ДЦК приведен на рис. 2.

osip2.tif

Рис. 2. Алгоритм применения методики расчета и назначения режимов ТВО ДЦК

Представленная методика позволяет определять и корректировать параметры режима тепловлажностной обработки арболита и подобных древесно-цементных конструкций, что является условием сохранения оптимальных технологических режимов обработки и заданных прочностных характеристик материала.

Результаты проведенного исследования дают основания для формулировки рекомендаций по практическому применению разработанной методики.

1. Для определения параметров режимов ТВО арболита и аналогичных ДЦК следует совместно использовать данные экспериментальных исследований и расчетов по представленной математической модели, что позволяет сократить производственные затраты на расчет и определение параметров ТВО.

2. В случае прогнозирования обезвоживания контактной зоны связующего и заполнителя следует предусмотреть увлажнение поверхностей обрабатываемых изделий в период ТВО и обеспечить влагонепроницаемость открытых участков форм, провести корректировку температурных параметров режима.

3. В случае прогнозирования активного развития объемно-влажностных деформаций заполнителя следует провести корректировку предварительной обработки заполнителя растворами минерализаторов и начальной влажности компонентов.

4. Разработанная методика рекомендована для расчета параметров режимов ТВО арболита и аналогичных ДЦК на основе измельченной древесины и портландцементов марок 400–500 в комплексе с химически активными минерализаторами.

При использовании разработанной методики необходимо экспериментальным путем определять: коэффициент теплопроводности, коэффициент диффузии воды в ДЦК конструкции и максимальное влагосодержание. Для определения показателей данных параметров необходимо изготовить опытные образцы, согласно требованиям, установленным известными методиками.

Таким образом, в результате проведенного исследования разработана расчетно-экспериментальная методика расчета режимов ТВО арболитовых изделий и аналогичных ДЦК. Определены области ее практического применения и специфические особенности. Предложены рекомендации по назначению режимов ТВО для ДЦК и применению методики в производственных целях.

Технология дисперсного армирования цементных композитов

В общей структуре мирового производства строительной продукции бетон и железобетон в настоящее время занимают приоритетное место. Основной тенденцией в развитии этих материалов является постепенное замещение обычных традиционных бетонов многокомпонентными. В таких бетонах могут использоваться до нескольких химических и реакционно-активных компонентов природного, техногенного и искусственного происхождения.

Новое время диктует правила использования и внедрения новых конструкционных строительных материалов в совокупности с новыми технологиями. Создание "новых материалов из прежних" возможно путем технологии фиброармирования цементных материалов.

Высокодисперсные волокнистые наполнители в цементных композициях оказывают положительное влияние на процессы структурообразования, прочность наполненных бетонов и другие физико-механические и эксплуатационные свойства бетона.

Исследования, проводимые многими учеными в различных странах, убедительно доказывают, что бетоны, армированные волокнами различного происхождения, имеют более высокие физико-механические характеристики:

  • Дисперсное армирование позволяет компенсировать главные недостатки бетона: низкую прочность при растяжении и хрупкость разрушения.
  • Фибробетон имеет в несколько раз более высокую прочность на срез, ударную и усталостную динамическую прочность, трещиностойкость и вязкость разрушения, морозостойкость, водонепроницаемость.
  • Особый интерес представляет возведение зданий и сооружений с учётом возможного воздействия на них сейсмических (инерционных) сил.
  • В результате совмещения армирующих композиционных элементов и цементной матрицы образуется комплекс свойств цементного камня, не только отражающий характеристики его компонентов, но и включающий свойства, которыми изолированные материалы не обладают.
  • Дисперсное армирование бетона сегодня рассматривается как эффективное средство повышения его прочности на растяжение и затруднения образования трещин на всех уровнях его структуры, способствующее повышению долговечности.

