Композитные материалы в современном строительстве: виды, свойства и применение

Композитные материалы становятся все более востребованными в современном строительстве благодаря уникальному сочетанию прочности, легкости, долговечности и технологичности. В данной статье мы подробно рассмотрим основные виды композитных материалов, применяемых в строительной отрасли, их свойства и преимущества, а также наиболее успешные примеры использования композитов в возведении современных зданий и сооружений.

Композитные материалы представляют собой комбинацию двух или более компонентов с существенно отличающимися свойствами. Основу композита составляет матрица - связующее вещество, например полимер. Армирующий компонент может быть выполнен в виде волокон, лент, жгутов. Наиболее распространенный вариант - волокна из стекла или углерода.

Основные виды композитных материалов

• Полимерно-волокнистые композиты на основе стекловолокна, базальтоволокна, углеродного волокна.
• Композитная арматура для железобетонных конструкций.

Преимущества композитных материалов

Какие характеристики композита делают его настолько востребованным? Изначально современные, высокотехнологичные композиты разрабатывали, чтобы применять в военных целях. Но прошло совсем немного времени - и материалы вошли в сферу широкого потребления и прочно укрепились в ней.

Как видно из таблицы, композитные материалы обладают оптимальным набором характеристик по сравнению с традиционными материалами: высочайшей прочностью и долговечностью, коррозионной стойкостью и технологичностью.

Свойство	Композитные материалы	Традиционные материалы
Прочность	Высокая	Средняя/Низкая
Долговечность	Высокая	Средняя
Коррозионная стойкость	Высокая	Низкая (для металлов)
Технологичность	Высокая	Средняя
Вес	Низкий	Высокий

Применение композитных материалов в строительстве

Сегодня композиты активно используют в строительной отрасли, дизайне помещений, химической промышленности, при изготовлении автомобилей, судов, авиационных объектов и в других отраслях. В бытовых условиях мы часто сталкиваемся с предметами, даже не подозревая, что они изготовлены из композитных материалов.

Основные направления использования:

• Возведение несущих строительных конструкций. Композитные материалы применяются для изготовления балок, колонн, ферм и других несущих элементов зданий.
• Усиление и восстановление строительных конструкций. Армирование бетонных конструкций. Композитная арматура эффективно заменяет стальную в изделиях из бетона - фундаментах, перекрытиях, колоннах.
• Возведение мостов, эстакад, путепроводов. Композиты востребованы в транспортной сфере.

Композиты также применяются при производстве фасадных панелей и облицовочной продукции. С их помощью создается внешний дизайн и улучшается эстетика зданий.

Примеры успешного применения:

• Несущие конструкции. Объект: Лахта Центр, Санкт-Петербург.
• Усиление конструкций. Объект: Крымский мост, Керченский пролив.
• Транспортное строительство. Объект: Вантовый пешеходный мост через залив во Владивостоке.

Преимущества использования композитных материалов в строительстве

3D-печать с использованием композитных материалов

Одним из наиболее инновационных направлений применения композитов в строительной отрасли является технология 3D-печати конструкций. С помощью 3D-печати уже возводятся целые жилые комплексы, офисные и промышленные здания в различных странах мира.

Полимерные композиты

Полимерными композитами называют многокомпонентные материалы на основе разных видов пластмасс. Пластмассы служат в таких материалах матрицей, то есть средой, основным связующим компонентом, который скрепляет между собой остальные. Другие материалы в составе полимерного композита - это обычно разнообразные армирующие или декоративные составы, которые придают композиту определенные свойства. При прочих равных полимерные композиционные материалы могут иметь более оптимальные физико-химические параметры и более низкую цену, чем традиционные составы.

Свойства полимерных композитов:

• Прочность. Благодаря использованию полимеров и особым химическим связям внутри веществ полимерные композиционные материалы довольно прочные по сравнению с традиционными пластмассами.
• Низкий вес. При высокой прочности композиты имеют меньший вес, чем альтернативные материалы.
• Малое температурное расширение. В среднем этот показатель ниже, чем у металлов, пластмасс и других составов.
• Низкая теплопроводность. Композиты на основе полимеров плохо проводят тепло, а значит, имеют хорошие теплоизоляционные свойства.
• Химико-биологическая стойкость. Высокая стойкость ко внешним воздействиям характерна для пластмасс и, соответственно, для составов на их основе.

По типу матрицы полимерные композиты делятся на материалы на основе реактопластов и термопластов. По типу наполнителя композитный материал может быть армированным или дисперсно-наполненным. Армирующие добавки бывают листовыми и волокнистыми, дисперсные добавки представлены порошкообразными массами.

Основные виды полимерных композитов:

• Стеклопластики
• Углепластики
• Углеграфиты
• Органопластики
• Боропластики
• Текстолиты
• Дисперсно-наполненные полимеры

Подводя итог, отметим, что применение композитных материалов в современном строительстве неуклонно растет. Особо перспективными направлениями использования композитов являются 3D-печать строительных элементов, композитное армирование бетона, усиление существующих конструкций.