Click here to load reader

Materiale Compozite-Activitate de Cercetare

  • View
    148

  • Download
    2

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Materiale Compozite-Activitate de Cercetare

Text of Materiale Compozite-Activitate de Cercetare

  • 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