В целом, эффективная работа армирования бетонов волокном определяется как минимум тремя факторами: физико-механическими характеристиками волокон, адгезией цементной матрицы к их поверхности, а также долговечностью материала волокон в щелочной среде цементного камня. В последние десятилетие на западе и в России растет интерес к применению фибробетона на основе синтетических фибр в строительных конструкциях. Разработки в этой области ведет челябинская компания ООО «Си Айрлайд».

Читайте так же:
Цемент глиноземистый гц 40 сертификат

В силу специфики производства предприятия аналитики компании обратили внимание на полипропиленовую фибру, распространенную на западе. В России синтетические волокна преимущественно были предметом научно-исследовательских работ и ввозились в ограниченном объеме. Самые распространенные и доступные сегодня полипропиленовые волокна западных производителей при диаметре в среднем 20 мкм отличаются от других синтетических волокон низкой прочностью на растяжение (170. 300 МПа) и высоким показателем удлинения до разрыва (100 % и более), т.е. характеризуются повышенной деформативностью.

Основными сдерживающими факторами применения широко известных полипропиленовых фиброволокон западных производителей в бетонах являются их низкие механические характеристики и низкие армирующие способности, а также отсутствие каких либо внятных рекомендаций.

Общепризнанные требования, предъявляемые к армирующим фиброволокнам, позволили сформулировать основополагающие требования к разрабатываемым синтетическим волокнам.

Департаменту научных разработок компании «Си Айрлайд» совместно с лабораторией Южно-Уральского государственного университета удалось выявить объединенный конечный эффект композиции нескольких полимеров при формировании свойств полимерной фибры.

Была реализована серия экспериментов и проведен анализ результатов научно-исследовательских работ как зарубежных, так и российских ученых, который позволил утверждать о положительном влиянии синтетической фибры на реологические свойства цементных смесей и подтвердил результаты опытов зарубежных строительных компаний по улучшению свойств бетонных изделий. Благодаря этому стало возможным сделать выводы и определить ключевые физико-химические, механические и технологические аспекты будущих фиброволокон и возможности собственного производства синтетических фибр. Исходя из перечисленных выше предпосылок, были сформированы ключевые требования к созданию совершенно нового типа полимерных волокон (фибры) для дисперсного армирования цементного камня — коаксиального волокна.

Требуемый результат был получен при сочетании положительных качеств (прочность) одного материала и положительных качеств (химическая стойкость) другого. Современные средства химического производства позволяют производить не только моноволокно, но и коаксиальное волокно, имеющее в своей структуре ядро и оболочку. Таким образом, создаются условия для направленного управления физико-механическими и физико-химическими характеристиками фибры (фиброволокон). Удалось повысить начальный модуль упругости и прочность на разрыв введением в полимер ядра волокна химических или ультрадисперсных агентов (нуклеаторов) и последующей технологической структуризацией.

Физико-химические характеристики щелочестойкости и активности поверхности фиброволокна (фибры) реализованы следующими способами:

  • полиолефины, базовый полимер оболочки, отличается высокой щелочестойкостью;
  • адгезивные качества волокна определяются гидроксильными и карбоксильными функциональными группами, привитыми в состав полимера оболочки. Полярные молекулы, адсорбируясь на границах возникающих зародышей новой фазы, изменяют форму кристаллов, их размеры.

При направленном управлении структурной и химической модификацией ядра и полярными реакционными свойствами оболочки полимерных волокон удалось одновременно добиться высокого модуля упругости волокна и высокой адгезии (сцепляемости) цементного камня и поверхности волокна.

И в начале 2007 года ВСМ появилось на рынке строительных компонентных добавок, одновременно с разработанными и зарегистрированными ТУ и подачей двух патентных заявок (в мае 2008 г — решение о выдаче патента РФ на изобретение). В марте 2007 года компания совершила научно-технический прорыв и вышла на рынок с новым продуктом — волокном строительным микроармирующим (фибра).

