Click here to load reader

Consolidare Cu Materiale Compozite

  • View
    492

  • Download
    29

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Consolidare cu materiale compozite

Text of Consolidare Cu Materiale Compozite

  • UNIVERSITATEA TEHNIC DE CONSTRUCII BUCURETIing. Bogdan BAHNARIU

    SISTEME DE CONSOLIDARE A CONSTRUCIILORCU MATERIALE COMPOZITE

    Conducator tiinificProf. Univ. Ing. Mircea IEREMIADr.

    REZUMAT TEZA DE DOCTORAT

  • Sistemedeconsolidareaconstruciilorcumaterialecompozite \zA Uzwt Ut{t|

    Rezumat pg. 2

    Aceast lucrare abordeaz un domeniu de cercetare de interes major, de mare actualitate n contextul actual, n care se pune un accent tot mai mare pe protecia mediului nconjurator, economia de resurse materiale i umane prin dezvoltarea i crearea unor noi tehnologii de fabricaie i execuie, care s fie folosite att n cadrul noilor construcii inginereti ct i la reabilitarea i reconsolidarea structurilor existente.

    Necesitatea elaborrii unor materiale noi i a unor tehnologii neconvenionale a fost determinat nu numai de motive economice i sociale, dar i de faptul c n condiiile dezvoltrii exponeniale a produciei, a aprut o criz foarte puternic de surse de materii prime i energetice, odat cu creterea agresiunii oamenilor fa de mediul nconjurtor.

    Prezenta tez de doctorat, intitulat ,,Sisteme de consolidare a construciilor cu materiale compozite, este structurat n 12 capitole, care au acoperit un numar de aproximativ 300 pagini de studii i cercetri despre materiale compozite, fiind detaliate soluiile de consolidare a structurilor folosindu-se compozite polimerice armate cu fibre.

    Materialele compozite reprezint un teritoriu fascinant, fiind primele materiale a cror dispunere structural intern a putut fi controlat nc din faza de proiectarea, att prin conceperea modului de nlnuire molecular, ct i prin direcii prefereniale, conferindu-le n acest fel rezistene favorabile, net superioare celor ale componentelor lor.

    n capitolul 1 intitulat ,,Introducereau fost prezentate principalele obiective ale tezei de doctorat, prin descrierea succint a studiilor tratate n fiecare capitol ce a urmat.

    n capitolul 2 intitulat ,,Dezvoltarea materialelor compozite n domeniul ingineriei civile se prezint importana lucrrilor de reparaie, consolidare i adaptare seismic a cldirilor existente, prin definirea i clasificarea materialele compozite.

    Necesitatea lucrrilor de consolidare a construciilor existente ia o amploare foarte mare odat cu trecerea anilor, mobiliznd resurse umane i materiale comparabile cu cele folosite la investiiile noi. Apariia n timp a degradrilor ca urmare a mbtrnirii materialelor, fenomenelor de oboseal, curgerea lent, dar i a efectelor unor aciuni extraordinare (aciunea seismului, aciunea focului sau exploziilor), precum i agresivitatea mediului au condus la numeroase cazuri de avarii n construcii, pagube materiale i de multe ori chiar i umane.

    Consolidrile elementelor structurii pot pstra aceeai schem structural, sporind seciunile elementelor prin adaos de beton i armtur, bare metalice sau materiale compozite sau pot fi executate prin introducerea unor elemente noi ce descarc parial structura iniial.

    Astfel, printre principalele cauze care impun consolidarea construciilor din beton armat se pot enumera urmatoarele:

    remedierea unor deteriorri (avarieri) ale structurii ca urmare a execuiei defectuase, a greelilor de proiectare;

    exploatarea necorespunztoare; efectele dezastruoase a unor vnturi puternice, inundaii, explozii; sporirea capacitii de rezisten a construciei impus de schimbarea destinaiei

    respectivei construcii; procesele tehnologice cu agresivitate chimic ridicat (ce se manifest prin coroziunea

    armturii); degradarea terenurilor de fundare; upgradare seismic.

  • Sistemedeconsolidareaconstruciilorcumaterialecompozite \zA Uzwt Ut{t|

    Rezumat pg. 3

    n figura r.1 se pot observa efectele dezastruoase ale unor construcii ce nu au fost consolidate i unde cerinele din proiect nu au fost respectate.

    Datorit progresului obinut n ceea ce privete fabricarea materialelor compozite,

    precum i multor dezavantaje pe care le prezint soluiile tradiionale de reabilitare structural, n prezent utilizarea compozitelor cu matrice polimeric (CMP) este tot mai des ntlnit n cadrul lucrrilor de consolidare a structurilor inginereti.

    Prin definiie, conceptul de compozit este atribuit unui sistem complex, alctuit din mai multe materiale de natur diferit. n aceast categorie intr o clas foarte vast de produi. Acest lucru este determinat de faptul c posibilitile de modificare a constituenilor de baz, a tehnicilor de asamblare i de fabricare, a nivelului de performan i a costului sunt practic infinite.

    O definiie de uz general ar fi c un material compozit este alctuit din mai multe componente cu proprieti fizice i chimice diferite, materialul astfel obinut avnd proprieti superioare i mbuntite fa de cele ale materialelor individuale din componena sa.

    O clasificare foarte importanta a materialelor compozite se face n funcie de modul de orientare al fibrelor, materialele compozite fiind grupate n trei categorii:

    a. materiale compozite durificate cu fibre; b. materiale compozite durificate cu particule (disperse); c. materiale compozite obinute prin laminare (stratificate).

    Figura r.1 Exemple de structuri avariate

  • Sistemedeconsolidareaconstruciilorcumaterialecompozite \zA Uzwt Ut{t|

    Rezumat pg. 4

    a. materiale compozite armate cu fibre

    n figura r.2 sunt prezentate diferite moduri de orientare a acestor fibre n interiorul matricei. Se obin astfel materiale compozite cu caracteristici foarte bune de rezisten, rigiditate i raport ,,rezisten densitate.

    Comportamentul mecanic al unui asemenea compozit depinde de: - proprietile fiecrui component; - proporia dintre componeni; - forma i orientarea fibrelor n raport cu direcia de solicitare; - rezistena mecanic a interfeei matrice - fibr.

    b. materiale compozite durificate cu particule (disperse)

    b.1. materiale compozite durificate prin dispersie

    n cazul acestor compozite, particulele de dimensiuni foarte mici (100 2500 ) (1 ngstrm = 10-7 mm ), blocheaz deplasarea dislocaiilor. Astfel, dei sunt necesare cantiti mici de material dispers, efectul de durificare este foarte mare.

    Faza dispersat este, de regul, un oxid stabil dur (Al2O3 alumina, ThO2 torianit, ZrO2 dioxid de zirconiu, BeO oxid de beriliu, etc.). Aceast faz trebuie s aib o anumit dimensiune, form, cantitate i distribuie pentru obinerea celor mai bune proprieti pentru materialul compozit. Totodat particulele dispersate trebuie s aib solubilitate sczut n materialul matricei i s nu apar reacii chimice ntre particule i matrice.

    b.2. materiale compozite armate cu macroparticule Armarea acestor compozite se face cu particule mari, care nu mai au rol de blocare a

    deplasrii dislocaiilor. n funcie de proporia dintre cantitile de macroparticule i cea de liant se obin combinaii neobinuite de proprieti.

    Carburile metalice pot fi privite ca fiind astfel de materiale compozite, carbura de wolfram (CW) este nglobat ntr-o mas de cobalt, sculele achietoare rezultate avnd combinate avantajele date de duritatea i rezistena la creterea temperaturii de achiere a CW i cele date de rezistena bun la impact a cobaltului.

    Pietrele abrazive formate din macroparticule de carbur de siliciu (SiC), nitrur de bor sau diamant, nglobate ntr-o matrice de sticl sau polimeri, pot fi considerate tot materiale compozite armate cu macroparticule.

    Fig r.2 Materiale compozite armate cu fibre

    fibre + matri Material compozit =

  • Sistemedeconsolidareaconstruciilorcumaterialecompozite \zA Uzwt Ut{t|

    Rezumat pg. 5

    Un alt exemplu, l constituie materialul utilizat pentru contactele electrice, care este format din particule de wolfram nglobat ntr-o matrice de argint. n acest mod se realizeaz combinaia dorit de proprieti, i anume, conductibilitatea electric bun (datorit argintului) i rezisten mare la uzur (datorit particulelor de wolfram). c. materiale compozite stratificate

    Sunt obinute prin aplicarea, la suprafaa materialului de baz, a unui strat din alt material. Aplicarea acestui strat din alt material cu proprieti diferite de cele ale materialului de baz se realizeaz cel mai des prin turnare, sudare sau laminare.

    Principalul avantaj al acestor materiale, exemplificate n figura r.3, este de ordin economic i de ordin calitativ, deoarece prin utilizarea lor se economisesc importante cantiti de materiale scumpe sau deficitare, mbuntindu-se, n acelai timp, calitile produselor i mrindu-se durata lor de funcionare n condiiile unor performane ridicate.

    Exemple de asemenea materiale compozite sunt: duraluminiul, cu rezisten ridicat la rupere, placat cu aluminiu pur, cu rezisten

    ridicat la coroziune; oeluri carbon, ieftine, placate cu oeluri cu duritate ridicat i rezisten la uzare

    sau cu oeluri inoxidabile rezistente la coroziune; plcuele din oxid de aluminiu placate cu nitrur de titan (utilizate pentru prile

    active ale sculelor achietoare), etc.. n afar de materialele compozite bicomponente, prezentate mai sus, se utilizeaz i

    compozite tricomponente (tip ,,sandwich). De exemplu, pentru mpiedicarea difuziunii carbonului dintr-un oel n altul, se poate

    interpune prin placare un strat de niche