Стекло арматура недостатки: Стоит ли доверять композитной арматуре

Содержание

Стоит ли доверять композитной арматуре

Композитная арматура – сравнительно молодой в строительстве материал, который, несмотря на свой возраст, успел себя положительно зарекомендовать среди сообщества строителей, и прочно обосноваться на стройплощадке, потеснив стальную арматуру. Это – материал, состоящий из нескольких компонентов. Точнее, основных компонентов два:

  1. Волокна, которые несут основную нагрузку, и непрерывно тянутся по всей длине арматурного стержня. Объем волокон должен быть не менее 75% от массы арматуры.
  2. Связующее на основе термореактивных смол, благодаря которому компоненты соединяются в единое целое.

Диаметр арматуры, согласно нормативному документу ГОСТ 31938-2012, устанавливается и используется следующий: 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28 и 32 мм. Из них диаметры от 4 до 8 производятся и продаются в скрученном виде (мотках, барабанах), что облегчает транспортировку. Остальные диаметры производятся и продаются в прутках со стандартной длиной 6 – 12 метров.

Состав композитной арматуры бывает различный, и, в зависимости от компонентов, меняются свойства и себестоимость готового продукта.

Какая бывает композитная арматура

Классификация композитной арматуры в соответствии с составом волокон, несущих основную нагрузку, следующая:

  • стеклопластиковая,
  • базальтокомпозитная;
  • углекомпозитная,
  • арамидокомпозитная
  • комбинированная композитная арматура.

В последнем варианте разные волокна комбинируются в необходимой пропорции. Оптимальный вариант по себестоимости и свойствам – стеклопластиковая арматура, которая и получила наибольшее распространение.

На наружную оболочку композитной арматуры следует обратить особое внимание. Арматура (и композитная, и стальная) должна как можно плотнее сцепляться с бетоном, который она армирует, и эту задачу решает именно наружная поверхность. У разных производителей оболочка выполнена по-разному; например, где-то – это выступы волокон определённой формы, где-то – песок крупной фракции, и т.д.

Как правильно укладывать композитную арматуру

Перед заливкой бетонного элемента композитная арматура укладывается и вяжется в виде пространственного жесткого каркаса. Если вы покупали материал в бухте, её необходимо размотать, разрезать на нужные отрезки, и дать ей распрямиться, отлежаться, вернуть свою форму.

Далее, мы определяем необходимую для нашего бетонного изделия форму каркаса (или прибегая к помощи квалифицированных специалистов, или ищем информацию в интернете, и на свой страх и риск сами проектируем каркас). К сожалению, каждое изделие индивидуально, и в каждом конкретном случае правильный путь – это работа инженера-проектировщика, который в составе проекта дома, опираясь на расчетные данные проекта дома, предоставит дополнительно формы и размеры каркасов для армирования, а также диаметр арматуры и другие данные.

В местах пересечения прутков их необходимо зафиксировать. Фиксация выполняется либо при помощи специальных кляймеров (это идеальный вариант), либо при помощи пластиковых хомутов, если нет специализированного крепежа. Угловые пересечения прутков могут быть выполнены либо в металле (комбинируем композитный каркас и стальную арматуру), либо могут быть изготовлены на заводе-производителе цельнолитым элементом.

Так, как композитный каркас имеет малую жесткость и меняет свои размеры от малейших наружных воздействий, его необходимо закрепить. Идеальным решением будет применение стальных элементов каркаса, которые увеличат жесткость и позволят композитным пруткам не сдвинуться с места при заливке бетоном.

Что лучше: композитная или стальная арматура?

Поскольку до композитной арматуры свойства бетона улучшали исключительно стальной арматурой, и композитная арматура является прямым конкурентом стальной, повсеместно принято сравнивать два вида арматуры. Сравним и мы.

Итак, плюсы композитной арматуры:

  1. Вес. Композитная арматура весит меньше в несколько раз.
  2. Форм-фактор. Композитная арматура малых диаметров продается в скрученном виде, в бухтах. Это позволяют транспортировать её на личном автомобиле.
  3. Коррозия на стеклопластиковую арматуру не распространяет свое действие, в отличие от стальной арматуры. Вследствие этого, более долгая служба.
  4. Не проводит электричество. Не создает препятствий для радиосигналов, для сигналов мобильных телефонов.
  5. Более устойчива к воздействию отрицательных температур. Сталь при низких температурах становится более хрупкой, композитная арматура сохраняет свои свойства.
  6. Теплопроводность небольшая, вследствие этого дом, армированный композитной арматурой, в холодное время года лучше сохраняет тепло.
  7. Экологична. Не наносит вред природе при разложении.

Минусы композитной арматуры:

  1. Не пластична. Арматуру в условиях строительства часто необходимо гнуть, с последующим сохранением формы. Стальная арматура гнется и фиксируется в согнутом положении, а вот стеклопластиковая, к сожалению, нет. После того, как термореактивная смола-связующее затвердеет, изменить её форму уже нельзя, можно только сломать. Но выход есть, и даже не один: можно заказать на заводе арматуру какой угодно формы или комбинировать стальную и композитную арматуру.
  2. Не сваривается. К сожалению, сварка композитной арматуры невозможна. Но есть решение. Если есть такая необходимость, можно использовать композитную арматуру, оканчивающуюся металлическими прутками. Соединение композитной арматуры и металлического прутка выполняется на производстве.
  3. Не стойка к тепловому разрушению. Держит температуру до 150-160 градусов по цельсию. То есть, при пожаре бетон, армированный стальной арматурой, при разрушении повиснет на прутках стали, а вот бетон с композитной арматурой после нагрева более 150 градусов, просто упадет.
  4. Высокая вредность при резке. При обработке образуются мельчайшие острые частицы, загрязняющие рабочее пространство, угрожающие дыхательным путям, органам зрения.
  5. Не жесткая. Модуль упругости композитной арматуры меньше аналогичного у стальной в 4 раза. То есть, для того, чтобы армированный композитной арматурой бетон работал на растяжение так же, как армированный стальной арматурой, нужно увеличить диаметр композитной арматуры. Пример: диаметр стальной арматуры 12 мм, диаметр композитной арматуры должен быть 24 мм. То есть, это не выгодно экономически, и для перекрытий лучше брать стальную арматуру.

Вывод: Композитная арматура имеет как плюсы, так и минусы. Поэтому, в каждом конкретном случае нужно тщательно взвесить все качества стальной и композитной арматуры, и выбрать для себя нужный вариант в соответствии с конкретной ситуацией.

Плюсы и минусы строительной композитной арматуры

Основные плюсы композитной арматуры заключаются в её малом весе, высокой прочности на разрыв, высокой химической и антикоррозионной устойчивости, низкой теплопроводности, малом коэффициенте теплового расширения и в том, что она является диэлектриком. Высокая прочность на разрыв, значительно превышающая аналогичный параметр у стальной арматуры при равном диаметре, позволяет применять композитную арматуру меньшего диаметра взамен стальной.

Вы даже не представляете себе, насколько выгодным является применение стеклопластиковой арматуры! Экономический выигрыш от её применения складывается из целого ряда факторов, а отнюдь не из одной только разницы в стоимости между погонным метром стальной и композитной арматуры.

Не поленитесь посмотреть полное описание факторов, из которых складывается ваша экономия денежных средств, времени, человеко-часов, электричества, расходных материалов и т.д. в статье «ЭКОНОМИЯ ОТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ»

Но, нужно помнить, что у композитной арматуры есть и существенные минусы. Большинство Российских производителей не афишируют эти минусы, хотя любой инженер строитель может заметить их самостоятельно. Основными минусами любой композитной арматуры являются следующие:

  • модуль упругости композитной арматуры почти в 4 раза ниже, чем у стальной даже при равном диаметре (другими словами она легко изгибается). По этой причине её можно применять в фундаментах, дорожных плитах и т.д., но применение в перекрытиях требует дополнительных расчетов;
  • при нагреве до температуры в 600 °С, компаунд, связывающий волокна арматуры, размягчается настолько, что арматура полностью теряет свою упругость. Для увеличения устойчивости конструкции к огню в случае пожара — требуется предпринимать дополнительные меры по теплозащите конструкций, в которых используется композитная арматура;
  • композитную арматуру, в отличие от стальной, — невозможно сваривать электросваркой. Решение — установка на концы арматурных стержней стальных трубок (в заводских условиях) к которым уже можно будет применять электросварку;
  • такой арматуре невозможно придать изгиб непосредственно на строительной площадке. Решение — изготовление арматурных стержней требуемой формы ещё на производстве по чертежам заказчика;

Подведем итог

Несмотря на то, что зарубежом такая арматура успешно применяется уже несколько десятилетий, все виды композитной арматуры являются довольно новым материалом на строительном рынке России. Её применение имеет большие перспективы. На сегодняшний день её можно смело применять в малоэтажном строительстве, в фундаментах различных типов, в дорожных плитах и прочих подобных конструкциях. Однако для применения её в многоэтажном строительстве, в конструкциях мостов и т.д. — требуется учитывать её физико-химические особенности ещё на этапе подготовки к проектированию.

Любопытный факт — арматура в бухтах!

Основным применением арматуры в малоэтажном строительстве является использование её для армирования фундаментов. При этом, чаще всего используется стальная арматура класса А3, диаметрами 8, 10, 12 мм. Вес 1000 метров погонных стальной арматуры составляет 400 кг для Ø8мм, 620 кг для Ø10мм, 890 кг для Ø12мм. Теоретически Вы можете приобрести стальную арматуру в бухтах (если найдете), при этом, в последствии, Вам понадобится специальное устройство для повторного выравнивания такой арматуры. Сможете ли Вы перевезти 1000 метров такой арматуры на своем легковом автомобиле к месту строительства, чтобы сократить расходы на доставку? А теперь представьте, что указанную арматуру можно заменить композитной меньшего диаметра, а именно 4, 6, 8 мм вместо 8, 10, 12 мм. соответственно. Вес 1000 метров погонных композитной арматуры составляет 20 кг для Ø4мм, 36 кг для Ø6мм, 80 кг для Ø8мм. Вдобавок, несколько уменьшился её объём. Такую арматуру можно приобрести в бухтах, при этом, внешний диаметр бухты составляет чуть больше 1м. Кроме того, при разматывании такой бухты, композитная арматура не требует выпрямления, так как практически не имеет остаточной деформации. Могли ли Вы себе представить, что сможете перевезти арматуру, требующуюся для строительства загородного дома или дачи, в багажнике собственного легкового автомобиля? И Вам даже не понадобится помощь при загрузке и разгрузке!

Стеклопластиковая арматура – недостатки и преимущества

Стеклопластиковая арматура, которая появилась на строительном рынке относительно недавно, имеет как достоинства, так и недостатки, о которых обязательно должен быть осведомлен потребитель. Несмотря на заверения производителей в том, что данная продукция является полноценной заменой металлической арматуры, не во всех ситуациях ее применение можно считать обоснованным.

Каркас монолитной плиты из композитной арматуры

Что собой представляет арматура из стеклопластика

Так называемая композитная арматура – это стержень из стеклопластика, вокруг которого намотана углепластиковая нить, служащая не только для усиления конструкции такого изделия, но и для обеспечения его надежного сцепления с бетонным раствором. У арматуры данного типа есть как плюсы, так и минусы, и к ее использованию следует подходить очень взвешенно.

Элементами для фиксации углепластиковых арматурных прутков между собой служат пластиковые хомуты. Удобно, что для соединения элементов такой арматуры не требуется использование сварки, что, несомненно, является большим плюсом.