Введение фибры в цементные смеси позволяет влиять на микроструктуру цементного камня, улучшения структуру бетонной композиции за счет контроля расслоения и сплошности смеси. Упругая пространственная многомерная хаотичная сетка из волокон (

250 штук/см3) препятствует седиментации (оседанию) частиц зерновой фракции смеси. Основным достоинством бетона, армированного волокном строительным микроармирующим (ВСМ, фибры), является существенное снижение усадочного трещинообразования, снижение внутренних напряжений, возникающих в композиции в процессе твердения массы бетона.

Дисперсное армирование с применением фибры (ВСМ) изменяет поведение непосредственно цементного камня, как составляющей бетонной структуры, позволяя создавать необходимый запас прочности. Микроармирующее фиброволокно (фибра) обладает уникальной способностью позитивно влиять на свойства бетона, улучшая его качественные характеристики: уменьшает водопоглощение, увеличивает прочность, морозоустойчивость, химическую стойкость, сульфатостойкость, износостойкость и др. Позволяет увеличить долговечность и сопротивляемость внешним воздействиям. Фибра — добавка, вызывающая эффект упрочнения твердеющего цемента с функцией армирования цементного камня. Опыт промышленного применения полимерного волокна «ВСМ» (фибры) в бетонных смесях свидетельствует о снижении расслоения смеси как по водоотделению, так и направленному изменению протекания элементарных стадии гидратации и технологических процессов, приводящих к формированию заданных свойств и позволяет достигать поставленных целей направленного изменения свойств бетонных смесей и бетонов по сравнению с обычными.

В настоящее время (прошло два года) Фибру (ВСМ) покупают не только предприятия, расположенные на территории РФ, но и ближнего зарубежья. Клиентская база насчитывает более 200 предприятий, постоянно применяющих наше строительное фиброволокно, а также 21 дилера, распространяющих и продвигающих ВСМ в 28 регионах России. В России широкое применение нашла современная немецкая технология по устройству полов на промышленных и гражданских объектах, где необходимым армирующим компонентом является полипропиленовая фибра. Проведенные исследования подтвердили эффективность «ВСМ-Челябинск» (фибры) в сравнении с рекомендованными фиброволокнами. Фибробетон, выполненный по технологии микроармирования, обладает следующими техническими преимуществами по сравнению с обычным железобетоном: повышенные трещиностойкость, ударная вязкость, прочность на изгиб, износостойкость. Применение ВСМ в бетонных смесях позволяет снизить трудозатраты на арматурные работы, повысить производительность бетонных работ, а также уменьшить толщину стяжки без потери её прочностных и эксплуатационных характеристик и увеличить срок службы пола. Промышленные полы из модифицированного бетона с добавкой фибры обычно выполняются на объектах, где требуется повышенная прочность на изгиб и трещиностойкость пола.

Техническое описание ВСМ (полипропиленовое фиброволокно, фибра);
Область применения фибры (ВСМ) и воздействие фиброволокна на структуру строительной композиции;
Эффективное использование полипропиленового фиброволокна (ВСМ) для модификации строительных растворов;
Прочностные и деформационные характеристики бетонных изделий, такие как: ударная прочность, усталостная прочность, прочность на растяжение и срез, прочность на изгиб, трещиностойкость, морозостойкость, водонепроницаемость, деформативность бетонной конструкции (восприятие материалом изгибающих моментов силы без разрушения) при добавлении фиброволокна (ВСМ);
Сравнительные характеристики фибробетона (бетона, выполненненого по технологии микроармирования ВСМ) и других видов бетона.

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ

в дисперсных системах, самопроизвольное соединение частиц дисперсной фазы и их агрегатов в пространств. структуры. Наблюдается в системах с твердой дисперсной фазой и жидкой или газовой дисперсионной средой (суспензии, золи, латексы, биол. системы, порошки и т. п.), в концентрир. эмульсиях, в т. ч. стабилизированных микроэмульсиями пенах.

