Файл: Композиционные строительные материалы различного назначения, сырье и технология их производства.docx
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 68
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство науки и высшего образования РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Уфимский государственный нефтяной технический университет»
Архитектурно-строительный институт
Кафедра «Прикладные и естественнонаучные дисциплины»
Реферат на тему
«Композиционные строительные материалы различного назначения, сырье
и технология их производства»
по дисциплине
«Современные проблемы развития науки, техники и технологии»
Выполнил: __________________ ст. гр. ______________ Г.И. Кадырова
Подпись, дата
Проверил: _________________ канд. техн. наук, доцент А.Р. Маскова
Подпись, дата
Уфа
2022
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА I «Общие сведения о строительных композиционных материалах»
1.1 История открытия и создания композиционных материалов 5
1.2 Характеристика и отличительные особенности композиционных
материалов 5
ГЛАВА II «Основные виды композиционных материалов,
сырье, физико-химические свойства, технология их производства,
применение в строительстве»
2.1 Железобетон, полимербетон, древесно-цементные
композиционные материалы (арболит, королит, фибролит, ксилолит,
цементно-стружечные плиты) 8
2.2 Древесно-полимерные композиционные материалы:
древесно-стружечные плиты (ДСП), древесноволокнистые
плиты (MDF-панели), древесно-слоистые панели
(ОSВ – ориентированно-стружечные плиты), LVL (ЛВЛ)-брус 13
2.3 Стеклопластики 19
заключение 21
список использованных источников 22
введение
Эпохи человеческой истории ознаменуются состоянием науки, мысли и культуры человеческого сознания. И каждая веха исторического развития находит свое яркое отражение в архитектуре и строительстве. Испокон веков люди использовали традиционные строительные материалы, затем в ходе наблюдений и экспериментов создавали примитивные органические композиционные материалы. XXI век можно с уверенностью назвать временем химической революции, и, как следствие, прорыва в индустрии строительных конструкций, ведь именно с появлением современных композиционных материалов мы имеем небывалое разнообразие проектных решений – начиная от быстровозводимых бесфундаментных каркасных домов и заканчивая сверхвысокими небоскребами, при строительстве которых используется более 50% композитных материалов.
Потребность в создании и использовании композиционных материалов помимо чисто научного интереса диктуется также экономической подоплекой. Не секрет, что производство строительных материалов – одна из ресурсоемких отраслей экономики. Высокая ресурсоемкость сдерживает развитие не только строительной отрасли, но и модернизацию ЖКХ, а значит и благополучие населения страны, потому что окупаемость любого строительного проекта по экономическим расчетам ложится на конечного потребителя. Первоочередная задача улучшения благосостояния жителей любой страны состоит в создании условий доступности жилья. В этом можно проследить логику поиска путей удешевления строительных проектов с одновременным улучшением физико-химических характеристик возводимых зданий, отвечающих нормам безопасности жизни и здоровья людей. Здесь мы наблюдаем синергию науки и экономики, материальным воплощением которой и является создание и использование современных композиционных материалов.
Цель работы состоит в изучении представленного в научной литературе материала по современным композиционным материалам (далее - КМ), применяемым в строительстве. Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи: рассмотреть общие сведения о строительных КМ, такие как состав, структура и классификация, рассмотреть виды КМ, основные классы КМ, сырье, способы получения и основные области применения.
ГЛАВА I «Общие сведения о строительных композиционных материалах»
1.1 История открытия и создания композиционных материалов
История создания искусственных композиционных материалов восходит к истокам цивилизации, когда человек начал сознательно конструировать новые материалы. Что же такое композит? Композит – объемное монолитное искусственное сочетание разнородных по форме и свойствам двух и более материалов (компонентов) с четкой границей раздела, использующее преимущества каждого из компонентов, проявляющее только положительные новые свойства и уничтожающее полностью или частично их недостатки. В древние времена состав композитов был прост, равно как и сырье, из которого оно изготавливалось, технология производства композитов также не отличалась сложностью. Например, в 1500 году до нашей эры, в Египте и Месопотамии начали использовать глину и солому для строения зданий, придавая строению повышенную прочность. Также в Египте и Месопотамии строили речные суда из тростника, пропитанного битумом (прототип современных стеклопластиковых лодок и тральщиков). Изготовление мумий в Египте можно считать первым примером использования метода ленточной намотки (мумии обматывались лентой из ткани, пропитанной смолой). Прослеживается определённая аналогия между мумификацией умерших с последующей обмоткой тела в виде кокона из полос ткани и современными технологиями обмотки корпусов ракет.
Следующая веха – это 1200 год нашей эры. Постарались монголы: они создали первый композиционный лук из таких материалов, как древесина, кость и животный клей. Монгольский лук делали обычно из нескольких слоев древесины (в основном это была береза), которые склеивали с помощью животного клея. Роговые накладки помещали на внутренней стороне лука, закрепляя жилами.
1.2 Характеристика и отличительные особенности
композиционных материалов
В первом параграфе определено, что композиты - это искусственно созданные неоднородные сплошные материалы, состоящие из двух и более компонентов пластичной основы, армированные наполнителями с различными физическими и химическими свойствами. Композитный материал состоит из матрицы и армирующего вещества (наполнителя). Материал матрицы окружает и фиксирует армирующий материал, придает изделию форму, обеспечивает монолитность материала, передачу и распределение напряжений в наполнителе и определяет такие характеристики, как огнестойкость, химическую стойкость, а также теплопроводность и влагопроницаемость. Армирующее вещество передает свои механические и физические свойства изделию, таким образом усиливает свойства матрицы, а также воспринимает большую часть нагрузки, приходящейся на композитный материал.
Выделяют различные классификации композитных строительных материалов:
- по назначению: конструкционные (для изготовления строительных конструкций: несущих, ограждающих, технологических емкостей); отделочные (для улучшения архитектурной выразительности, реставрации или ремонта строительных объектов); тепло-, гидро-, электроизоляционные (для изоляции ограждающих конструкций, зданий, сооружений);
- по природе материала матрицы: металлические, керамические, полимерные, древесные, жидкокристаллические, другие неорганические;
- по структуре композита: каркасная (псевдосплавы, полученные методом пропитки); матричная (дисперсно-упрочненные и волокнистые композиты); слоистая (композиты, составленные из чередующихся слоев материалов различной природы или состава); комбинированная.
Технические характеристики композитных материалов определяются соотношением свойств матрицы и армирующих элементов, а также прочностью связей между ними. Кроме этого технические характеристики композитных материалов зависят от правильного выбора исходных компонентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик. В результате соединения армирующих элементов и матрицы образуется комплекс свойств композита, не только отражающий исходные характеристики его компонентов, но и включающий свойства, которыми по отдельности данные компоненты не обладают. В частности, наличие границ раздела между армирующими элементами и матрицей существенно повышает трещиностойкость материала, и в композитах, в отличие от металлов, повышение статической прочности приводит не к снижению, а, как правило, к повышению характеристик вязкости разрушения.
Характерными признаками композитных материалов является:
– не встречаются в природе, поскольку созданы человеком;
– состоят из двух или более компонентов, различающихся по своему химическому составу и разделённых выраженной границей;
– имеют новые свойства, отличающиеся от свойств составляющих их компонентов;
– неоднородны в микромасштабе и однородны в макромасштабе;
– состав, форма и распределение компонентов «запроектированы» заранее;
– свойства определяются каждым из компонентов, которые в связи с этим должны быть в материале в достаточно больших количествах (больше некоторого критического содержания).
Можно выделить следующие преимущества композитных материалов перед «традиционными» строительными материалами:
- высокая прочность (композитные материалы имеют высокую прочность на растяжение и сжатие, а также высокую ударную прочность, высокую прочность на срез и на разрыв, и по своей прочности они в большинстве случаях превосходят такие материалы, как сталь и бетон);
- малый удельный вес по сравнению с «традиционными» материалами (сталь, бетон), низкая газопроницаемость и паропроницаемость;
- практически не подвержены воздействию окружающей среды (атмосферные осадки, влажность, перепады температур и т. д.);
- высокая износостойкость и долговечность (срок эксплуатации композитных материалов может составлять более 50 лет);
- не подвержены коррозии, гниению, воздействию грибков и плесни, а также насекомых;
- стойки к воздействию различных химических реагентов и веществ;
- пожаробезопасность (композитные материалы способны выдерживать температуры до +1200°С; большинство композитных материалов являются не горючими).
Между тем, у композитных материалов есть свои недостатки:
- высокая себестоимость производства из-за высокой наукоемкости и технологичности и как следствие высокая конечная стоимость;
- низкая ремонтопригодность (для некоторых типов);
- анизотропия свойств (для некоторых типов) – зависимость свойств вещества или материала от направления.
ГЛАВА II «Основные виды композиционных материалов, сырье, физикохимические свойства, технология их производства, и применение в строительстве»
2.1 Железобетон, полимербетон, древесно-цементные композиционные материалы (арболит, королит, фибролит, ксилолит, цементно-стружечные плиты)
Железобетон – соединение железа (стали) и бетона (в состав бетонной смеси входят: вяжущее вещество, вода, заполнители и специальные добавки). Бетон долговечен, огнестойкий, его плотность, прочность и другие характеристики изменяются в широких пределах, и можно получать материал с любыми заданными свойствами. Недостатком бетона является его низкая прочность на растяжение. Она в 10-15 раз ниже прочности на сжатие. Этот недостаток устраняется в железобетоне, в котором растягивающие напряжения воспринимает арматура. Сталь – хорошо сопротивляется и сжатию, и растяжению. Бетон благодаря своей плотности и водонепроницаемости защищает сталь от коррозии. Бетон, как сравнительно плохой проводник теплоты, защищает сталь от быстрого нагрева при пожарах. Стальные конструкции при пожаре быстро нагреваются, сталь размягчается, и вся конструкция начинает деформироваться даже под собственным весом. В железобетонных конструкциях стальная арматура защищена от огня слоем бетона. Из железобетона осуществляется массовое строительство жилых зданий (фундаменты и перекрытия), промышленных зданий и инженерных сооружений.
Полимербетон (П-бетон) – это бетон, при приготовлении которого в качестве армирующего используются полимерные смолы. Заполнителями служат обычно песок и щебень, тонкомолотый минеральный наполнитель с размером частиц не более 0,15 мм. Содержание наполнителей и заполнителей в полимербетонах высоко (94-95 %), что позволяет уменьшить расход связующего, стоимость которого в основном и определяет стоимость полимербетона. Бетонное или железобетонное изделие высушивают, вакуумируют в камере и пропитывают легкоподвижным мономером, который полимеризуется в порах бетона. В результате пропитки бетон становится водонепроницаемым и коррозионно-стойким. Возрастает его прочность. Из бетона прочностью 30-50 МПа получают П-бетоны с прочностью при сжатии 120-300 МПа, при растяжении – 12-20 МПа. При этом в 3-4 раза возрастает сопротивление истиранию, в 2 раза – предельная растяжимость, в 1,5 раза – модуль упругости. Морозостойкость возрастает до 7000 циклов. Пропитка удорожает бетон, но снижает материалоёмкость и повышает долговечность конструкций, особенно в агрессивной среде. К недостаткам этого материала можно отнести низкие термостойкость и горючесть. П-бетоны применяют для изготовления конструкций, работающих в условиях сильноагрессивных сред (химические предприятия, химически стойкие полы, лотки, сточные каналы, травильные ванны, сливные колодцы, химически стойкие трубы) или находящихся под воздействием электрических токов (траверсы ЛЭП, контактных опор и подобных конструкций с высоким электросопротивлением). Возможно изготовление из полимербетонов износостойких покрытий плотин, шахтных стволов, кольцевых коллекторов подземных сооружений, емкостей для хранения агрессивных жидкостей, тюбинги для крепи подземных выработок, шпалы, электролизные ванны и эстакады под них, плиты для полов животноводческих ферм, предприятий полиграфической промышленности, башмаки фундаментов, коллекторные кольца, дренажные и водные трубы.