Скрепление стеклопластиковой арматуры с помощью фиксаторов и хомутов

Оценивая целесообразность использования стеклопластиковой арматуры, необходимо рассмотреть все плюсы и минусы ее применения в отдельных ситуациях. Такой подход позволит обеспечить высокую эффективность этого материала как средства укрепления строительных конструкций различного назначения.

Если не учитывать характеристики стеклопластиковой арматуры и не сопоставлять их с параметрами аналогичных изделий, изготовленных из металла, можно нанести серьезный вред будущей строительной конструкции или элементам отделки. Именно поэтому прежде чем приступать к выбору элементов для армирования конструкций из бетона, следует разобраться, в каких случаях применение тех или иных изделий является более целесообразным.

Физико-механические свойства композитной арматуры различных типов

Основные преимущества

Среди преимуществ, которыми отличается углепластиковая арматура, стоит выделить следующие.

  • Важным преимуществом стеклопластиковой арматуры является ее небольшой удельный вес, что дает возможность использовать ее для армирования легких конструкций из ячеистого бетона и некоторых других строительных материалов. Это позволяет значительно снизить вес конструкций, которые армируются с ее помощью. Между тем вес обычной бетонной конструкции при использовании стеклопластиковой арматуры снизится незначительно, так как сам строительный материал обладает внушительной массой.
  • Низкая теплопроводность также относится к преимуществам стеклопластиковой арматуры. При использовании такой арматуры в бетонных конструкциях не образуется мостиков холода (чего нельзя сказать об армирующих элементах из металла), что значительно улучшает их теплоизоляционные параметры.
  • Высокая гибкость стеклопластиковой арматуры позволяет отгружать ее заказчику в бухтах, а не нарезанной отдельными прутками. Благодаря компактной форме упаковки транспортировать такую арматуру значительно проще, для чего можно использовать багажник любого легкового автомобиля, а это серьезно сокращает расходы на доставку материала к месту выполнения строительных работ. Использование армирующих элементов, которые отгружаются не нарезанными прутками, а в бухтах, позволяет также снизить расходы материала за счет уменьшения количества нахлестов. Это положительным образом сказывается как на прочностных характеристиках будущей бетонной конструкции, так и на ее стоимости, что особенно важно при выполнении строительных работ.
  • Достаточно спорным считается такое преимущество стеклопластиковой арматуры, как ее долговечность внутри бетонной конструкции. Арматура из металла, находясь в изолированном состоянии, также не подвергается негативному влиянию внешних факторов, что обеспечивает долговечность ее использования.
  • Углепластиковая арматура – это диэлектрический материал, что является преимуществом изделий из данного материала. Проводящая электрический ток металлическая арматура больше подвержена коррозии, что негативным образом сказывается на ее долговечности.
  • По сравнению с армирующими элементами из металла, стеклопластиковые изделия не подвержены воздействию химически активных сред. Такое преимущество стеклопластиковой арматуры особенно актуально в случаях возведения строений в зимнее время, когда в бетон добавляются различные солевые растворы, ускоряющие процесс застывания.
  • Являясь диэлектриком, углепластиковая арматура не создает радиопомех внутри здания, в отличие от металлических прутков. Такое преимущество важно тогда, когда в бетонной конструкции имеется много армирующих элементов. В противном случае использование композитной арматуры не станет минусом, но будет не столь актуально.

Главные достоинства композитной арматуры

Имеются у стеклопластиковой арматуры и недостатки, о которых также следует знать ее потенциальным потребителям.

Главные недостатки

Недостатки стеклопластиковой арматуры связаны со следующими ее характеристиками.

  • К минусам стеклопластиковой арматуры относится, в частности, то, что она не выдерживает воздействия высоких температур. В то же время сложно представить ситуацию, когда арматурный каркас, находящийся внутри бетона, может быть нагрет до температуры 200 градусов.
  • Достаточно высокая стоимость – это условный недостаток, если учитывать тот факт, что для армирования бетонных конструкций можно использовать стеклопластиковую арматуру меньшего диаметра в сравнении с изделиями из металла.
  • Арматура из углепластика плохо гнется. Этот недостаток ограничивает ее использование при создании укрепляющих каркасов для бетонных конструкций. Между тем выполнить гнутые участки арматурного каркаса можно и из стальных элементов, а затем нарастить их при помощи стеклопластиковых прутков.
  • Арматура, изготовленная из стеклопластика, плохо выдерживает нагрузки на излом, что очень критично для бетонных конструкций. Соответственно, их усиливающий каркас должен успешно выдерживать такие нагрузки, чем не может похвастаться арматура, выполненная из композитных материалов.
  • В отличие от металлического арматурного каркаса, стеклопластиковые изделия обладают меньшей жесткостью. Из-за этого недостатка они плохо переносят вибрационные нагрузки, возникающие при их заливке с помощью автомобильного миксера. При использовании такой техники арматурный каркас подвергается значительным механическим нагрузкам, которые могут вызвать его поломку и нарушение пространственного положения его элементов, поэтому к жесткости подобных бетонных конструкций предъявляются достаточно высокие требования.

Разрыв арматуры в следствии недостаточного связующего в структуре стержня

Рассматривая преимущества и недостатки стеклопластиковой арматуры, сложно сказать, насколько она лучше или хуже изготовленной из металла. В любом случае к выбору этого материала следует подходить очень обоснованно, используя его для решения тех задач, для которых он действительно предназначен.

Сферы применения стеклопластиковой арматуры

Арматура, изготовленная из композитных материалов, правила укладки которой несложно изучить по соответствующим видео, используется и в капитальном, и в частном строительстве. Поскольку капитальное строительство осуществляется силами квалифицированных специалистов, которые хорошо знакомы с нюансами и недостатками применения тех или иных строительных материалов, остановимся на особенностях использования такого материала при возведении частных малоэтажных строений.

Сферы использования композитной арматуры

  • Арматура, изготовленная из композитных материалов, успешно используется для укрепления фундаментных конструкций следующих типов: ленточных, высота которых больше, чем глубина промерзания почвы, и плитных. Применение арматуры из углепластика для укрепления фундаментов целесообразно лишь в тех случаях, когда строение возводится на хорошем грунте, где бетонные основания не будут подвергаться нагрузкам на излом, которые стеклопластиковые элементы могут просто не выдержать.
  • При помощи стеклопластиковой арматуры укрепляют стены, кладка которых выполняется из кирпича, газосиликатных и других блоков. Следует отметить, что в качестве связующего элемента стен композитная арматура очень популярна среди частных застройщиков, которые используют ее не только для укрепления кладки несущих конструкций, но и для обеспечения их связки с облицовочными перегородками.
  • Этот материал активно используется и для связки элементов многослойных панелей. Структура последних включает в себя слой утеплителя и бетонные элементы, которые и связываются между собой при помощи стеклопластиковой арматуры.
  • Благодаря тому, что арматура рассматриваемого типа лишена такого недостатка, как подверженность коррозии, ее часто используют для укрепления различных гидротехнических сооружений (к примеру, плотин и бассейнов).
  • В тех случаях, когда необходимо эффективно увеличить жесткость клееных деревянных балок, их также укрепляют при помощи стеклопластиковой арматуры.
  • Используется этот материал и в дорожном строительстве: с его помощью укрепляют слой асфальтового полотна, который подвергается повышенным нагрузкам в процессе своей эксплуатации.
Резюмируя все вышесказанное, следует отметить, что применять стеклопластиковую арматуру можно достаточно эффективно, если учитывать ее недостатки и связанные с ними ограничения, которые оговариваются производителем.

Способна ли арматура из стеклопластика заменить аналоги из металла

Несмотря на то, что арматура, изготовленная из композитных материалов, является достаточно новым материалом на строительном рынке, уже можно найти множество рекомендаций (и даже видео) по ее применению. Учитывая данные рекомендации, можно сделать вывод о том, что применять стеклопластиковую арматуру лучше всего для укрепления стен, возводимых из кирпича и строительных блоков, а также для связи несущих стен с межкомнатными перегородками.

Усиление стен из газосиликатных блоков 4-миллиметровой композитной арматурой

Преимуществами использования такой арматуры является то, что она не подвержена коррозии, а также что она не создает мостиков холода, как это происходит с армирующими прутками из металла. Использование такой арматуры для укрепления фундаментных конструкций обосновано в тех случаях, когда возводится не слишком тяжелая постройка и строительство осуществляется на грунте, отличающемся высокой устойчивостью.

В любом случае успешность использования этого нового строительного материала пока не подтверждена длительной практикой, поэтому, применяя его, любой застройщик действует на свой страх и риск. Специалисты, имеющие большой опыт в строительстве, рекомендуют для конструкций, к которым предъявляются высокие требования по надежности, устойчивости и долговечности, использовать все же армирующие каркасы, изготовленные из традиционных металлических элементов.

Недостатки стеклопластиковой арматуры, а так же плюсы в сравнении со стальной.

Стеклопластиковая арматура приобрела широкое признание в сфере индивидуального строительства благодаря комплексу несомненных преимуществ. Если нам нужна композитная арматура, плюсы от ее использования, Вы ощутите сразу же.

  1. Экономия при закупке до 40% по сравнению с металлической арматурой
  2. Высокий показатель предела прочности на разрыв,
  3. Маленький вес, в сравнении с арматурой A III,
  4. Низкая теплопроводность
  5. Высокие показатели коррозионной и химической стойкости,
  6. Коэффициентом теплового расширения почти равный нулю
  7. Отсутствие свойств диэлектрика.

Так как по своему основному показателю, а именно пределу прочности на разрыв стеклопластиковая арматура, производства компании Пласт-Композит, существенно превосходит параметры стальной металлической арматуры, возможно применение композитной арматуры меньшего диаметра. Таким образом, если для армирования фундаментной плиты двухэтажного дома, нам бы потребовалась металлическая арматура диаметром 12 мм, то в случае, если будет принято решение, применять композитную арматуру, то возможно использовать диаметр 8 мм. Основное применение арматуры в сфере малоэтажного строительства заключается в армировании фундаментов. При этом больше пока распространено применение стальной арматуры класса A3. При этом, стальная арматура продается только хлыстами стандартной длиной 11,7 метра, транспортировка такой арматуры возможно только на шаланде. Так же вес каждого метра стальной арматуры 880 грамм, а для заливки дома площадью от 100 до 200 метров, Вам потребуется от 2 до 3 тонн арматуры. По такой характеристике, как вес и транспортировка, неоспоримое преимущество имеет композитная арматура. Плюсы будут не только при транспортировки, но и при загрузки/разгрузки. Так как на заливку фундамента дома необходимо от 230 до 300 кг стеклопластиковой арматуры, которая сматывается в бухты. В один легковой автомобиль может поместится до 2 км стеклопластиковой арматуры. Еще одно преимущество композитной арматуры — низкая теплопроводность, стеклопластиковую арматуру очень выгодно использовать при армировании стен зданий, кроме того, в настоящий момент почти все гибкие связи, которые применяются в России, делаются из композитных материалов. Это гарантирует минимальные теплопотери для таких домов.