В основе классификации структурир. дисперсных систем, согласно П:А. Ребиндеру, лежит тип связей-контактов, возникающих между дисперсными частицами. Связи м. б. обратимыми по прочности (т. е. самопроизвольно восстанавливающимися после разрушения), непосредственными (атомные контакты в порошках, сила сцепления 10 -7 -10 -9 Н), коагуляционными в суспензиях и эмульсиях, т. е. образующимися в результате сцепления частиц через прослойку жидкой среды (сила сцепления

10 -8 -10 -12 Н), прочными, необратимо разрушающимися (фазовые контакты). Последние характерны для дисперсных материалов, получающихся из систем с обратимыми по прочности связями в результате фазовых или хим. превращений: кристаллизации из пересыщ. р-ров или расплавов, полимеризации, спекания, пластич. деформации и др.

Выделяют два осн. типа дисперсных структур: коагу-ляционные и конденсационные (или конденсацион-но-кристаллизационные). В системах с обратимыми по прочности контактами С. обусловлено потерей агрегатив-ной устойчивости и тенденцией к уменьшению своб. энергии системы. Фазовые контакты образуются при спекании и прессовании порошков, твердении цементов и бетонов, полуводного гипса и др. В фазовых контактах сцепление частиц обеспечивается возникновением неск. сотен межатомных связей на участке с характерным размером, существенно превышающим линейные размеры элементарной кристал-лич. ячейки (10 -6 -10 -7 м). Прочность фазовых контактов (

10 -7 Н) превосходит прочность коагуляц. контактов.

С. сопровождается появлением сначала агрегатов частиц и повышением вязкости системы, затем вязкость скачком возрастает на неск. порядков при формировании сплошной структурной сетки. Возникновение сплошной структуры характеризуется появлением у системы предельного напряжения сдвига. Количественно С. характеризуют прочностью структуры, к-рая определяется силой сцепления частиц в контакте, числом контактов в единице объема, дисперсностью, формой частиц, т. е. топологией и параметрами образующейся структуры. Кинетика С., расчет прочности структуры и разработка методов регулирования С.-осн. направления исследований в этой области физ. химии.

Читайте так же:
Раствор готовый кладочный цементный марки 200 характеристики гост

Коагуляционные структуры. Концентрация дисперсных частиц в среде, при к-рой возникает пространств. структура, существенно зависит от размера и формы частиц, степени лиофильности их пов-сти. Если пов-сть частиц лиофильна, энергия связи в контактах сопоставима с энергией броуновского движения (T-абс. т-ра, k- постоянная Больцмана). В случае лиофобных контактов энергия связи

10 -17 Дж, т. е. много больше kT, и сцепление частиц не м. б. преодолено броуновским движением. Прочное сцепление наблюдается при сближении частиц на расстояния, не превышающие положение дальнего (вторичного) минимума на кривой за-

висимости энергии межчастичных взаимод. от расстояния между частицами, если глубина этого минимума достаточно велика в сравнении с энергией теплового движения (теория Дерягина-Ландау-Фервея-Овербека; см. Дисперсные системы, Коагуляция).

При переходе от лиофильных к лиофобным системам концентрация С. тем меньше, чем меньше размер частиц и чем больше степень их анизометричности. Для большинства реальных систем характерна т. наз. мозаичная пов-сть частиц, когда отдельные участки обладают св-вами лиофильности или лиофобности. Мозаичная пов-сть, в частности, возникает в результате адсорбции на пов-сти частицы в-ва-стабилизатора. Образующиеся из мозаичных частиц коагуляц. структуры обладают пониж. прочностью, ползучестью при малых напряжениях, тиксотропией, пластичностью при высокой концентрации дисперсных частиц. Подобные св-ва типичны для структур, образуемых пигментом и наполнителем в лаках, красках, др. полимерных системах. Наиб. прочностью характеризуются структуры, возникающие в системах с предельно лиофобизованной пов-стью частиц. В этом случае толщина прослойки жидкой среды между частицами снижается до минимума, а сила и энергия межчастичных взаимод. в контактах возрастает.

