44) Композиционные материалы, упрочненные волокнистыми вещества.

Существующие композиционные материалы можно разделить на три основных класса, отличающиеся микроструктурой: дисперсно-упрочненные, упрочненные частицами и армированные волокном. Все эти материалы представляют собой матрицу из какого-либо вещества или сплава, в которой распределена вторая фаза - обычно более жесткая, чем матрица, которая служит для улучшения того или иного свойства. В основе разделения трех упомянутых классов композиционных материалов лежат особенности их структуры. Для дисперсно-упрочненных композиций характерной является микроструктура, когда в матрице равномерно распределены мельчайшие частицы размером от 0,01 до 0,1 мкм в количестве от 1 до 15 об.%

Для достижения максимального упрочняющего эффекта более прочный компонент должен играть роль усиливающей, упрочняющей структуры. Для этого необходимо, чтобы упрочняющие элементы имели достаточную длину, в этом случае прочность сцепления с матрицей достаточно велика, чтобы они могли выполнить свою основную роль арматуры. Совершенно естественно, что в этом случае наиболее выгодной формой использования армирующей фазы является тонкое волокно: известно, что с уменьшением толщины волокон их прочность заметно возрастает.

В основе получения таких материалов на базе керамических матриц лежит процесс изменения фазового состояния многочисленных систем в результате образования центров кристаллизации и роста кристаллов, роста зерен, твердо- и жидкофазного спекания. Подбором соответствующих условий нагрева, термообработки, отжига можно регулировать изменения структуры и свойств керамических композиционных материалов в широких пределах. Основные преимущества их связаны с высокими температурами эксплуатации (что характерно для керамики) при одновременном значительном повышении прочностных свойств. Материалы на керамических матрицах готовятся путем смешения компонентов в различных установках с последующим формованием заготовок путем уплотнения, литья и др. Однако важнейшим этапом формирования структуры таких материалов является термическая обработка, часто весьма продолжительная. При использовании полимерных матриц основной путь - это интенсивное смешение в расплаве с последующей грануляцией.

В упрочненных частицами КМ коэффициент возрастания прочности достаточно велик (от 2 до 25), а высокотемпературная стабильность зависит от характера изменения свойств дисперсной фазы при высоких температурах. Как и в случае дисперсно-упрочненных материалов, их свойства, как правило, изотропны; появление анизотропии может быть связано с вытянутой формой частиц некоторых дисперсных материалов.

60) Основные конструктивные формы применения алюминия в строительстве.

Особенности алюминиевых строительных конструкций.

Ценность алюминия как строительного материала определяется совокупностью физико-механических и технологических качеств, основные из которых следующие:

¾ технологичность на всех стадиях передела — при изготовлении полуфабрикатов и на заготовитель­ных операциях, при нанесении защитно-декоративных покрытий и при сборке, при монтаже и эксплуатации;

¾ высокая коррозионная стойкость, в том числе в промышленной и приморской атмосферах;

¾ архитектурная выразительность (достигается в основном благо­даря использованию возможностей формообразования и (или) придания поверхности алюминиевых элементов и конструкций соответ­ствующих декоративных качеств полированием, анодированием, тиснением и другими способами);

¾ малая плотность при удовлетво­рительной прочности;

¾ широкие пределы изменения прочностных характеристик в зависимости от системы, марки и состояния поставки сплава, от формы и размеров полуфабрикатов;

¾ пониженное по сравнению со сталью значение предела выносливости (усталости), особенно при большом количестве циклов действия подвижных, вибрационных и другого вида нагрузок, которые могут привести к усталостному раз­рушению;

¾ сохранение прочностных характеристик при низких температурах;

¾ высокая отражательная способность;

¾ отсутствие искрообразования;

¾ немагнитность;

¾ гигиеничность.

Общий прогресс алюминиевых конструкций в решающей мере определяется технологичностью, высокой коррозионной стойкостью, архитектурной выразительностью. Для конструкций многократ­ного применения (например, сборно-разборных) и - подвижных, а также для стационарных несущих конструкций, собственная масса которых составляет основную часть нагрузки, не меньшее значение имеет малая плотность при удовлетворительной прочности. Влия­ние других качеств алюминия не столь явно, однако в некоторых случаях они могут стать важными и даже решающими при выборе материала для той или иной конструкции.

В наибольшей мере преимущества алюминия как строительного материала проявляются:

- в конструкциях, изготавливаемых из большой номенклатуры про­филей сложной формы (реализация высокой технологичности полу­чения алюминиевых профилей);

- в конструкциях, состоящих из большого количества сравни­тельно мелких деталей, требующих значительного объема механиче­ской обработки и сборочных операций (реализация технологичности алюминия, допускающего неограниченно высокие скорости резания, что повышает чистоту обработки, а также позволяющего применять специфические способы соединений, резко снижающие трудоемкость сборки);

- в конструкциях с большой удельной поверхностью, т. е. с боль­шим абсолютным значением отношения площади поверхности кон­струкции к объему образующего ее материала (реализация высокой коррозионной стойкости алюминия);

- в конструкциях, эксплуатируемых в условиях агрессивной внеш­ней или внутренней среды, особенно если по условиям эксплуатации -восстановление нарушенных защитных покрытий сопряжено с боль­шими трудностями или невозможно;

- в конструкциях зданий и сооружений, к которым предъявляются повышенные архитектурные требования;

в конструкциях, существенную часть стоимости которых состав­ляют затраты на перевозку, монтаж и демонтаж, особенно в конструк­циях многократного применения;

-в конструкциях, собственная масса которых составляет основную или значительную долю нагрузки (реализация технологических воз­можностей путем применения полуфабрикатов оптимальной формы и ..1 наиболее совершенных соединений и прямой эффект от применения - 1 материала с малой плотностью).

В настоящее время развивается новое направление применения металлических материалов в строительстве — навесные вентилируемые фасады (НВФ). В них сочетаются ограждающие и несущие свойства. Для профилей в этих конструкциях оказалось возможным применить сплавы типа АД31 в искусственно состаренном состоянии (Т1).

Классификация алюминиевых конструкций

По объектам применения алюминиевые конструкции делятся па два класса — конструкции зданий и конструкции сооружений.

Алюминиевые конструкции зданий включают ограждающие кон­струкции, несущие конструкции и прочие изделия. Ограждающие конструкции делятся на две основные группы, различающиеся ви­дом применяемых для их изготовления полуфабрикатов и определяе­мые этим видом конструктивных форм: 1) каркасно-филенчатые конструкции, имеющие в основе каркас из профилей в виде решетки или отдельных рамок, ячейки которого заполнены открывающимися или глухими элементами остекления или непрозрачными вставками, и 2) листовые конструкции.

Несущие конструкции включают крупные глухие стеновые и кро­вельные панели, фермы, рамные конструкции, арки и своды, купола, структурные конструкции и др.

К прочим изделиям относятся конструкции, отдельные элементы и детали, которые не могут быть отнесены к первым двум группам. В эту последнюю группу входят солнцезащитные устройства (жа­люзи и пр.), отдельные декоративные изделия (штампованные ме­дальоны, декоративные решетки и др.).

Алюминиевые конструкции сооружений по назначению делятся на конструкции емкостей для хранения и раздачи жидких и сыпучих материалов (резервуары, бункеры, силосы); мостовые конструкции; конструкции мачт и башен и др.

Материалы для алюминиевых конструкций и соединений

Для изготовления алюминиевых конструкций применяют широкую номенклатуру металлов и неметаллических материалов. Группа металлов включает алюминий различных марок, сталь (углеродистую и легированную, в том числе нержавеющую) и цинк (почти ис­ключительно в виде защитного покрытия углеродистой стали). Группа неметаллических материалов значительно многочисленнее и может быть разделена на три основные подгруппы: теплоизоляционные, герметизирующие и уплотняющие; отделочные материалы и из­делия.

Алюминий. Наиболее важными для строительных конструкций качествами алюминия яв­ляются технологичность, коррозионная стойкость и архитектурная выразительность. В соответствии с этой шкалой приоритетов для стро­ительных конструкций применяют преимущественно отвечающий одновременно всем трем этим требованиям алюминий систем Аl—Мn, Аl—Мg, Аl—Мg—Si, технический алюминий, ограниченно — алю­миний системы Аl—Zn—Мg. За исключением более прочного алюми­ния системы Аl—Zn—Мg, это марки невысокой и средней прочности, отличающиеся наиболее высокими технологичностью, коррозионной стойкостью и архитектурной выразительностью.