Activitate de cercetare TEMA Materiale compozite pentru reabilitarea construciilor
Masteranzi: Chis Alexandru Magurean Bogdan-Alexandru
Master ITS, an II
an universitar 2013-2014
CUPRINS Cap.1 Generaliti
1.1 Definirea conceptului de material compozit
1.2 Clasificarea materialelor compozite
Cap.2 Diagnosticarea structurilor
2.1 Necesitatea reabilitrilor construciilor
2.2. Aparatura pentru diagnosticarea structurilor
2.2.1 Diagnosticarea cu ultrasunete
2.2.2 Determinarea rezistenei betonului prin metode mecanice
2.2.2.1 Metoda amprentei
2.2.2.2 Metoda reculului
2.2.3 Determinarea rezistenei betonului prin ncercri distructive pe carote
Cap.3 Materiale compozite pentru reabilitarea structural
3.1 Metode de reabilitate
3. 2 Produse compozite pentru reabilitarea structural
3.2.1 Compozitele polimerice armate cu fibre de sticl
3.2.2 Compozitele polimerice armate cu fibre de carbon
3.2.3. Compozite polimerice armate cu fibre aramidice
3.3 Particulariti ale reabilitrii structurale cu materiale compozite
3.4 Avantajele i dezavantajele consolidrilor cu materiale compozite
3.5 Variante de consolidare a elementelor structurale utiliznd materiale compozite
3.5.1 Consolidri cu lamele
3.5.2 Consolidri cu esturi
3.5.3 Consolidri automate prin nfurarea filamentului
3.5.4 Consolidri cu armturi compozite
3.5.5 Consolidarea elementelor din beton armat
3.5.6 Consolidarea structurilor din zidrie
3.5.7 Consolidarea elementelor din lemn
Cap.4 Studii de caz
4.1 Utilizarea materialelor compozite moderne la construcii industriale
4.2 Reabilitarea pereilor de zidrie nearmat folosind materiale compozite
4.3 Reabilitarea infrastructurii folosind materiale compozite: Prezentare general si Aplicaii
4.4 Reabilitarea seismic a pereilor din beton armat folosind fibre compozite
Concluzii
Bibliografie
Cap.1 Generaliti 1.1 Definirea conceptului de material compozit Materialul compozit este un ansamblu de materiale distincte, care are caracteristici pe care nu le au
materialele constituente n parte.
Conform lui P. Mallick, un material compozit este o combinaie ntre dou sau mai multe materiale diferite
din punct de vedere chimic, cu o interfa ntre ele. Materialele constituente i menin identitatea separat
(cel puin la nivel macroscopic) n compozit, totui combinarea lor genereaz ansamblului proprieti i
caracteristici diferite de cele ale materialelor componente n parte. Unul din materiale se numete matrice i
este definit ca formnd faza continu. Cellalt element principal poart numele de ranforsare (armatura) i
se adaug matricei pentru a-i mbunti sau modifica proprietile. Ranforsarea reprezint faza discontinu,
distribuit uniform n ntregul volum al matricei.
Rolul fibrelor este de a conferi ansamblului caracteristicile de rezisten la solicitri. n comparaie cu
matricea, efortul care poate fi preluat este net superior, n timp ce alungirea corespunztoare este redus.
Matricea prezint o alungire i o rezilien la rupere mult mai mari, care asigur c fibrele se rup nainte ca
matricea s cedeze. Trebuie insa subliniat faptul cmaterialul compozit este un ansamblu unitar, n care
cele dou faze acioneaz mpreun, aa cum sugereaz curba efort alungire pentru compozit.
Sistemele de ranforsare pentru materiale compozite pot fi obinute utiliznd toate tehnologiile textile:
esere, tricotare, braiding, procese pentru materiale neesute, asamblare prin coasere. La acestea se pot
aduga i procesele caracterizate de producerea ranforsrii i a materialului compozit n aceeai etap,
cum sunt nfurarea filamentelor i poltruderea. Criteriile utilizate n alegerea procesului tehnologic pentru
fabricarea ranforsrii se refer la stabilitatea dimensional, la proprietile mecanice impuse, precum i la
proprietile de drapaj / formabilitate ale sistemului de ranforsare.
Prin urmare, un material compozit este alctuit din 3 elemente cheie : matricea (masa de baz) ,
ranforsantul (materialul de armare) i adaosuri tehnologice.
Fig 1. Fazele sistemului compozit
a.faza continu (matricea) b.faza dispers (armatura) c.interfaa
Materialele compozite se pot clasifica n trei generaii, n funcie de evoluia lor de-a lungul timpului, dup
cum urmeaz:
prima generaie include materiale care se foloseau pn i n Antichitate crmizi armate cu paie,
sbii din straturi metalice, zidria din piatr i mortar din var hidraulic, zidria din crmid ars i
mortar etc.
a doua generaie se refer la betoanele armate dispers, materiale plastice armate cu fibre de sticl,
bazndu-se pe conceptele de matrice i ranforsant
pentru a treia generaiematricea si/sau ranforsantul sunt produse ale generaiei a doua.
1.2 Clasificarea materialelor compozite
Materialele compozite pot fi :
-armate cu fibre lungi unidirecionale
- bidirecionale
- orientate aleator
scurte (whiskers)
-armate cu particule
-armate cu solzi (fulgi)
-stratificate (asociate) de tip sandwich
- bimetale
- metale placate
- sticl stratificat
-compozite umplute cu material secundar (spumate )
Principalele categorii de compozite armate cu fibre sunt urmtoarele :
1. Compozite cu matrice polimeric de obicei sunt rini termorigide (epoxidice, poliimide sau
poliesterice) sau termoplastice, armate cu fibre de sticl, de carbon, de bor sau aramidice (Kevlar), cu
monocristale ceramice sau, mai recent, cu fibre metalice. Sunt folosite mai ales n aplicaii care implic
temperaturi relativ joase de lucru (ajungnd, n mod excepional, pentru termoplastice fabricate prin injecie,
la nivelul maxim de 400 C).
Dezavantajele ar fi rezistena mic la oc mecanic, rezisten mecanic redus la temperaturi nalte,
conductivitate termic redus, coeficient mare de dilatare termic.Pentru a mbunti rezistena la
temperaturi nalte se folosesc fenolii, pentru a mri tenacitatea de adaug particule de cauciuc sau uretan,
pentru a obine o structur dur se amestec cu amine aromatice i acizi anhidri.Pentru a crete rezistena
la oc mecanic, ncovoiere i la rupere se utilizeaz fibrele de carbon.
2. Compozite cu matrice metalic cel mai frecvent se bazeaz pe aliaje de aluminiu, magneziu, titan sau
cupru, n care se introduc fibre de bor, de carbon (grafit) sau ceramice (de obicei de alumin sau carbur de
siliciu). Temperatura de lucru (uzual de cel mult 800 C) a unui astfel de compozit este limitat de nivelul
punctului de nmuiere sau de topire care caracterizeaz materialul matricei. Dac aplicaia avut n vedere
implic temperaturi mari, atunci se recomand folosirea ca matrice a unor aliaje pe baz de nichel sau a
unor superaliaje. Dezavantajul acestora este c au greuti specifice mari, ducnd la creterea masivitii
structurii finale.
3. Compozite cu matrice ceramic au fost dezvoltate n mod special pentru aplicaiile cu temperaturi
foarte ridicate de lucru (peste 1000 C); cele mai utilizate materiale de baz sunt carbura de siliciu (SiC),
alumina (Al2O3) i sticla, iar fibrele de armare uzuale sunt tot de natur ceramic (de obicei sub form de
fibre discontinue, foarte scurte).
4. Compozite carbon-carbon cu matrice de carbon sau de grafit i armare cu fibre sau esturi de fibre
de grafit; sunt foarte scumpe, dar i incomparabile cu alte materiale prin rezistena la temperaturi nalte (de
pn la 3000 C), cuplat cu densitatea mic i coeficient mic de dilatere termica. Cele mai rspndite sunt
compozitele armate cu fibre sunt fibra de carbon, fibra de sticla si Kevlar-ul.
Un alt criteriu este n funcie de tipul, geometria i orientarea fazei de ranforsare, conform figurii urmtoare:
Fig 2 Clasificarea materialelor compozite
Cap.2 Diagnosticarea structurilor
2.1 Necesitatea reabilitrilor construciilor
Reabilitarea unei construcii se refer la readucerea n stare activ, prin refacerea anumitor funciuni ale
acesteia care au fost deteriorate n procesul de exploatare din diverse cauze.
Degradrile care pot aprea n timp, ca urmare a fenomenului de mbtrnire a materialelor, ct i de
efectele unor aciuni extraordinare.Deci seismul, vntul, alunecrile de teren, incendiile, inundaiile,
exploziile, agenii chimici i procesele tehnologice sunt numai o parte din factorii care pot produce avarii. O
alt cauz se refer la dinamica modificrilor funcionale.
n mod curent se ntlnesc degradri ale construciilor cauzate de apariia mbtrnirii materialului prin
depirea duratei de via, apariia fenomenului de oboseal, curgere lent, fluaj, ncrcri alternante sau
din aciunea unor ageni chimici.
Sunt numeroase cazurile cnd avariile construciilor sunt datorate degradrii terenului de fundare prin
creterea nivelului pnzelor freatice, infiltraia apelor pluviale i tehnologice sau infiltraia apelor ca urmare a
ntreinerii defectuoase a instalaiilor de alimentare cu ap, de canalizare i de nclzire.
Nu sunt de neglijat nici greelile de proiectare