4089-6.jpg

Если С. обусловлено преим. броуновским движением частиц, образуются т. наз. фрактальные агрегаты, для к-рых характерна степенная зависимость радиуса агрегата Rот числа Nагрегировавших частиц:. Показатель

4089-7.jpg

степени f — > фрактальная размерность — в общем случае не превышает 3. Фрактальные структуры возникают в системах, содержащих частицы весьма малых размеров (1 мкм) с лиофобной пов-стью, напр. частицы SiO 2 в орг. неполярных средах. Они возможны также в системах, содержащих сильно анизометричные частицы. Напр., частицы V 2 O 5 в воде образуют фрактальную структуру при концентрации порядка десятых и даже сотых долей процента.

В высококонцентрир. системах С. происходит в результате сцепления частиц, непосредственно контактирующих друг с другом в начальной (случайной) упаковке в «стесненных» условиях как в статич. системах, так и при внеш. динамич. воздействиях (напр., при мех. перемешивании, вибрации, принудит. уплотнении и т. п.) или при действии гравитационного, электрич., магн. полей. При этом образуется структура как результат двух процессов-возникновения (восстановления) и разрыва связей-контактов между частицами. Если число восстанавливающихся после разрушения связей превышает число разрушаемых связей, обнаруживается увеличение вязкости системы и упрочнение структуры-т. наз. тиксотропное восстановление коагуляц. структур.

Число контактов c между частицами в единице объема можно рассчитать на основе глобулярной модели пористой структуры:

4089-8.jpg

где f-объемная концентрация дисперсной фазы, z-число контактов данной частицы с соседними. Для С. характерны макс. значения f

74% в случае сферич. монодисперсных частиц с гексагон. упаковкой, а в полидисперсных системах при оптим. гранулометрич. составе f4089-9.jpg. 74%. Мех. деформация систем с f4089-10.jpg74% всегда сопровождается дилатан-сией.

Прочность дисперсной структуры определяется соотношением:

где Р 1 прочность индивидуального контакта, обусловленная силой сцепления, коэф. c’ характеризует топологию структуры, т. е. число связей-контактов, приходящихся на единицу площади пов-сти разрыва.

Периодические коллоидные структуры (ПКС)- особый тип обратимых коагуляц. структур, образующихся преим. в

концентрир. дисперсных системах — свежеприготовленных гелях, стабилизированных добавками ПАВ и электролитов, латексах, монодисперсных золях металлов, золях V 2 O 5 , средах, содержащих вирусы и бактерии, и т. п. Эти структуры обладают способностью к пептизации, синерезису, тиксо-тропии.

В системах, образованных сферич. частицами в р-рах электролитов, частицы могут занимать устойчивое положение друг относительно друга на довольно значит. расстоянии (доли мкм). Гексагон. сетка из таких частиц, видимая в оптич. микроскоп, считается периодич. структурой, хотя система не обладает мех. прочностью. По структурно-реологич. св-вам различают два типа ПКС. Для ПКС 1-го типа характерна коагуляция на дальних расстояниях и, как следствие, способность к легкой пептизации. Такие структуры образуются в тех случаях, когда мол. притяжение между частицами уравновешивается их элект-ростатич. отталкиванием. Относительно малая глубина энергетич. ямы на потенц. кривой межчастичного взаимод. определяет низкую прочность структуры и проявление ею тиксотропных св-в.

ПКС 2-го типа образуются в условиях ограниченного объема системы при повышении концентрации дисперсных частиц в результате того, что силы отталкивания начинают превосходить мол. притяжение. Эти структуры самопроизвольно полностью пептизируют, т. к. процесс сопровождается возрастанием энтропии системы. Вместе с тем ПКС 2-го типа проявляют ярко выраженные тиксотропные св-ва, полностью (или частично) восстанавливаясь после многократного разрушения, напр. при вибрации.

Регулирование С. Необходимое условие регулирования С. в концентрир. дисперсных системах-достижение высокой степени однородности системы, к-рое происходит при полном изотропном (предельном) разрушении исходной объемной структуры. Методы, используемые для этой цели, основаны на оптим. сочетании добавок ПАВ (или электролитов) с мех. воздействием (реже-с тепловым, электрич. и др. воздействием). При этом может происходить изменение св-в пов-сти частиц, энергии межчастичных взаимод. и разрушение структуры, к-рое сопровождается понижением эффективной вязкости и ростом текучести. Предельному разрушению структуры отвечает истинная макс. текучесть.