СТЕКЛОПЛАСТИКОВАЯ АРМАТУРА — НЕДОСТАТКИ ПРИ АРМИРОВАНИИ КОНСТРУКЦИЙ:

Стеклопластиковая арматура, недостатки которой часто могут невилироваться грамотным проектированиием конструкций можно разбить на три группы

  1. Один из основных минусов композитной арматуры — это низкий модуль упругости, что ограничивает применение композитной арматуры в перекрытиях. Тем не менее, при определенных условиях применение арматуры в перекрытиях, не только оправдано, но и целесообразно. Например, в случае реконструкции старого здания, когда основной задачей является уменьшение нагрузки на уже существующий фундамент. Так же применение композитной арматуры распространено в перекрытиях парковочных комплексов. Здесь решающим фактором применения может стать коррозионная стойкость, которая значительно увеличит срок службы сооружения.
  2. Минусы композитной арматуры необходимо учитывать при армировании плит перекрытия. Так как композитная арматура в случае пожара начинает размягчаться и терять свои свойства раньше металла. Чтобы повысить стойкость конструкции к воздействию огня при пожаре, специалист должен предусмотреть ряд мер, направленных на теплозащиту конструкций (колонн, стен, перекрытий).
  3. Изготовление гнутых элементов из композитной арматуры. Недостаток не может быть устранен в условиях строительной площадки. Следовательно, необходимо либо заранее заказывать необходимый элемент, либо покупать небольшие прутки металлической арматуры и уже из нее изготавливать нужные элементы, такие как выпуски, углы, лягушки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ О ВОЗМОЖНОСТИ И ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЙ КОМПОЗИТНОЙ АРМАТУРЫ

Несмотря на широкое и успешное использование композитной арматурой в США, Канаде и Европе в течение нескольких десятилетий, для российской строительной отрасли данный материал остается относительной новинкой. Но уже сегодня понятны отличные перспективы массого внедрения этого материала в сферу промышленного и гражданского строительства, так как применение АКП-СП обеспечивает несомненные преимущества композитной арматуры для строительства разных фундаментов, промышленных полов, дорожных плит и других аналогичных конструкций. Но при работе с композитной арматурой для обустройства конструкций мостов, многоэтажного строительства и прочих сфер обязательно требуется учет индивидуальных физико-химических особенностей.

Подводя итог, хочется отметить один несомненный плюс, который под час является решающим — цена. В настоящее время применение композитной арматуры для заливки фундаментов для частного домостроения, обходится в среднем на 50 процентов дешевле, чем заливка аналогичного фундамента с металлической арматурой. Более подробно, обо всех экономических составляющих, можно прочитать в статье — Выгода от применения композитной арматуры

Стеклопластиковая арматура: недостатки – ТПК Нано-СК

Стеклопластиковая арматура недостатки

Как и любой другой строительный материал, стеклопластиковая арматура недостатки имеет, но достоинства их превосходят. Основные достоинства композитной арматуры – это устойчивость к агрессивной среде, высокая прочность, диэлектрические свойства.

За годы работы в области производства композитной арматуры ТПК “НАНО-СК”, нашим специалистам удалось на практике сравнить стеклопластиковую арматуру с традиционной стальной.

Стеклопластиковая арматура: минусы и плюсы

Итак, если сравнить стеклопластиковую арматуру со стальной, то стеклопластиковая арматура покажет, но плюсы их перевешивают.

Преимущества следующие:

  • устойчивость в коррозии;
  • прочность;
  • устойчивость ко всем видам механического воздействия;
  • диэлектрические свойства.

Этим плюсам противостоят минусы, который также нужно учитывать при выборе арматуры в технологиях строительства:

  • низкий модуль упругости;
  • недостаточная термостойкость;
  • снижение прочности под воздействием щелочи.

Недостаточная термостойкость композитной арматуры

С этой точки зрения арматура стеклопластиковая характеристики имеет слегка уступающие стальной арматуре. Проблема заключается в том, что стеклоткань, которая входит в состав композитной арматуры, достаточно устойчива к воздействию жара. А вот пластиковый компонент, который связывает стеклоткань, после 200 градусов по Цельсию начинает терять прочность.

Тем не менее, специалисты ТПК “НАНО-СК” гарантируют, что стеклопластиковая арматура соответствует классу самозатухающих материалов (Г1).

С этой точки зрения стеклопластиковая арматура недостатки компенсирует за счет того, что ее не используют там, где возможно сильное нагревание.

Низкий модуль упругости

Стеклопластиковая арматуры минусы которой связаны с модулем упругости, не может быть использована в криволинейных элементах. Композитная арматура легко изгибается, поэтому для монтажа перекрытий с применением стеклопластиковой арматуры требуются специальные расчеты. А когда делается попытка сделать криволинейные элементы, то их сложно зафиксировать, требуются производственные условия.

Снижение прочности под воздействием щелочи

Стеклопластиковая арматура имеет недостатки, связанные с воздействием щелочной среды. Для того, чтобы стеклопластиковая арматуры характеристики эти изменила, применяют технологию выщелачивания редкоземельных металлов, содержащихся в структуре бетона. Так удается сделать композитную арматуру нечувствительной к щелочи, и продлить срок эксплуатации арматуры.

Специалисты ТПК “НАНО-СК” гарантируют, что эти недостатки не являются препятствием для массового строительства, а лишь немного ограничивают сферы применения стеклопластиковой арматуры.

Все типы композитной арматуры, которую мы производим, соответствуют по своим технико-эксплуатационным характеристикам ГОСТу.

Пластиковая арматура — плюсы и минусы использования композитов

Благодаря армированию монолитное бетонное основание приобретает повышенную прочность и долговечность. Раньше в качестве арматуры использовали исключительно металлические прутья, связанные между собой в каркас, однако сейчас в продаже появились пластиковые или композитные армокаркасы. Эти изделия производятся из базальтовых, карбоновых или стеклянных волокон с добавлением полимерных смол. Пластиковая арматура, плюсы и минусы которой будут рассмотрены чуть ниже, производится согласно требованиям международного стандарта, которые стоит изучить подробнее.

Формы выпуска пластиковой арматуры

Стандарт 31938-2012, регламентирующий технические требования, относящиеся к полимерным армирующим изделиям, определяет элементы этого типа, как твердые прутья круглого сечения. Прутки состоят из основы, заполнителя и связующего компонента.

Композитную арматуру производят в виде стержней сечением от 4 до 32 мм. Продаются такие изделия либо в нарезанном виде, либо в связках или бухтах длиной до 100 м.

Пластиковый профиль бывает двух видов:

  • Периодический – рифленые прутья, получаемые методом спиральной обмотки.
  • Условно-гладкий. В этом случае стеклопластиковые стержни обсыпаются кварцевым песком, благодаря чему готовые изделия обладают лучшими адгезионными свойствами.

Важно! Стеклопластиковая арматура обязательно по своим параметрам должна соответствовать ГОСТ 30247.0-94 по огнестойкости и ГОСТ 30403-2012 по пожаробезопасности.

Чтобы определить, стоит ли использовать композитные материалы вместо металлических, рассмотрим плюсы и минусы стеклопластиковой арматуры.

Преимущества композитной арматуры

К преимуществам стеклопластиковых изделий по сравнению с металлическими аналогами следует отнести:

  • Малый вес. Для арматуры с пластиковыми стержнями используются прутья меньшего сечения, благодаря чему общий вес конструкции снижается почти вдвое. Например, стеклопластиковый стержень диаметром 8 мм будет весить всего 0,07 кг/п м, в то время, как металлический прут с таким же сечением весит 0,395 кг/п м. Благодаря меньшему весу транспортировать пластиковые изделия можно даже на легковом автомобиле, тогда как для металлической арматуры потребуется большегрузная машина.
  • Устойчивость к коррозии. Стеклопластиковые изделия не окисляются и не воздействуют с влагой.
  • Диэлектрические показатели. Композитные пруты – это радиопрозрачные диэлектрики, которые отличаются инертностью к электричеству и радиоволнам. Именно поэтому пластиковая арматура считается самым хорошим материалом для возведения медицинских центров, лабораторий и прочих специализированных сооружений.
  • Химическую устойчивость. Агрессивные компоненты, такие как: бетонное молочко, битум, морская воды, растворитель или солевые составы, со временем оказывают негативное воздействие на металлические профили. В свою очередь, композитные материалы остаются инертными к такому «соседству».
  • Температурный диапазон. Композиты можно применять при режиме от -60 до +120 градусов.
  • Высокую теплопроводность. Показатель проводимости тепла у стеклопластика составляет 47 Вт/м*К, а у металла – 0,5 Вт/м*К.
  • Повышенные прочностные показатели. Прочность композитного материала на растяжение значительно выше, чем у металлического изделия. При одинаковом диаметре пластиковая арматура выдерживает в 3-4 раза больше продольных нагрузок.
  • Долгий срок эксплуатации. Производители композитных материалов утверждают, что такая арматура прослужит более 150 лет. Проверить это пока что невозможно, однако рекордный зафиксированный срок службы пластикового армокаркаса составил 40 лет.
  • Скорость монтажа. Стеклопластиковые стержни быстро нарезаются обычной болгаркой и вяжутся при помощи пластиковых хомутов.

Кроме этого, благодаря повышенной упругости пластиковые изделия выпускаются практически любой длины.

Тем не менее, не будем торопиться с выводами, касательно того, какая арматура лучше. Справедливости ради стоит рассмотреть также и негативные стороны стеклопластиковых стержней для армирования монолитных бетонных построек.

Минусы композитной арматуры

Среди минусов композитных материалов, используемых при закладке арматуры, выделяют следующие:

  • Низкую упругость на изгиб. Из-за того, что пластиковые элементы отличаются низким модулем упругости, это может привести к деформации бетонной конструкции. Хорошо гнущиеся элементы сложно использовать при монтаже арматуры по углам фундамента. Для сравнения модуль упругости композита составляет 55 000 МПа, а у пластика этот показатель достигает 200 000 МПа.
  • Небольшой диапазон размеров. На сегодняшний день при выборе стальной арматуры потребителям предлагается большее разнообразие изделий разного сечения.
  • Отсутствие СНиПов. Хоть стеклопластиковые изделия и нормируются по ГОСТ, другой нормативной базы для строительных элементов этого типа не существует. Исходя из этого, осложняется процесс проектирования объектов, так как производить расчеты пока что довольно проблематично.
  • Невозможность использования в некоторых регионах. Пластиковые изделия не рекомендуется применять при строительстве объектов в областях, где зимой фиксируются слишком низкие температуры.
  • Неустойчивость. Строительство армирующего каркаса осложняется плохой устойчивостью пластиковых прутьев. Конструкция начинает шататься, поэтому приходится прибегать к «хитростям», чтобы зафиксировать каркас до заливки бетонной смеси.
  • Довольно высокую стоимость материала. Стеклопластик обойдется в 2 раза дороже стальных аналогов.

Говоря о пластиковой арматуре, ее плюсах и минусах, многие относят к недостаткам этих изделий такие вещи, как: невозможность использования сварочного оборудования и низкую устойчивость к нагреву. Однако, в реальности сварка итак практически не используется при сборке армокаркаса. Настолько же абсурдна и теория насчет неустойчивости материала к высоким температурам. Стеклопластик полностью теряет свои свойства при нагреве свыше 600 градусов, но и не каждый бетон способен выдержать подобную температуру.

Исходя из вышесказанного становится очевидно, что при армировании бетонных конструкций, чтобы определить какая арматура больше подходит – металлическая или стеклопластиковая, нужно уточнить для каких именно целей вам нужен усиленный каркас. С одной стороны новейшие композитные материалы явно выигрывают, однако с точки зрения стоимости, возможно, будет выгоднее приобрести стальные изделия.

Стеклопластиковая арматура, преимущества и недостатки

2. Инертность к химически активным веществам. Коррозия стальной арматуры приводит к уменьшению расчетного диаметра, а значит и к уменьшению прочности конструкции. В отличие от стальной арматуры пластиковая не поржавеет, а значит и прочность ее не уменьшится. А потому и расчет на ширину раскрытия трещин, важный при проектировании ЖБК, работающих в агрессивных средах, для конструкций с полимерной арматурой решающего значения не имеет.

3. Меньшая цена. Тут без комментариев.

