Композитное строительство — это общий термин для описания любой строительной конструкции, включающей несколько разнородных материалов. Композитное строительство часто используется при строительстве самолетов , водных судов и строительстве зданий . Существует несколько причин использовать композитные материалы, включая повышенную прочность, эстетику и экологическую устойчивость .
В строительной инженерии композитная конструкция существует, когда два разных материала связаны вместе настолько прочно, что они действуют вместе как единое целое с точки зрения конструкции . Когда это происходит, это называется композитным действием . Один из распространенных примеров включает стальные балки, поддерживающие бетонные плиты перекрытия. [1] Если балка не прикреплена прочно к плите, то плита передает весь свой вес балке, и плита не вносит никакого вклада в несущую способность балки. Однако, если плита прикреплена к балке положительно с помощью шпилек, то можно предположить, что часть плиты действует совместно с балкой. По сути, этот композит создает большую и более прочную балку, чем была бы предоставлена одной стальной балкой. Инженер-строитель может рассчитать преобразованное сечение как один шаг в анализе несущей способности композитной балки.
В судостроении 19 века композитное строительство представляло собой использование железного каркаса корпуса, который был покрыт деревянной обшивкой для обеспечения водонепроницаемости корпуса. Если на древесине использовались должным образом изолированные крепления, подводный корпус можно было покрыть медной обшивкой без проблем с гальванической коррозией . Медная обшивка предотвращала обрастание и червь Тередо , но ее нельзя было использовать на железных корпусах. Железный каркас композитных судов был менее громоздким и легким, чем древесина, поэтому позволял размещать больше груза в корпусе той же внешней формы. Экономия веса была особенно значительной. Прочность и жесткость позволяли парусным судам вести себя жестко, поскольку накопленная деформация корпуса не вызывала течей, которые могли бы возникнуть в старых деревянных судах. [2] : 84–88
Композитные корпуса использовались для большинства клиперов, построенных с середины 1860-х годов. Ранние эксперименты с системой начались с патента, выданного в 1839 году, по которому был построен пароход Assam . Затем последовали другие патенты с различными методами электроизоляции железных рам и креплений от медной обшивки. [2] : 84–88
Сохранившимися примерами являются HMS Gannet (1878) , паровой и парусный военный корабль, и клипер Cutty Sark .
Лафетная балка — это простая форма композитной конструкции, иногда используемая в североамериканском легком каркасном строительстве . [3] Это происходит, когда стальная пластина зажата между двумя деревянными балками и скреплена болтами. Лафетная балка обычно может выдерживать более тяжелые нагрузки на более длинном пролете, чем полностью деревянная балка того же сечения .
Традиционный материал для настила — это обработанная под давлением древесина. В настоящее время многие подрядчики предпочитают использовать композитный настил . Этот материал обычно изготавливается из древесно-пластикового композита или армированного стекловолокном пластика (FRP). Такие материалы не деформируются, не трескаются и не раскалываются и являются такими же универсальными, как и традиционная обработанная под давлением древесина. Композитный настил изготавливается с помощью нескольких различных процессов, и существует множество размеров, форм и прочностей. В зависимости от выбранного типа композита материалы для настила могут использоваться для ряда других строительных проектов, включая заборы и сараи. [4] [5]
В композитном стальном настиле рассматриваемыми разнородными материалами являются сталь и бетон. Композитный стальной настил сочетает прочность стали на растяжение с прочностью бетона на сжатие, что повышает эффективность конструкции и уменьшает количество материала, необходимого для покрытия заданной площади. Кроме того, композитные стальные настилы, поддерживаемые композитными стальными балками, могут охватывать большие расстояния между опорными элементами и имеют меньший прогиб под действием рабочей нагрузки по сравнению с предыдущими методами строительства. [6] [7] [8]
Цементно-полимерные композиты разрабатываются и тестируются в качестве замены традиционному цементу. Традиционный цемент, используемый в качестве штукатурки, быстро портится. Из-за ухудшения качества материал легко трескается из-за термопроцессов, становясь проницаемым для воды и больше не структурно прочным. Агентство по охране окружающей среды США совместно с Materials and Electrochemical Research Corporation протестировало цементно-полимерный композитный материал, состоящий из резиновой крошки, изготовленной из переработанных резиновых шин и цемента . Было обнаружено, что в цементную смесь можно добавлять 20% резиновой крошки, не влияя на внешний вид цемента. Этот новый материал был испытан на прочность и долговечность с использованием стандартов Американского общества по испытаниям и материалам ( ASTM International ). [9]