При перемешивании, формовании, проведении процессов в кипящем (псевдоожиженном) слое, трубопроводном транспорте суспензий и т. п. в условиях сдвиговой деформации в исходной объемной структуре появляются разрывы сплошности. В результате структура оказывается неоднородной, появляется текучесть, обусловленная разрывами сплошности, к-рую часто принимают за макс. текучесть (т. наз. псевдотекучесть). При воздействии на систему вибрацией происходит распад структуры на агрегаты, высвобождение значит. части иммобилизованной в структурной сетке дисперсионной среды и более глубокое разрушение объемной структуры, однако при этом не исключается возможность возникновения новых агрегатов. Лишь сочетание добавок ПАВ и вибрационных воздействий создает на пов-сти частиц структурно-мех. барьер, препятствующий последующей коагуляции, что позволяет реализовать истинное изотропное разрушение исходной объемной структуры. Макс. текучесть системы может рассматриваться как сверхтекучесть, она на неск. порядков больше, чем в момент возникновения локальных разрывов сплошности, снижение вязкости при этом может достигать 10-12 порядков.

Истинному предельному разрушению структуры отвечает оптим. динамич. состояние дисперсной системы, при к-ром скорость массообменных процессов высокая, время, необходимое для достижения макс. однородности в распределении дисперсной фазы, сокращается в сотни и тысячи раз. При этом в начальной стадии С. может быть получена структура с высокой степенью однородности и обратимыми по прочности контактами. Последующие хим. и фазовые превращения (гидратация, кристаллизация и т. п.) могут

привести к возникновению структуры с прочными фазовыми контактами, без опасных дефектов. Получаемые в результате дисперсные материалы обладают высокой прочностью и долговечностью, не достижимыми при обычных методах регулирования С. Методы регулирования С. используют в технологии керамики, керметов, цементо- и асфальтобетонов, лаков и красок, бумаги, картона и др.

Структурообразователи-в-ва, вводимые в смесь с целью получения структуры требуемого типа. Обычно они образуют высокодисперсную систему, способствующую С. Напр., введение бентонитовой глины в водно-угольную суспензию способствует образованию слабой (по прочности) сетки, к-рая повышает седиментац. устойчивость системы и обеспечивает возможность трубопроводного транспорта. Структурообразователями служат мел, каолин, сажа и др. наполнители резин, лакокрасочных материалов, пластмасс, влияющие на их пластоэластич. св-ва (см. Наполнители).

Читайте так же:
Цементный раствор состав 450

Во мн. случаях С. является нежелат. процессом. Повышается вязкость системы в той мере, в какой система приобретает сдвиговую прочность, что ухудшает условия перемешивания, формования и т. п. С. способствует образованию плотных осадков при трубопроводном транспорте жидких материалов, возникновению локальных неоднородностей при проведении процессов в кипящем слое, обусловливает слеживаемость порошков при их хранении в емкостях.

Лит.: Ефремов И. Ф., Периодические коллоидные структуры, Л., 1971; Зонтаг Г., Штренге К., Коагуляция и устойчивость дисперсных систем, пер. с нем., Л., 1973; Ребиндер П. А., Избранные труды, М., 1979; Урьев Н. Б., Высококонцентрированные дисперсные системы, М., 1980; Дерягин Б. В., Чураев Н. В., Муллер В. М., Поверхностные силы, М., 1985; Урьев Н. Б., Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов, М., 1988; Chen М., Russel W. В, «J. Colloid Interf. Sci.», 1991, v. 141, №2, p. 564-77. H. Б. Урьев.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . Под ред. И. Л. Кнунянца . 1988 .