4. Удобство транспортировки. Стеклопластиковая арматура может продаваться в бухтах, которые можно засунуть буквально в багажник легкового автомобиля. А, значит, возможна еще дополнительная экономия при доставке арматуры на объект.

5. Меньший вес.

Казалось бы вышеперечисленных преимуществ вполне достаточно, чтобы изготовители различных конструкций полностью перешли на полимерную арматуру. Однако этого не происходит. Дело в том, что у стеклопластиковой арматуры есть один маленький, но очень серьезный недостаток:

Модуль упругости стеклопластиковой арматуры в 4 раза меньше модуля упругости стальной арматуры.

Ну и что? — скажете вы. — Модуль упругости при расчетах на прочность никак не учитывается, а возможная ширина раскрытия трещин решающего значения не имеет.

Все это правильно. Вот только нельзя забывать и о других расчетах по второй группе предельных состояний, в частности, об определении прогиба.

Как именно определяется прогиб в зависимости от тех или иных факторов, как можно определить условный момент инерции арматуры в рассматриваемом сечении, в данном случае приниципиального значения не имеет. Кстати, пример подобного приближенного расчета можно посмотреть здесь.

Сейчас вожно понять другое: прогиб обратно пропорционален модулю упругости и моменту инерции, а значит при всех прочих равных условиях, прогиб будет тем больше, чем меньше модуль упругости.

Конечно же для железобетона, как композитного материала эта зависимость в целом не линейная, тем не менее для того, чтобы прогиб конструкции со стеклопластиковой арматурой был таким же, как и для конструкции со стальной арматурой, площадь сечения стеклопластиковой арматуры должна быть в 4 раза больше площади сечения стальной арматуры.

В итоге, если при расчетах на прочность площадь стеклопластиковой арматуры может быть в 2 раза меньше, то при расчетах на прогиб площадь стеклопластиковой арматуры может быть в 4 раза больше. А при таком раскладе все вышеперечисленные преимущества, кроме п.2, становятся уже не такими привлекательными.

Вот такая она — стеклопластиковая арматура.

Glass Fiber — обзор

7.1 История

Возможность получения тонкого стекловолокна была известна еще в древние времена, еще до технологии выдувания стекла. Многие египетские сосуды были сделаны путем наматывания стекловолокна на глиняный ободок подходящей формы.

После появления стекла в I веке до нашей эры эта техника использовалась венецианскими мастерами по стеклу в XVI и XVII веках для украшения посуды. При этом пучки непрозрачных белых волокон наматывались на поверхность прозрачного сосуда, например кубка, а затем сильно нагревались.Подобные декоративные эффекты были достигнуты при производстве очков в Англии [1].

Интерес к использованию стекловолокна в текстильной промышленности появился намного позже. Французский физик Рене-Антуан Ферхо де Реумюр (1683–1757) изготовил в 1713 году ткани, украшенные тонкими стеклянными нитями [2]. Он предвидел, что, если бы можно было вытягивать только стеклянные волокна тонкости, подобной паутине, тогда они были бы достаточно гибкими, чтобы их можно было переплетать. Похоже, он сам вытягивал волокна не из стеклянного стержня, а из ванны расплавленного стекла.

Британские изобретатели провели такой эксперимент в 1822 году. Британский ткач по шелку изготовил стеклоткань в 1842 году, а другой изобретатель Эдвард Либей поместил стекло на выставке 1893 года в Колумбии в Чикаго, выставив сотканное из стекла платье на Колумбийской выставке 1893 года в Чикаго. [3].

В начале 19 века во Франции производили роскошную парчу, переплетая стекловолокно с шелком глубокого цвета. Стекловолокно выглядело как яркий серебряный узор на темном фоне.В 1890-х Эдвард Драммонд Либби из Толедо, штат Огайо, шил платья из ткани, сочетающей шелк и стекловолокно, а также ткани для абажуров и галстуков. В то же время небольшая мастерская в Париже заключалась в том, что в текстиле сочетались шелк или хлопок со стекловолокном и продавались их по 100 франков за метр! Хотя маловероятно, что он вырастет в большой рынок, тем не менее, он продемонстрировал, что стекловолокно можно производить и, возможно, использовать. Впервые метод изготовления стекловолокна с помощью втулки был продемонстрирован в 1908 году У.фон Пачински в Гамбурге. Производство текстильных стекловолокон с использованием техники протягивания волокон через очень мелкие отверстия было разработано в 1930-х годах в Соединенных Штатах и ​​началось в Германии в 1939 году [4].

В начале 1930-х годов компания Owens-Illinois Glass Co. из Ньюарка, штат Огайо, США, значительно улучшила процесс производства стекловолокна [5], что сделало его экономически выгодным. Позже эта компания присоединилась к Corning Glass Works of Corning, Нью-Йорк, которая также работала в этой области, чтобы сформировать специализированную компанию, а именно Owens-Corning Fiberglas Corporation [6,7].Эта корпорация была и остается лидером в области разработки, маркетинга и технологий в этой отрасли. Его влияние распространилось по всему миру на лицензии, предоставленные им за рубежом, или путем создания собственных производственных компаний, иногда совместно с другими. Компании, создававшие производственные мощности, не будучи аффилированными с Owens-Corning, тем не менее, в большинстве случаев по-прежнему использовали свои технологии.

До этого момента волокно, производимое в промышленных масштабах, было прерывистым, то есть стекловолокно.Первым требованием для значительного количества непрерывного волокна было электрическое соединение тонких проводов, используемых при повышенных температурах. Для этого необходимо было изготовить новое стекло, которое соответствовало требуемым электрическим свойствам и одновременно могло быть вытянутым в волокна. Такое стекло и стало называться «Е-стекло», «Е» означает пригодность для электроизоляции [1].

Это стекло стало стандартом для производства непрерывных волокон во всем мире, так как оно хорошо практикуется и может использоваться даже более широко, чем для первоначально предусмотренных электрических применений.Некоторые изменения в составе произошли в течение многих лет, вызванные конкретными проблемами, такими как расстекловывание или кристаллизация компонентов или материалов, растворенных из имеющихся в настоящее время огнеупоров, или, недавно, законодательства против загрязнения воздуха. Кроме того, даже предположительно идентичные составы будут немного отличаться между странами и заводами, поскольку они также зависят от доступности, стоимости и состава сырья. E -стекло теперь следует рассматривать как тип стекла, определяемый его электрическими свойствами, которые, если они выражены в спецификациях, регулируются содержанием в нем щелочи.

В 1935 году появились первые патенты, содержащие термореактивные смолы, которые устанавливались при комнатной температуре, например, полиэфиры. Их, когда они армированы стекловолокном, можно использовать для изготовления профилей и привести к усилению производства пластмасс. Первым важным применением было производство обтекателей для самолетов во время Второй мировой войны.

С тех пор отрасль росла на 10–15% в год. В 1949 году компании Pittsburgh Platinum Glass и Libbey-Owens-Ford приобрели лицензии у Owens-Corning.В 1951 и 1952 годах первые иностранные лицензии получили компании St. Gobain во Франции (ныне Saint-Gobain Vetrotex International) и Pilkington в Великобритании [1].

Рост и развитие технологий и производительности происходили очень быстро, производственные технологии совершенствовались и расширялись. Новыми областями применения стекловолокна были упрочнение термопластов и их использование в автомобилях, строительство больших сосудов (подметальных машин) для использования немагнитных свойств армированных пластиков и сочетание стекла с другими волокнами в точных инженерных приложениях [2 , 7–9].В настоящее время концепция волокнистых армирующих матриц охватывает широкий спектр армирующих материалов (углерод, стекло, арамид, проволока и т. Д.), А также органических и неорганических матриц (цемент, штукатурка). В сложных приложениях типы, количества и структура волокнистого армирования помещаются в матрицы в определенных местах для достижения оптимальных эффектов при минимальном весе и / или стоимости. Разработка и использование армированных полимеров стали новой главой в технологии.

Были и неудачи.Попытки укрепить каучуки и другие эластомеры не увенчались успехом, потому что композиты, армированные стекловолокном, в большинстве случаев были слишком жесткими для успешного применения или, в других случаях, не могли вытеснить другие армирующие материалы в устоявшейся отрасли и на рынке (автомобильные шины) .

В последующие годы стекловолокно стали использовать в качестве армирующего материала для композитных материалов. Особую роль сыграли синтетические смолы, то есть фенолы, занимающие важную роль в армированных пластмассах из-за их невысокой стоимости и хорошей огнестойкости.

Помимо промышленности стекловолокна, существуют промышленные и экономические проблемы, общие для всей отрасли, и в результате произошло множество изменений. Увеличение затрат на энергию привело к значительному увеличению материальных и трудовых затрат. В то же время, воздействие на окружающую среду непрерывного расширения промышленной деятельности потребовало сокращения выбросов в окружающую среду и уменьшения количества загрязненных сточных вод. Необходимость сокращения этих источников загрязнения связана со значительными инвестициями и, в некоторых случаях, с изменениями в технологии [10].

В 1990-е годы в производстве наблюдался спад, и промышленности пришлось искать пути дальнейшей рационализации. Устаревшие установки и оборудование были утилизированы, а более мелкие производители в индустриальных странах практически исчезли.

Ответом отрасли было повышение эффективности за счет экономии топлива за счет повышения механизации и сокращения занятости, а в последнее время — существенная реструктуризация отрасли во всем мире. В последние несколько лет практически все более мелкие производители в Западной Европе исчезли как независимые единицы и были захвачены производителями-гигантами.

Стекловолокно — обзор

7.1 История

Возможность получения тонкого стекловолокна была известна в древности еще до технологии выдувания стекла. Многие египетские сосуды были сделаны путем наматывания стекловолокна на глиняный ободок подходящей формы.

После появления стекла в I веке до нашей эры эта техника использовалась венецианскими мастерами по стеклу в XVI и XVII веках для украшения посуды. При этом пучки непрозрачных белых волокон наматывались на поверхность прозрачного сосуда, например кубка, а затем сильно нагревались.Подобные декоративные эффекты были достигнуты при производстве очков в Англии [1].

Интерес к использованию стекловолокна в текстильной промышленности появился намного позже. Французский физик Рене-Антуан Ферхо де Реумюр (1683–1757) изготовил в 1713 году ткани, украшенные тонкими стеклянными нитями [2]. Он предвидел, что, если бы можно было вытягивать только стеклянные волокна тонкости, подобной паутине, тогда они были бы достаточно гибкими, чтобы их можно было переплетать. Похоже, он сам вытягивал волокна не из стеклянного стержня, а из ванны расплавленного стекла.

Британские изобретатели провели такой эксперимент в 1822 году. Британский ткач по шелку изготовил стеклоткань в 1842 году, а другой изобретатель Эдвард Либей поместил стекло на выставке 1893 года в Колумбии в Чикаго, выставив сотканное из стекла платье на Колумбийской выставке 1893 года в Чикаго. [3].

В начале 19 века во Франции производили роскошную парчу, переплетая стекловолокно с шелком глубокого цвета. Стекловолокно выглядело как яркий серебряный узор на темном фоне.В 1890-х Эдвард Драммонд Либби из Толедо, штат Огайо, шил платья из ткани, сочетающей шелк и стекловолокно, а также ткани для абажуров и галстуков. В то же время небольшая мастерская в Париже заключалась в том, что в текстиле сочетались шелк или хлопок со стекловолокном и продавались их по 100 франков за метр! Хотя маловероятно, что он вырастет в большой рынок, тем не менее, он продемонстрировал, что стекловолокно можно производить и, возможно, использовать. Впервые метод изготовления стекловолокна с помощью втулки был продемонстрирован в 1908 году У.фон Пачински в Гамбурге. Производство текстильных стекловолокон с использованием техники протягивания волокон через очень мелкие отверстия было разработано в 1930-х годах в Соединенных Штатах и ​​началось в Германии в 1939 году [4].

В начале 1930-х годов компания Owens-Illinois Glass Co. из Ньюарка, штат Огайо, США, значительно улучшила процесс производства стекловолокна [5], что сделало его экономически выгодным. Позже эта компания присоединилась к Corning Glass Works of Corning, Нью-Йорк, которая также работала в этой области, чтобы сформировать специализированную компанию, а именно Owens-Corning Fiberglas Corporation [6,7].Эта корпорация была и остается лидером в области разработки, маркетинга и технологий в этой отрасли. Его влияние распространилось по всему миру на лицензии, предоставленные им за рубежом, или путем создания собственных производственных компаний, иногда совместно с другими. Компании, создававшие производственные мощности, не будучи аффилированными с Owens-Corning, тем не менее, в большинстве случаев по-прежнему использовали свои технологии.

До этого момента волокно, производимое в промышленных масштабах, было прерывистым, то есть стекловолокно.Первым требованием для значительного количества непрерывного волокна было электрическое соединение тонких проводов, используемых при повышенных температурах. Для этого необходимо было изготовить новое стекло, которое соответствовало требуемым электрическим свойствам и одновременно могло быть вытянутым в волокна. Такое стекло и стало называться «Е-стекло», «Е» означает пригодность для электроизоляции [1].

Это стекло стало стандартом для производства непрерывных волокон во всем мире, так как оно хорошо практикуется и может использоваться даже более широко, чем для первоначально предусмотренных электрических применений.Некоторые изменения в составе произошли в течение многих лет, вызванные конкретными проблемами, такими как расстекловывание или кристаллизация компонентов или материалов, растворенных из имеющихся в настоящее время огнеупоров, или, недавно, законодательства против загрязнения воздуха. Кроме того, даже предположительно идентичные составы будут немного отличаться между странами и заводами, поскольку они также зависят от доступности, стоимости и состава сырья. E -стекло теперь следует рассматривать как тип стекла, определяемый его электрическими свойствами, которые, если они выражены в спецификациях, регулируются содержанием в нем щелочи.

В 1935 году появились первые патенты, содержащие термореактивные смолы, которые устанавливались при комнатной температуре, например, полиэфиры. Их, когда они армированы стекловолокном, можно использовать для изготовления профилей и привести к усилению производства пластмасс. Первым важным применением было производство обтекателей для самолетов во время Второй мировой войны.

С тех пор отрасль росла на 10–15% в год. В 1949 году компании Pittsburgh Platinum Glass и Libbey-Owens-Ford приобрели лицензии у Owens-Corning.В 1951 и 1952 годах первые иностранные лицензии получили компании St. Gobain во Франции (ныне Saint-Gobain Vetrotex International) и Pilkington в Великобритании [1].

Рост и развитие технологий и производительности происходили очень быстро, производственные технологии совершенствовались и расширялись. Новыми областями применения стекловолокна были упрочнение термопластов и их использование в автомобилях, строительство больших сосудов (подметальных машин) для использования немагнитных свойств армированных пластиков и сочетание стекла с другими волокнами в точных инженерных приложениях [2 , 7–9].В настоящее время концепция волокнистых армирующих матриц охватывает широкий спектр армирующих материалов (углерод, стекло, арамид, проволока и т. Д.), А также органических и неорганических матриц (цемент, штукатурка). В сложных приложениях типы, количества и структура волокнистого армирования помещаются в матрицы в определенных местах для достижения оптимальных эффектов при минимальном весе и / или стоимости. Разработка и использование армированных полимеров стали новой главой в технологии.

Были и неудачи.Попытки укрепить каучуки и другие эластомеры не увенчались успехом, потому что композиты, армированные стекловолокном, в большинстве случаев были слишком жесткими для успешного применения или, в других случаях, не могли вытеснить другие армирующие материалы в устоявшейся отрасли и на рынке (автомобильные шины) .

В последующие годы стекловолокно стали использовать в качестве армирующего материала для композитных материалов. Особую роль сыграли синтетические смолы, то есть фенолы, занимающие важную роль в армированных пластмассах из-за их невысокой стоимости и хорошей огнестойкости.

Помимо промышленности стекловолокна, существуют промышленные и экономические проблемы, общие для всей отрасли, и в результате произошло множество изменений. Увеличение затрат на энергию привело к значительному увеличению материальных и трудовых затрат. В то же время, воздействие на окружающую среду непрерывного расширения промышленной деятельности потребовало сокращения выбросов в окружающую среду и уменьшения количества загрязненных сточных вод. Необходимость сокращения этих источников загрязнения связана со значительными инвестициями и, в некоторых случаях, с изменениями в технологии [10].

В 1990-е годы в производстве наблюдался спад, и промышленности пришлось искать пути дальнейшей рационализации. Устаревшие установки и оборудование были утилизированы, а более мелкие производители в индустриальных странах практически исчезли.

Ответом отрасли было повышение эффективности за счет экономии топлива за счет повышения механизации и сокращения занятости, а в последнее время — существенная реструктуризация отрасли во всем мире. В последние несколько лет практически все более мелкие производители в Западной Европе исчезли как независимые единицы и были захвачены производителями-гигантами.

Преимущества и недостатки пластиковой трубы, армированной стекловолокном

Пластмасса, армированная стекловолокном (FRP), представляет собой композитный материал, сделанный из стекловолокна и изделий из него (стеклоткань, лента, войлок, пряжа и т. Д.), Армированный синтетической смолой в качестве материала матрицы. . В соответствии с различными волокнами можно разделить на композитные пластмассы, армированные стекловолокном (GFRP), композитные пластмассы, армированные углеродным волокном (CFRP), композитные пластмассы, армированные борными волокнами. Трубы FPR изготавливаются методом намотки постоянной длины, центробежного литья и непрерывной намотки.Стеклопластиковые трубы характеризуются сильной коррозионной стойкостью, гладкой поверхностью, низким энергопотреблением, длительным сроком службы (более 50 лет), удобством транспортировки, низкими затратами на техническое обслуживание и низкими комплексными затратами, широко используются в нефтяной, электроэнергетической, химической промышленность, производство бумаги, городское водоснабжение и водоотведение, очистные сооружения и опреснение морской воды, а также газотранспортная промышленность.

Преимущества пластиковой трубы, армированной стекловолокном

  1. Хорошая коррозионная стойкость.Поскольку основным сырьем для FRP являются ненасыщенные полиэфирные смолы и стекловолокно, которые могут эффективно противостоять коррозии кислот, щелочей, солей и других сред, а также эрозии неочищенных сточных вод, коррозионных почв, химических сточных вод и многих химических жидкостей, он стал основной материал хлорно-щелочной промышленности.

  2. Хорошая стойкость к старению и термостойкость. Стекловолоконная трубка может использоваться в диапазоне температур от -40 ℃ ~ 70 ℃ в течение длительного времени, а армированная смола может даже достигать температуры более 200 ℃.Поглотитель ультрафиолетовых лучей добавляется на внешнюю поверхность трубопровода под открытым небом, чтобы устранить ультрафиолетовое излучение в трубопроводе и замедлить старение трубопровода из стеклопластика. Превосходная коррозионная стойкость FRP означает, что этот материал обладает свойством быть живым и экологически чистым, что делает его естественным материалом для особо чистых товаров, таких как хранение воды высокой чистоты, лекарств, вина, молока и т. Д.

  3. Хорошая защита от замерзания. Трещины от замерзания не возникнут после замерзания в трубке ниже минус 20 ℃.

  4. Легкая и удобная транспортировка. Пластиковая трубка, армированная стекловолокном, отличается не только легкостью, высокой прочностью, прочной пластичностью, удобством транспортировки и установки, но и простотой установки различных патрубков.

  5. Малое сопротивление потоку внутри трубки. Гладкая внутренняя стенка, высокая пропускная способность, небольшая водонепроницаемость, не вызывают окалины и ржавчины. Хорошие дизайнерские способности. Стеклянная стальная трубка может быть спроектирована и изготовлена ​​для различных классов давления и классов жесткости в соответствии с конкретными требованиями пользователя, такими как скорость потока, давление, глубина заглубления и условия нагрузки.

  6. 7. Низкие эксплуатационные расходы. Благодаря своей превосходной коррозионной стойкости, стойкости к истиранию, морозостойкости и устойчивости к загрязнениям трубы из стеклопластика не нуждаются в защите от ржавчины, загрязнения, изоляции, изоляции и других мерах и обслуживании. Заглубленная труба не требует катодной защиты, что позволяет сэкономить более 70% затрат на техническое обслуживание.

  7. Хорошая стойкость к истиранию. Поместите воду, содержащую много грязи и песка, в сравнительный тест на эффект износа при вращении трубы FPR, после 3 миллионов раз глубина износа стенки трубы при вращении выглядит следующим образом: смолистое и эмалевое покрытие стальной трубы составляет 0.53 мм, покрытие стальной трубы эпоксидной смолой и смолой составляет 0,52 мм, обработка поверхности трубы из стеклопластика составляет 0,21.

  8. Хорошая теплоизоляция. Пластмасса, армированная стекловолокном, в качестве непроводящего материала, сопротивление изоляции Ω. 1012 ~ 1015 см, коэффициент теплопередачи составляет 0,23, составляет пять на тысячу из стали, отличные характеристики изоляции трубопроводов, наиболее приспособлены для использования в передаче электроэнергии, зонах концентрации телекоммуникационных линий и других минных полях.

  9. Высокая пропускная способность.Гладкая стеклянная внутренняя стенка стальной трубы обеспечивает очень небольшую шероховатость и сопротивление трению. Коэффициент шероховатости составляет 0,0084, в то время как бетонная труба — 0,014, а чугунная труба — 0,013, поэтому стеклянная труба может значительно снизить потерю давления жидкости, улучшая пропускную способность: дополнительная труба из стеклопластика малого диаметра снижает единовременный ввод стоимость и стоимость прокачки. Кроме того, труба из стеклопластика может сократить время перекачивания.

Недостатки трубы из армированного стекловолокном пластика


  1. Низкий модуль упругости.Модуль упругости FRP в два раза больше, чем у дерева, но в 10 раз меньше, чем у стали (E = 2,1 × 106). Следовательно, он недостаточно жесткий, и его легко деформировать при применении в конструкции. Он может быть выполнен в виде тонкослойной структуры, теплоизоляционной сэндвич-структуры, а также может быть изготовлен из высокомодульного волокна или арматурного стержня.

  2. Плохая длительная термостойкость. FRP нельзя использовать при высоких температурах в течение длительного времени, прочность полиэфирного FRP, очевидно, снижается, когда она превышает 50 ℃, и обычно он используется только при температуре ниже 100 ℃.Прочность эпоксидной смолы FRP, очевидно, снижается выше 60 ℃. Смолы, устойчивые к высоким температурам, делают возможной длительную работу при температуре 200-300 ℃.

  3. Старение. Явление старения — распространенный дефект пластмасс, а также FRP. Его производительность будет снижена из-за ультрафиолета, ветрового дождя и снега, химических сред, механических нагрузок и других факторов.

Мы поставляем и производим высококачественные предварительно изолированные стальные трубы в соответствии со стандартами EN, DIN, ASTM, GB для таких применений, как охлажденная вода, конденсат, бытовая вода, горячее водоснабжение, нефтепродукты и питьевая вода. , в котором указаны условия поставки и спецификации конечного потребителя для промышленного и коммерческого применения.Мы также поставляем изоляционные трубы из стеклопластика, которые обычно состоят из внешнего защитного слоя из стекловолокна, жесткого изоляционного слоя из пенополиуретана и внутренней стальной трубы. Более подробная информация, позвоните нам сегодня!

Преимущества и недостатки фибробетона

14 апреля

Плюсы и минусы

Проблемы, которые беспокоят многих строителей, когда дело касается бетона, — это усадка и растрескивание. Некоторые подрядчики пытаются защитить себя от этих проблем, добавляя волокна в бетон.Стоит ли использовать фибробетон? Вот полезная информация о фибробетоне, а также о преимуществах и недостатках его использования в ваших проектах.

Преимущества и недостатки фибробетона

Преимущества

Как уже говорилось, основным преимуществом фибробетона является уменьшение усадки и растрескивания. Правильный армированный фиброй бетон также может обеспечить ударопрочность, повысить прочность на растяжение и уменьшить пустоты в бетоне.Вот основные преимущества фибробетона:

  • Предотвращает максимальную коррозию строительных конструкций
  • Минимизирует кавитационные повреждения конструкций — судоходных шлюзов, мостов, опор, шлюзов
  • Уменьшает растрескивание и усадку

Недостатки

Недостатком бетона, армированного фиброй, является то, что он может отрицательно повлиять на удобоукладываемость, особенно в случае бетона, армированного стальным волокном.Беспокойство вызывает равномерное распределение волокон по бетону. Также может возникнуть опасность комкования волокон во время смешивания.

Еще один недостаток, о котором следует помнить, заключается в том, что бетон, армированный фиброй, тяжелее, чем бетон, не содержащий фибры. Если вы используете стальную фибру, также существует опасность коррозии. Наконец, бетон, армированный фиброй, обычно дороже обычного бетона, хотя его стоимость может быть компенсирована другими факторами.

Получить бетон, армированный волокном

Насколько прочно волокно добавляет бетону?

При добавлении фибры в бетон цель состоит не в увеличении прочности, а в предотвращении растрескивания из-за усадки при высыхании или пластической усадки.

Хотя волокна, добавленные в бетон, могут придать бетону лучшую ударопрочность и прочность на растяжение, они не обязательно делают бетон более прочным в отношении прочности на изгиб. Стальные волокна могут до некоторой степени увеличивать прочность на изгиб, но другие волокна, как правило, этого не делают — и они могут даже немного ослабить ваш бетон.

Какие типы волокон используются для армирования бетона?

Существует четыре категории волокна, которое может использоваться для армирования бетона, в том числе:

  • Сталь
  • Стекло
  • Синтетика
  • Натуральный

Если вы используете синтетический бетон, армированный фиброй, ваш бетон может состоять из микроволокон или макроволокон.

Микроволокна

разработаны для минимизации растрескивания при пластической усадке. Обычно они сделаны из нейлона, полипропилена, полиэтилена, полиэстера или акрила, хотя можно использовать и другие синтетические волокна. Микроволокна обычно содержатся в бетоне, который используется для подъездов, тротуаров, бордюров, полов в гаражах и подвалах и других местах, где вам нужна прочная поверхность с минимальным растрескиванием из-за пластиковой усадки.

Макроволокна — это более длинные волокна, улучшающие прочность на разрыв, а также пластичность.Их основная функция — предоставить доступную альтернативу армированию арматурой или сварной проволокой. Этот тип армированного фибробетоном можно встретить в смотровых колодцах, септических резервуарах и промышленных полах. Обычно он изготавливается из волокна, которое по своим характеристикам аналогично стали, например из полипропилена.

Позвольте Union Quarries помочь вам с вашими бетонными потребностями

Если вы не уверены, какой тип бетона вам нужен, или ищете поставщика бетона в центральной Пенсильвании, Union Quarries здесь для вас.Имея более чем полувековой опыт работы в качестве ведущего производителя бетона, камня и асфальта в центральной части штата Пенсильвания, мы уверены, что сможем помочь вам выполнить конкретные требования вашего проекта. Чтобы получить бесплатное ценовое предложение, узнать больше о фибробетоне или разместить заказ, обратитесь в Union Quarries сегодня.

A Путеводитель по мостам из полимерных материалов, армированных волокном,

Путеводитель по мостам из полимера, армированного волокном,


Справочная информация о мостах из стеклопластика

Первый пешеходный мост из стеклопластика был построен в Израиле в 1975 году.С того времени, Пешеходные мосты из стеклопластика были построены в Азии, Европе и Северной Америке. Список пешеходных мостов из стеклопластика, построенных в США, включен. в приложении E. Композитные материалы могут образовывать весь мост или его часть, например, настил или колонны башни моста, который использует другие стандартные материалы, такие как дерево или сталь. Технология FRP используется как в дорожных, так и в дорожных мостах. FRP надстройки мостов обычно изготавливаются из винилэфирной или полиэфирной смолы. армированный стекловолокном E.Они спроектированы и изготовлены заранее. собираются и устанавливаются на объекте моста.

Обзор композитов

Самый Обычный и легкодоступный материал FRP называют просто стекловолокном. Стекловолокно — это композит с матрицей из полимерной смолы, которая окружает, покрывает, и армирован стекловолокном (рис. 2). Несмотря на то что одна только смола будет достаточно прочной для некоторых применений, мосты требуют армирующие волокна.Хотя многие волокна могут армировать смолы, низкая стоимость стекловолокна делает это основная арматура, используемая в компонентах мостов из стеклопластика. Волокна из Е-стекла являются хорошими электрическими изоляторами и имеют низкую подверженность повреждениям от влаги и высокие механические сила. Количество волокна в композитах, используемых для структурных применений колеблется от 45 до 75 процентов. Тип смолы определяет коррозионную стойкость, устойчивость к пламени и максимальная рабочая температура, в то же время способствуя значительно с другими характеристиками, в том числе устойчивость к ударам и усталости.


Рисунок 2 — Состав материалов FRP.
— Предоставлено Strongwell

Прочность материалов FRP, в том числе стекловолокно, определяется типом, ориентацией, количеством и расположением армирующих волокон. Армирующие волокна бывают преимущественно продольными, создание элементы, имеющие очень высокую прочность на разрыв. Смола связывает армирующую волокна в матрице и обеспечивает некоторую жесткость. Стекловолокно весит между на одну четверть и одну пятую меньше стали, но имеет такую ​​же прочность.Модуль эластичности Стекловолокно похоже на бетон и примерно в восемь раз меньше стали.

Стекловолокно члены имеют поверхностный слой из полиэфирной ткани и смолы (поверхностная вуаль) для защиты от коррозии, проникновение воды и разложение ультрафиолетом. Стекловолокно выдерживают нагрузки, приложенные к композитному материалу (ударная вязкость, жесткость и напряжение), в то время как матрица смолы служит связующим для распределения нагрузки по все волокна в структуре.

Многие мосты из стеклопластика состоят из формы (трубки). Эти формы обеспечивают лучшее продольное изгибание и скручивание. характеристики, чем открытые формы, такие как W-образные формы или каналы. (фигура 3). Иногда для мостов используют открытые участки, а закрытые. должно быть используется по возможности.


Рисунок 3 — Различные формы (открытые и закрытые) для элементов FRP.
—Вежливость компании Strongwell

Два основных процесса производства композитов бывают пултрузия и экструзия.Композитные изделия из стеклопластика обычно производятся путем пултрузии, в то время как некоторые другие композитные изделия, такие как древесно-пластиковая настил и сайдинг, как правило, производятся методом экструзии. Пултрузия — это производство процесс (рисунок 4) для производства непрерывных отрезков конструкционных профилей из стеклопластика с постоянным поперечные сечения, такие как стержни, балки, швеллеры и пластины.


Рисунок 4-Процесс пултрузии для производства FRP.
— Предоставлено Strongwell

Пултрузия

Сырье, используемое для производства элементов FRP: жидкая смесь смол (содержащая смолу, наполнители и специальные добавки) и гибкие текстильные армирующие волокна. Пултрузия предполагает использование непрерывного тянущее устройство для протягивания этого сырья через нагретую стальную формовочную умри. Армирующие волокна имеют непрерывную форму, например рулоны из стекловолокна. коврики, называемые doffs.Армирующие волокна протягиваются через ванну со смолой. который насыщает (смачивает) волокна раствором, содержащим смолу, наполнители, пигмент, катализатор и любые другие добавки.

Преформер выжимает удаляет излишки смолы и аккуратно формирует материалы до того, как они попадут в матрицу. В пресс-форма, реакция, которая устанавливает смолу, активируется теплом и композит затвердевает (затвердевает). Затвердевшая форма (профиль) протягивается пила, что отрезает его до нужной длины.Горячий материал необходимо охладить перед захватом. за тяговый блок (из прочного пенополиуретана), чтобы предотвратить натяжение блоков от растрескивания или деформации материалов FRP. Для получения более подробной информации на композитах, см. Введение в композиты по композитам Институт общества индустрии пластмасс, Inc. (1998).

Преимущества материалов FRP

преимущества композитов в приложениях для путевых мостов, включая их легкий вес (рис. 5), высокая прочность, устойчивость к коррозии, а также быстрая и простая установка.Эти свойства делают их конкурентоспособными со стандартными материалами мостовидных протезов. в ситуации там, где доступ и строительство представляют трудности. Композитные материалы может быть спроектирован так, чтобы обеспечивать широкий диапазон прочности на растяжение, изгиб, удар и прочность на сжатие. Им можно придать любую форму, а красители могут быть добавленным к позволяют структурам сливаться с большинством ландшафтов. Использование композитов предотвращает чрезмерную вырубку больших деревьев возле участков мостов и устраняет любые потенциальное воздействие на окружающую среду обработанной древесины или оцинкованной стали используется в прибрежных средах.Композиты стоят дешевле нержавеющих или компоненты из высокоуглеродистой легированной стали, которые могут использоваться в агрессивные среды.


Рисунок 5 — Элементы FRP легкие
и может быть поднят вручную.

Недостатки материалов FRP

Одним из недостатков материалов FRP является их относительно высокая стоимость по сравнению с деревом или неокрашенной низкоуглеродистой сталью. Прочие недостатки включают:

  • Необходимость в других пильных полотнах и сверлах, чем те используется с деревом или сталью.
  • Мостовых конструкций контролируется объемом прогиб, а не сила, необходимая для предотвращения разрушения моста (из-за гибкости материалов FRP).
  • Собственные конструкции мостов (а не конструкции, основанные на стандартных спецификациях). Справочная информация о FRP Маршрутные мосты
  • Ограничения на экологические характеристики.
    • На высоком температура снижается прочность материала и прогиб увеличивается.
    • Эти материалы продолжают отклоняться под тяжелые, продолжительные нагрузки (ползучесть).
    • Ударная нагрузка при столкновении может повредить эти материалы.
  • Ограниченный опыт работы с материалами FRP в строительство индустрия дизайна.
  • Отсутствие стандартов и правил проектирования.
  • Отсутствие история выступлений.

Стоимость

Маршрутные мосты из стеклопластика

стоят примерно столько же, сколько эквивалент стальные мосты и почти вдвое больше деревянных.Затраты на отдаленные тропические мосты очень сложно сравнивать потому что затраты на установку могут достигать от 50 до 70 процентов мост Общая стоимость. Затраты на техническое обслуживание композитных мостовидных протезов из стеклопластика могут быть меньше чем расходы на обслуживание деревянных или деревянных мостов. Кроме того, стекловолокно компоненты легко транспортировать и устанавливать, что может экономия затрат по сравнению с транспортировкой и установкой деревянных или стальных компонентов.

материалы для боковой фермы из стекловолокна длиной 30 футов и шириной 3 фута мост (с дизайном загрузка 125 фунтов на квадратный фут) может стоить 117 долларов за квадрат ступня. Материалы для сопоставимого типа моста из клееной балки могут стоит просто 65 долларов за квадратный фут. Самый тяжелый кусок стекловолокна будет весить 80 фунтов стерлингов, в то время как клееные балки для сопоставимого деревянного моста будут весит 1200 фунтов.

(PDF) Выявление и характеристика дефектов в пластмассе, армированном стекловолокном, путем уточнения направленных волн Лэмба

Материалы 2018, 11, 1173 21 из 23

25. Сатьянараян, Л .; Bharath Kumaran, K .; Krishnamurthy, C.V .; Баласубраманиам, К. Обратный метод обнаружения

и определения размеров трещин в шлифах с использованием гибридного генетического алгоритма, основанного на параметризации сигнала

. Теор. Прил. Фрактал. Мех. 2008 г., 49, 185–198, DOI: 10.1016 / j.tafmec.2007.11.004.

26. Tiwari, K.A .; Raisutis, R .; Самайтис, В. Методы обработки сигналов для улучшения отношения сигнал / шум (SNR)

при ультразвуковом неразрушающем контроле лопасти ветряной турбины. Структура процедур. Интегр. 2017, 5, 1184–1191,

doi: 10.1016 / j.prostr.2017.07.036.

27. Abbate, A .; Koay, J .; Frankel, J .; Schroeder, S.C .; Дас П. Обнаружение сигналов и подавление шума с использованием процессора сигналов с вейвлет-преобразованием

: Применение в ультразвуковой дефектоскопии.IEEE Trans. Ультразвуковой.

Ферроэлектр. Freq. Control 1997, 44, 14–26.

28. Shankar, P.M .; Karpur, P .; Newhouse, V.L .; Роуз, Дж. Л. Обработка с разделением спектра: анализ полярности

пороговый алгоритм для улучшения отношения сигнал / шум и обнаруживаемости в ультразвуковых сигналах. IEEE

Пер. Ультразвуковой. Сегнетоэлектр. Freq. Контроль 1989, 36, 101–108.

29. Mallett, R .; Mudge, P .; Gan, T .; Balachandra, W. Анализ кросс-корреляции и вейвлет-шумоподавления для

уменьшения эффектов дисперсии при ультразвуковом контроле на больших расстояниях.Insight 2007, 49, 350–355.

30. Huang, N.E .; Shen, Z .; Лонг, С.Р .; Wu, M.C .; Shih, H.H .; Zheng, Q .; Yen, N .; Tung, C.C .; Лю, Х.Х. Разложение эмпирических мод

и спектр Гильберта для анализа нелинейных и нестационарных временных рядов

. Proc. R. Soc. Лондон. Сер. Математика. Phys. Англ. Sci. 1998, 454, 903–995, DOI: 10.1098 / rspa.1998.0193.

31. Wu, Z .; Хуанг, Н. Разложение по ансамблю эмпирических мод: метод анализа данных с использованием шума.Adv.

Адапт. Data Anal. 2009, 1, 1–41.

32. Tiwari, K.A .; Raisutis, R .; Самайтис В. Метод гибридной обработки сигналов для устранения дефекта

Оценка при ультразвуковом неразрушающем контроле композитных конструкций. Сенсоры 2017, 17, 2858.

33. Ze, Z .; Юэцин Р. Частотно-временной анализ эхо-сигнала при ультразвуковом контроле адгезии на основе кратковременного преобразования Фурье

. В материалах Международной конференции по измерениям 2010 г.

Автоматизация технологий и мехатроники, Чанша, Китай, 13–14 марта 2010 г .; стр.1023–1026.

34. Драгомирецкий, К .; Зоссо, Д. Разложение по вариационным модам. IEEE Trans. Сигнальный процесс. 2014, 62, 531–

544.

35. Alleyne, D .; Cawley, P. Метод двумерного преобразования Фурье для измерения распространяющихся многомодовых сигналов

. J. Acoust. Soc. Являюсь. 1991, 89, 1159–1168.

36. Rodriguez, M.A .; San Emeterio, J.L .; Lazaro, J.C .; Рамос, А. Ультразвуковая дефектоскопия при неразрушающем контроле материалов с высоким уровнем рассеяния

с использованием вейвлетов и обработки с преобразованием Вигнера-Вилля.Ультразвук 2004, 42, 847–851.

37. Ю., Г .; Ван, X. Ультразвуковая обработка сигналов с использованием вейвлет-преобразования для автоматического обнаружения дефектов рельсов.

В материалах Международного форума по менеджменту, образованию и информационным технологиям 2016 г.

Application, Гуанчжоу, Китай, 30–31 января 2016 г .; Kim, Y.H., Ed .; Atlantis Press: Гонконг, Китай,

2016; С. 678–681.

38. Priya, K.D .; Rao, G.S .; Рао, P.S.V.S. Сравнительный анализ методов определения пороговых значений вейвлетов с использованием вейвлет-винеровского фильтра

для сигнала ЭКГ.Процедуры Comput. Sci. 2016, 87, 178–183,

DOI: 10.1016 / j.procs.2016.05.145.

39. Jaffery, Z .; Ахмад, К. Сравнение производительности оценщиков пороговых значений вейвлета для сигнала ЭКГ

Снижение шума. В материалах Международной конференции 2010 г. по достижениям новейших технологий в области связи и вычислений

(ARTCom), Коттаям, Индия, 16–17 октября 2010 г .; С. 248–251.

40. Johnstone, I.M .; Сильверман, Б. Оценщики вейвлет-порога для данных с коррелированным шумом.J. R. Stat.

Soc. Сер. B Стат. Методол. 2002, 59, 319–351.

41. Elfouly, F .; Mahmoud, M .; Dessouky, M .; Деяб, С. Сравнение преобразований вейвлетов Хаара и Добеши

по технологии FPGA. Мировая Акад. Sci. Англ. Technol. 2014, 6, 417–422.

42. Suter, B.W. Обработка вейвлет-сигналов. В многоскоростной и вейвлет-обработке сигналов; Suter, B.W., Ed .; Academic

Press: Кембридж, Массачусетс, США, 1998; Том 8, Глава 5, стр. 167–190.

43.Учебное пособие по вейвлетам: полное руководство для инженера по вейвлет-анализу — Учебное пособие по вейвлетам.

Доступно на сайте: http://users.rowan.edu/%7Epolikar/WAVELETS/WTtutorial.html (по состоянию на 3 марта

2017).

44. Donoho, D.L .; Джонстон И.М. Идеальная пространственная адаптация с помощью вейвлет-сжатия. Biometrika 1994, 81, 425.

45. Su, Z .; Ye, L .; Лу, Ю. Управляемые волны Лэмба для идентификации повреждений в композитных конструкциях: обзор. J.

Sound Vib.2006, 295, 753–780, DOI: 10.1016 / j.jsv.2006.01.020.

46. Берцекас Д.П. Методы умножения: опрос. Automatica 1976, 12, 133–145.

47. Nocedal, J .; Райт, С.Дж. Численная оптимизация, 2-е изд .; Springer: Berlin / Heidelberg, Германия, 2006.

Терагерц и тепловые испытания композитов, армированных стекловолокном, с повреждениями от ударов

Исследования композитов, армированных стекловолокном, в связи с их растущей популярностью и разнообразием промышленных применений, становятся все более актуальными. все более популярное направление неразрушающего контроля.Упомянутые композиты используются, среди прочего, в лопастях ветряных турбин и подвержены разного рода повреждениям. Требования к надежности оборудования вынуждают разрабатывать точные методы контроля их исправности. В этой статье мы представляем исследование композитных образцов с ударными повреждениями, используя три метода: терагерцовый контроль во временной области, активная термография с конвективным возбуждением и активная термография с микроволновым возбуждением. Будут представлены результаты дискретного преобразования Фурье полученных временных последовательностей сигналов, а также некоторая обработка изображений полученных амплитудных и фазовых изображений.Предлагаемые экспериментальные методы в сочетании с гармоническим анализом являются эффективным инструментом обнаружения дефектов и позволяют обнаруживать дефекты в исследуемых образцах. Читателю может быть интересно, что, несмотря на различия в характере применяемых экспериментальных методов, один метод обработки сигналов (гармонический анализ) дал адекватные и сопоставимые результаты в каждом случае.

1. Введение

Полимерные композиционные материалы, благодаря их высокому соотношению прочности к весу и коррозионной стойкости, все более интенсивно используются в различных отраслях промышленности.Одним из наиболее важных применений являются корпуса кораблей и самолетов, системы трубопроводов жидкого топлива и лопасти ветряных турбин. Все указанные конструкции подвержены различным условиям окружающей среды, в том числе механическим воздействиям. Ударные повреждения приводят к расслоению и значительному снижению прочности композитной конструкции, поэтому их обнаружение является важным вопросом. По этой причине повреждения от ударов следует оценивать с использованием соответствующей методики. Ультразвуковой контроль, рентгенография и ширография — распространенные методы неразрушающего контроля композитных материалов [1].Из-за непроводящих и немагнитных свойств большинства полимерных композитов для обнаружения ударных дефектов можно применять терагерцовую технику [2]. Авторы [3] используют временную синхронизацию и оценку пикового значения для обнаружения отслоений, вызванных ударами. В случае наших образцов реакция дефекта слишком слабая, чтобы использовать этот метод. Однако гармонический анализ оказался более чувствительным и позволил обнаружить мельчайшие отслоения. Также в [3] частотно-зависимый гармонический анализ был успешно применен для оценки сэндвич-панелей из кевлара / номекса.В [4] аналогичная схема обработки с теми же результатами используется для измерений передачи. В этой статье будет представлена ​​некоторая основная информация о системе проверки во временной области ТГц диапазона. Затем будет проведен гармонический анализ ТГц сигнала с использованием результатов контроля отражающей способности композитов, армированных стекловолокном.

Во второй части статьи будут представлены основы активной термографии с возбуждением конвекционным нагревом и с возбуждением микроволновым излучением.Импульсно-фазовая термография с дискретным преобразованием Фурье последовательностей термограмм [5] будет применяться для исследования образцов армированных стекловолокном композитов. Также будет показана некоторая обработка полученных амплитудных изображений и фазограмм.

2. Исследованные композитные материалы

Образцы, использованные в наших экспериментах, представлены на рисунке 1. Существует пять типов материалов, армированных стекловолокном. Образец S1 представляет собой коммерчески доступный материал, который состоит из 26 слоев стеклоткани с правильно ориентированными волокнами.Остальные образцы представляют собой специализированные материалы, разработанные и изготовленные в основном для представленных испытаний. Во всех образцах использовалась полиэфирная смола Polimal 109-32 K. Образец S2 состоит из 26 слоев стеклоткани с ровницей плотностью 170 г / м 2 и ориентационной установки [0∘ / 90∘] 13. Образец S3 состоит из 10 слоев стеклоткани с ровницей плотностью 430 г / м 2 и ориентационной установки [0∘ / 90∘] 5. Образец S4 состоит из 6 слоев стекломата Vetrotex Unifilo 4750-138 плотностью 450 г / м 2 .Армирование образца S5 такое же, как и в случае S4, но смола была легирована синтетическим каучуком Hypro VTBNX 1300×33. Все композиты были изготовлены методом ручной укладки. После отверждения полимерной матрицы из полимерных пластин вырезали. Толщина образцов в каждом случае составляла 5 мм. Воздействие энергии 16 Дж производилось ударником сферической формы массой 2 г.

3. Терагерцовая проверка во временной области

Импульсная терагерцовая система неразрушающего контроля на основе спектроскопа Tray-4000 компании Picometrix и ее упрощенная схема представлена ​​на рисунке 2.Основными компонентами системы являются пара фотопроводящих и оптоволоконных преобразователей (передатчик и приемник), сверхбыстрый лазер и линия оптической задержки.

Головки передатчика и приемника на основе фотопроводящей антенны (PCA) работают в режиме отражения (как показано на рисунке 2). Ультракороткий ТГц импульс, генерируемый передающим PCA, фокусируется на поверхности оцениваемого материала, отражается и улавливается принимающим PCA. На основе полученных сигналов можно получить информацию о внутренней структуре оцениваемого объекта (аналогично ультразвуковому контролю).Можно обнаружить любой дефект, который нарушает распределение показателя преломления, например включения, расслоение, пустоты, неоднородности материала (распределение волокна / матрицы) и внутренние границы раздела слоев (в слоистых структурах). Основными преимуществами, связанными с терагерцовым методом, являются (i) бесконтактное измерение при отражении и передаче, (ii) неионизирующий характер, (iii) возможность получения внутренней структуры и спектральной информации, (iv) разрешение в долях миллиметра.

Основными недостатками терагерцовой техники являются (i) малая мощность терагерцовых излучателей, (ii) низкая скорость исследования (необходимость растрового сканирования), (iii) ограничение на непроводящие материалы (из-за высокой частоты и скин-эффекта).

4. Режим и результаты эксперимента во временной области терагерцового диапазона

Образцы, поврежденные ударом, были исследованы с использованием импульсной техники терагерцового диапазона в расположении отражения, как показано на рисунке 2. Примерные результаты проверки (сигналы B-сканирования) представлены на рисунках 3 (a ) –7 (а) (для всех образцов S1 – S5). Для каждой точки измерения (, 𝑦) была получена форма сигнала отклика во временной области, состоящая из 1792 отсчетов. Шаг по времени дискретизации 𝑡0 был равен 78,1 фс, таким образом, результирующий диапазон выдержки времени для всех измерений составил 140 пс.Из-за характера возбуждения ответ также состоит из импульсов. Два основных импульса соответствуют отражениям от передней (FSR) и задней (BSR) поверхности. На представленных B-сканах можно наблюдать FSR вблизи = 500 и BSR в районе = 1250. Любой дополнительный импульс вызван отражениями внутренней структуры. В случае слоистых материалов (образцы S1, S2 и S3) из-за заметной разницы показателей преломления смолы и ткани в терагерцовой области границы раздела между слоями четко видны непосредственно в B-сканировании.Место, где материал поверхности подвергался механическому воздействию, может деформироваться при ударе. Эта деформация поверхности действует как линза и вызывает локальное увеличение амплитуды FSR. Этот эффект особенно заметен на образцах S4 и S5. Влияние удара хорошо видно, когда различима внутренняя структура (слои). В B-сканировании образцов S1 и S3 изменение положения внутренних слоев и BSR можно увидеть напрямую. В случае других материалов такого визуального анализа измеренных сигналов недостаточно.

Предлагаем гармонический анализ сигналов терагерцового диапазона для получения информации о положении ударных повреждений. Перед этим все измеренные сигналы подвергались медианной фильтрации во временной области и обрабатывались преобразованием Фурье. Частотные характеристики поврежденных и здоровых материалов представлены и сравниваются на рисунках 3 (б) –7 (б) (для всех образцов S1 – S5). Наибольшая разница между поврежденными и здоровыми участками находится в диапазоне 0,3–0,9 ТГц. В основном они связаны с изменениями поверхности материала, близкими к передней, и могут использоваться для локализации повреждений поверхности.Более низкие частоты позволяют оценить положение и форму дефекта, вызванного ударом, вблизи задней поверхности оцениваемого материала. Пространственные распределения амплитуды и фазы измеренной формы волны в случае более низких частот показаны на рисунках 3 (c) –7 (c) и 3 (d) –7 (d). Во всех случаях возможна локализация дефекта на основе полученных распределений.

В случае частот выше 0,9 ТГц из-за очень низкого отношения сигнал / шум сигнал не содержит применимой информации о дефекте (рисунки 4, 5 и 6).

5. Активная термография с конвекцией и микроволновым возбуждением

Композитные образцы с ударными повреждениями исследовали с помощью активной инфракрасной термографии. В качестве возбуждения мы предлагаем два источника энергии: конвективный тепловой поток от стальной пластины с индукционным нагревом (контактный метод) и микроволновый нагрев (бесконтактный метод). При конвективном нагреве образец композита помещается на стальную пластину с индукционным нагревом (рис. 8 (а)). Свободный поток тепла через исследуемый образец затем можно наблюдать с помощью тепловизионной камеры.Дефекты выявляются как (в зависимости от типа повреждения) недогретые или перегретые участки. Основным недостатком этого метода является требование, чтобы образец находился в контакте с нагретой стальной пластиной, что может создать проблемы для практического применения.

Активная термография с микроволновым возбуждением — бесконтактный метод. В этой методике исследуемый образец нагревается микроволнами высокой мощности (500 Вт, работающая на частоте 2,45 ГГц). Фаза нагрева наблюдается с помощью правильно закрепленной тепловизионной камеры.Схематический чертеж метода показан на рисунке 8 (b), тогда как на рисунке 9 показана разработанная лабораторная установка.


Поскольку в обоих методах можно наблюдать фазу нагрева, можно применить импульсную фазовую термографию (PPT). Этот метод сочетает экспериментальную процедуру, используемую в импульсной термографии (ПТ), с анализом сигналов, используемым в модулированной термографии (МТ) [6]. Регистрируется последовательность термограмм при воздействии теплового импульса на исследуемый образец.

Анализ полученной последовательности основан на дискретном преобразовании Фурье (ДПФ), которое позволяет оценивать выходной сигнал как комбинацию фазы и амплитуды.Схема процедуры представлена ​​на рисунке 10.


Известное преобразование Фурье каждого пикселя в последовательности термограммы можно записать следующим образом [7]: 𝐹𝑛 = 𝑁 − 1𝑘 = 0𝑇 (𝑘) 𝑒 − 𝑗2𝜋𝑖𝑛𝑘 / 𝑁 = Re𝑛 + Im𝑛, (1) где 𝑛 обозначает приращение частоты, а Re и Im указывают действительную и мнимую части преобразования. Амплитуда (𝐴𝑛) и фаза (𝜙𝑛) вычисляются по следующим формулам: 𝐴𝑛 = Re2𝑛 + Im2𝑛, Φ𝑛 = arctanIm𝑛Re𝑛. (2) И амплитудные изображения, и фазограммы использовались для получения надежных результатов оценки образцов.

5.1. Активная термография с режимом и результатами эксперимента с конвекционным нагревом

В случае конвекционного нагрева все пять образцов были протестированы с использованием одинакового времени нагрева и частоты регистрации. Время наблюдения было установлено равным 55 секундам, а частота регистрации — 9 Гц, что позволило получить 495 термограмм в одной последовательности. Для каждого образца использовалась одна и та же процедура обработки сигнала: выполнялось ДПФ последовательности термограмм, затем обрабатывались выбранные амплитудные изображения и фазограммы с использованием фильтра медианы или стандартного отклонения для усиления контраста между фоном и дефектом.

Результаты (выбранные фазеограммы и обработка выбранных амплитудных изображений и фазограмм) показаны на рисунках 11–20.

Можно заметить, что наилучшие результаты для фазовых изображений образцов S2 – S5 (рисунки 13 (а), 15 (а), 17 (а) и 19 (а)) получены для частоты 0,018 Гц, которая была одновременно самая низкая доступная частота в этих экспериментах. В случае образца S1 фазограмма для частоты 0,036 Гц наиболее отчетливо представляет все дефекты (рисунок 11 (б)).Фильтрация по медиане (для удаления неравномерности нагрева) и стандартному отклонению (для улучшения дефектов) изображения амплитуды сигнала дает в каждом случае информацию о местонахождении и размере дефекта.

5.2. Активная термография с режимом и результатами эксперимента с микроволновым нагревом

Инфракрасная термография с использованием микроволнового излучения является относительно новым методом неразрушающего контроля. Использование микроволн в качестве источника энергии дает возможность объемного нагрева материала, что может значительно ускорить процесс нагрева.Причем этот метод бесконтактный. К сожалению, микроволны высокой мощности, необходимые для получения видимой разницы температур между дефектом и фоном, могут вызвать повреждение тепловизионной камеры. Следовательно, в этом случае необходим дополнительный защитный кожух. Специальная металлическая сетка, используемая в качестве защиты объектива камеры, увеличивает уровень шума на получаемых термограммах. В этом случае обработка изображений последовательности термограмм требует больших затрат времени и усилий.

В случае микроволнового нагрева время наблюдения было установлено на 100 секунд, а частота регистрации — на 15 Гц, что позволило получить 1500 термограмм в одной последовательности.После процедуры DFT выбранные амплитудные изображения были улучшены с использованием процедуры, основанной на многократной фильтрации. Полученные результаты (только для образцов с S2 по S5) многообещающие (рисунки 14–17), но очевидно, что для получения более точного результата необходимы дальнейшие исследования. Нагревание образца S1 и анализ последовательности полученных термограмм с использованием DFT не позволили обнаружить повреждения, поэтому он был опущен при представлении полученных изображений (рисунки 21–24).

Обработка имеющихся изображений амплитуды была основана на медианной фильтрации и повышении контраста.Полученные результаты дают приблизительное местонахождение дефекта, но информация о размере дефекта не содержится в полученных изображениях.

Из-за высокого уровня шума на выходных термограммах исследования по совершенствованию методологии измерения должны быть продолжены. При этом учитывается время продления нагрева для увеличения температурного контраста между фоном и дефектом, а также последовательность приращения частоты записи термограмм.

6. Выводы

Оба применяемых метода исследования композитов, армированных стекловолокном, позволяют обнаруживать ударные дефекты.Метод импульсного ТГц предлагает очень широкие и уникальные (по сравнению с другими распространенными методами) возможности контроля: высокое разрешение, отсутствие необходимости в использовании какой-либо дополнительной среды связи, доступность спектроскопической информации и, наконец, также предоставляется информация о глубине дефекта. Простой гармонический анализ является достаточным инструментом для обнаружения повреждений, вызванных механическими ударами, в случае различных материалов.

Активная инфракрасная термография — это быстрый (иногда позволяет контролировать конструкции в реальном времени) и дающий ощутимые результаты метод.Возбуждение конвекции позволяет получить информацию о местонахождении и размере дефекта. Гармонический анализ последовательностей полученных термограмм для образцов S1 – S5 (представляющих различные типы композиционных материалов, которые могут встречаться на практике) оказался достаточным для получения достоверных результатов. В каждом случае хорошо виден сам дефект, кроме того, дополнительный анализ с использованием стандартной девайшн-фильтрации позволил визуализировать расслоение, возникшее в непосредственной близости от повреждения.Однако применение этого метода на практике из-за того, что он требует контакта с источником тепла, иногда может быть затруднено. С другой стороны, микроволновое возбуждение — бесконтактный метод. Однако это требует дополнительной защиты тепловизионной камеры, что приводит к значительному увеличению уровня шума получаемых термограмм. Следовательно, обработка изображений последовательности полученных термограмм значительно усложняется. Гармонический анализ в данном случае был связан с дополнительной обработкой сигнала с удалением тренда на основе медианной фильтрации.Тем не менее, полученные результаты позволяют лишь приблизительно определить локализацию дефекта. Однако дальнейшее развитие активной инфракрасной термографии с использованием метода микроволнового возбуждения является весьма оправданным из-за простоты ее промышленного применения, высокой скорости и возможности одновременного исследования больших поверхностей материалов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *