Гибридные полимерные композиты конструкционного назначения

Произведен обзор зарубежной и отечественной литературы, практики по использованию в области строительства полимерных композитов конструкционного назначения. Выявлены основные факторы, сдерживающие широкое внедрение полимерных композитов в строительной сфере: изготавливаемые на производствах полимеркомпозитные профили дублируют формы профилей металлических аналогов с изотропными механическими свойствами; не для всех элементов конструкций из полимерных композитов, выполняется определяющее условие проверки на прочность согласно второму предельному состоянию (по деформациям), что приводит к увеличению поперечных сечений, уменьшению шага конструктивных элементов; проблемы, связанные с недостаточной информацией о долговечности, предполагающей применение завышенных значений коэффициентов условий работы материала ввиду недостаточной изученности свойств и значительного разброса физико-механических характеристик; проблемы, связанные с импортозамещением компонентов полимерного композита. Сформулирована научная проблема, которая заключается в исследовании механизмов формирования адгезионной прочности гибридных композитов на межфазной границе «волокно–матрица» с последующей разработкой эффективных способов регулирования их состояния с целью обеспечения прочного соединения. Приведены актуальные задачи, на решении которых необходимо сконцентрироваться для ускорения процесса внедрения гибридных полимерных композитов конструкционного назначения.

А.И. ВАЛИЕВ, инженер, аспирант (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
А.М. СУЛЕЙМАНОВ, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)

Казанский государственный архитектурно-строительный университет (420043, г. Казань, ул. Зеленая, 1)

1. Сапунов В.Т. Прочность, надежность и долговечность композитов как конструкционных материалов // Композиты и наноструктуры. 2016. Т. 8. № 2 (30). С. 110–119.
2. Mercier C., Khelil A., Al Mahmoud F., Blin-Lacroix J.L., Pamies A. Experimental investigations of buckling behaviour of steel scaffolds. Structures. 2021. Vol. 33, pp. 433–450. DOI: 10.1016/J.ISTRUC.2021.04.045.
3. Kayumov R. A., Shakirzyanov F. R. Large deflections and stability of low-angle arches and panels during creep flow. Advanced Structured Materials. 2021. Vol. 141, pp. 237–248. DOI: 10.1007/978-3-030-54928-2_18.
4. Zheng Y., Guo Z. Investigation of joint behavior of disk-lock and cuplok steel tubular scaffold. Journal of Constructional Steel Research. 2021. Vol. 177. DOI: 10.1016/J.JCSR.2020.106415.
5. Peng J. L., Ho C. M., Chan S. L., Chen W. F. Stability study on structural systems assembled by system scaffolds. Journal of Constructional Steel Research. 2017. Vol. 137, pp. 135–151. DOI: 10.1016/J.JCSR.2017.06.004.
6. Донецкий К.И., Усачева М.Н., Хрульков А.В. Методы инфузии для изготовления полимерных композиционных материалов (обзор). Ч. 1 // Труды ВИАМ. 2022. № 6 (112). Ст. 06. URL: http://www.viam-works.ru. DOI: 10.18577/2307-6046-2022-0-6-58-67.
7. Хрульков А.В., Донецкий К.И., Усачева М.Н., Горянский А.Н. Методы инфузии для изготовления полимерных композиционных материалов (обзор). Ч. 2 // Труды ВИАМ. 2022. № 7 (113). Ст. 05. URL: http://www.viam-works.ru. DOI: 10.18577/2307-6046-2022-0-7-50-62.
8. Кузнецов И.Л., Салахутдинов М.А., Арипов Д.Н., Фахрутдинов А.Э. Разработка и экспериментальные исследования конструкций навеса над трибунами из пултрузионных стеклопластиковых профилей // Известия вузов. Строительство. 2019. № 3. С. 96–108.
9. Сулейманов А.М., Шакиров А.Р., Аглиуллина А.Ф., Старовойтова И.А. Исследование кратковременной и длительной прочности адгезионных клеевых соединений для устройства систем внешнего армирования строительных конструкций // Известия КГАСУ. 2018. № 4 (46). С. 309–318.
10. Салахутдинов М.А, Каюмов Р.А., Арипов Д.Н., Ханеков А.Р. Численное исследование несущей способности балки составного двутаврового сечения из пултрузионных стеклопластиковых профилей // Известия КГАСУ. 2022. № 2 (60). С. 15–23. DOI: 10.52409/20731523_2022_2_15 EDN: BHRXOY.
11. Скудра А.М., Булавс Ф.Я. Структурная теория армированных пластиков. Рига: Зинатне, 1978. 192 с.
12. Potyrała P.B. Use of fibre-reinforced polymers in bridge construction. State of the art in hybrid and all-composite structures. 2011. 91 p. http://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/12353 (дата обращения 18.10.2023).
13. Keller T. Use of fibre reinforced polymers in bridge construction. SED 7. – Zurich: IABSE, 2003. 131 p.
14. Shenoi R.A., Moy S.J., Hollaway L.C. Advanced polymer composites for structural applications in construction. Southampton: Southampton University. 2002. https://www.icevirtuallibrary.com/doi/abs/10.1680/apcfsaic.31227.0001 (дата обращения 18.10.2023).
15. Lightweight thermoset composites. Materials in use, their processing and applications / Edited by Peter Dufton. – Shrewsbury: Rapratehnology limited, 2000. 212 р.
16. The international handbook of FRP composites in civil engineering / Edited by Manoochehr Zoghi. – CRC Press, 2013. 706 p.
17. Hayes M.D., Lesko J.J., Haramis J., Cousins T.E., Gomez J., Massarelli P. Laboratory and field testing of composite bridge superstructure. ASCE. Journal of Composites for Construction. 2000. Vol. 4. No. 3, pp. 120–128.
18. Hayes M.D., Lesko J.J., Cousins T., Waldron C., Witcher D., Barefoot G., Gomez J. Design of a short span bridge using FRP girders. Composites in Construction International Conference, October 10–12, 2001, Porto, Portugal.
19. Озеров С.Н., Панков А.В. Выбор конструктивно-силовой схемы пешеходного моста и сортамента профилей // Внедрение опыта прикладных перспективных технологий авиастроения в промышленности и на транспорте. М., 2004. Вып. 3. С. 42–48.
20. Ушаков А.Е., Кленин Ю.Г., Сорина Т.Г., Хайретдинов А.Х., Сафонов А.А. Мостовые конструкции из композитов // Композиты и наноструктуры. 2009. № 3. С. 25–37.
21. Кленин Ю.Г., Озеров С.Н., Семёнов В.Т., Ушаков А.Е., Хайретдинов А.Х. Мостовые конструкции из стеклопластика. Внедрение опыта прикладных перспективных технологий авиастроения в промышленности и на транспорте: Сб. статей. М.: Изд-во ЦАГИ, 2001. Вып. 1. С. 135–140.
22. Иванов А.Н. Перспективы применения болто-фрикционных соединений элементов из полимерных фиброармированных композитов // Известия вузов. Строительство. 2013. № 10. С. 104–109.
23. Hughes J.D.H. The carbon fibre/epoxy interface – a review. Composites Science and Technology. 1991. Vol. 41, pp. 13–45.
24. Kim J.-K., Mai Y.-W. Engineered interfaces in fiber reinforced composites. Oxford: Elsevier, 1998. 486 р.
25. Nguyen D.A., Starostina I.A., Stoyanov O.V. Evaluation of the surface free energy of disperse additives for polymeric compositions under selective wetting conditions // Polymer Science, Series D. Glues and Sealing Materials. 2015. Vol. 8, No. 4, pp. 280–286.
26. Крамарев Д.В., Осипчик В.С., Чалая Н.М., Березина А.Б., Колесников А.В. Изучение межфазных явлений на границе волокно – связующее в имидоорганопластиках // Пластические массы. 2017. № 7–8. С. 3–6.
27. Лизунов Д.А., Осипчик B.C., Олихова Ю.В., Кравченко Т.П. Влияние эпоксиноволачного олигомера на свойства эпоксифенольного связующего и углепластиков на его основе // Пластические массы. 2013. № 9. С. 39–42.
28. Старостина И.А., Стоянов О.В. Развитие методов оценки поверхностных кислотно-основных свойств полимерных материалов // Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 4. С. 58–68.