Технологии изготовления композитов

Для производства изделий из армирующих материалов: углеткани (карбона), кевлара, стеклоткани существует множество различных технологий (методов, способов). В зависимости от выбранного метода используется различное профессиональное оборудование и множество вспомогательных материалов. В данной статье мы постараемся описать преимущества и недостатки наиболее популярных и эффективных технологий, предоставить перечень материалов с оборудованием которое используется в зависимости от выбранной технологии.

1. Контактное (ручное) формование:

Одной из наиболее простых технологий изготовления композитов из армирующих материалов в технологическом плане является контактное формование в открытых формах.

Технология контактного формования заключается в следующем: на подготовленную определенным способом оснастку (матрицу) наносится кистью или распылителем защитно-декоративный слой (гелькоут). Гелькоут предназначен для формирования наружной поверхности будущего изделия. Как правило используется для подготовки поверхности изделия для дальнейшей окраски. Кроме того, гелькоут предохраняет изделие от пагубного влияния ультрафиолета, химически активных сред, воздействия воды. После высыхания гелькоута происходит формовка изделия. Вначале в матрицу укладывается предварительно раскроенный армирующий материал: стеклоткань, углеткань или другой тип наполнителя, выбор которого зависит от требований, предъявляемых к изделию. Затем, при помощи кисти или мягкого валика армирующий материал пропитывается связующим (смолой). Последний этап – прикатка еще не отвержденного ламината жестким валиком для удаления пузырьков воздуха из него. После отверждения, готовое изделие извлекается из формы и подвергается механической обработке: обрезка облоя — излишков пластика или отвержденной смолы по краям изделия; высверливание отверстий и т. д.

Связующие: любые смолы — эпоксидные, полиэфирные, винилэфирные, фенольные и другие;

Армирующие материалы: углеткань, стеклоткань и др.

Низкая стоимость, так как отсутствует сложное технологическое оборудование;

Широкий выбор материалов и их поставщиков.

Высокая вероятность получения воздушных пузырей в изделии, что может быть следствием низкой прочности уже готового изделия;

Высокое содержание смолы в изделии, что увеличивает массу и снижает прочность;

Качество изделия напрямую зависит от квалификации исполнителя;

Небезопасные условия труда.

2. Вакуумное формование:

Это технология производства композита, процесс которого аналогичен при контактном (открытому) формовании, но дополняется применением вспомогательных материалов (жертвенная ткань, вакуумная пленка) и источника остаточного давления (вакуумный насос). После пропитки армирующих материалов связующим на них укладываются вспомогательные материалы и покрывается вакуумной пленкой. В дальнейшем внутри вакуумного мешка создается остаточное давление которое способствует удалению излишков смолы и воздуха. Детали произведенные по этой технологии, отличаются высоким качеством (отсутствие воздушных пузырей), малой массой и высокой прочностью.

Связующие: в основном эпоксидные смолы;

Армирующие материалы: углеткань, стеклоткань и др.

Вспомогательные материалы: разделительная ткань, жертвенная ткань, вакуумная пленка, жгут герметизирующий;

Лучшее сотношение волокно/связующее, что благоприятно сказывается на прочности и массе готового изделия;

Получение наиболее гладкой поверхности;

Отсутствие воздушных пузырей;

Лучшее пропитывание материалов;

Увеличение номенклатуры материалов и соответственно увеличение себестоимости изготовления;

Более высокие требования к квалификации рабочих;

Небезопасные условия труда.

Вакуумная инфузия:

Технология вакуумной инфузии подразумевает собой доработанную технологию вакуумного формования, но основное отличие заключается в процессе пропитки материала. Если при вакуумном формовании пропитка материала осуществляется с помощью кисти или валика, а потом покрывается вакуумной пленкой и вакуумируется, то при вакуумной инфузии изначально делается вакуумной мешок с расположенном внутри материалом и пропитка осуществляется за счет создания вакуума внутри мешка. Данная технология является одной из самых популярных и может применяться при изготовлении практически любых изделий.

Связующие: в основном эпоксидные смолы;

Армирующие материалы: углеткань, стеклоткань и др.

Вспомогательные материалы: разделительная ткань, жертвенная ткань, вакуумная пленка, жгут герметизирующий, коннекторы, спиральная трубка;

Лучшее сотношение волокно/связующее, что благоприятно сказывается на прочности и массе готового изделия;

Получение наиболее гладкой поверхности;

Отсутствие воздушных пузырей;

Лучшее пропитывание материалов;

Экономия связующего вещества (смолы);

Возможность изготовления больших изделий;

Минимальное взаимодействие с вредными веществами.

Увеличение номенклатуры материалов и соответственно увеличение себестоимости изготовления;

Более высокие требования к квалификации рабочих;

Сложность разработки схемы пропитки при изготовлении крупногабаритных изделий;

Использование вакуумного оборудования.

Формование с подачей смолы (RTM — Resin Transfer Moulding ):

Технология формования с подачей смолы заключается в следующем: на подготовленные части формы (верхнюю и нижнюю) наносится защитный слой гелькоут, после его высыхания в форму укладываются материалы и форма закрывается. В верхнюю часть формы подается связующее. Связующее может подаваться как под малым давлением, так и с применением вакуума. После пропитки материала отверстие подачи смолы закрывается. В основном используется при давлении, так как улучшается пропитываемость материала в разы.

Связующие: при отсутствие давления могут применяться любые смолы. При давлении в основном используются эпоксидные;

Армирующие материалы: углеткань, стеклоткань и др.

Заполнители: любые, кроме сотовых, так как при подаче смолы под давлением соты могут быть разрушены.

Обе стороны изделия имеют гладкую поверхность с предварительно заданным рельефом;

Минимизированы отходы материалов;

Отсутствие воздушных пузырей;

Точные размеры и отличное воспроизводство изделий;

Лучшее пропитывание материалов;

Экономия связующего вещества (смолы);

Минимальное взаимодействие с вредными веществами;

Cокращение времени изготовления изделия в 3-5 раз;

Увеличение скорости оборачиваемости оснастки;

Уменьшение количества рабочих, снижение требований к квалификации при производстве.

Повышенная наукоемкость при проектировании оснастки;

Высокие начальные инвестиции;

Основное применение технологии при серийном изготовлении;

Использование оборудования для создания давления.

Автоклавное формование:

Автоклав это герметичная емкость с открываемой крышкой, в автоклаве возможно создание большого избыточного давления и температуры. Технология автоклавного формования заключается в следующем: на подготовленную оснастку обработанную гелькоутом укладывается специальная ткань препрег — это композиционный материал полуфабрикат, который изначально пропитан связующим. Оснастка укладывается в вакуумный мешок и помещается в автоклав. К ней подводится вакуумная линия. Автоклав герметично закрывается, нагнетается избыточное давление 5 — 8 атмосфер и нагревают до 100 — 180 *С в зависимости от выбранного препрега.

Автоклавное формование это самый дорогой способ изготовления композитов, но и полученные изделия имеют высокие прочностные характеристики. Как правило данная технология применяется при изготовлении специальных изделий в военной промышленности.

Армирующие материалы: препрег.

Вспомогательные материалы: жертвенная ткань, вакуумная пленка высокотемпературная, жгут герметизирующий, коннекторы;

Заполнители: При выкладке сэндвичей могут применятся любые заполнители, но они должны выдерживать высокие температуры, которые достигаются при отверждении..

Лучшее сотношение волокно/связующее, что благоприятно сказывается на прочности и массе готового изделия;

Получение наиболее гладкой поверхности;

Отсутствие воздушных пузырей;

Лучшее пропитывание материалов;

Экономия связующего вещества (смолы);

Отсутствие взаимодействия с вредными веществами.

Высокая стоимость оборудования;

Высокая себестоимость изделий из-за затрат на электроэнергию (создание давления и температуры);

Длительность изготовления изделий высока, что усложняет серийное изготовление;

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector