Композитные материалы: Революция в строительстве

Технологии в строительстве постоянно развиваются, предлагая новые решения, которые позволяют достигать более высоких результатов при меньших затратах времени и средств. В сфере производства материалов произошла настоящая революция с появлением композитов.

Композитный, или композиционный, материал представляет собой комбинацию нескольких компонентов, которые отличаются друг от друга определенными физическими, химическими, технологическими и механическими свойствами. В результате такого сочетания появляется материал с совершенно новыми характеристиками, которые не похожи на свойства его составляющих.

Первые композитные материалы начали использовать более 5 тысяч лет назад. Жители Месопотамии складывали деревянные листы под разным углом и скрепляли их простым аналогом клея. Около 2 тысяч лет назад древние римляне использовали вещество из известняка и вулканического пепла, создавая бетон, который придавал сооружениям устойчивость.

Преимущества композитных материалов

Композиционные материалы получили широкое применение благодаря своим особым свойствам и отличным эксплуатационным характеристикам. Изделия на их основе получаются долговечными и надежными, обладают небольшим весом, если сравнивать с металлическими аналогами. Важнейшим направлением в строительстве является снижение энергоемкости, трудоемкости, материалоемкости изготовления изделий и конструкций, повышение их качества и надежности.

Основные преимущества композитных материалов:

• Высокие показатели упругости, жесткости и выносливости.
• Устойчивость к образованию и распространению трещин за счет использования наполнителя.
• Легкость монтажа благодаря гибкости и небольшому весу.
• Долговечность и устойчивость к коррозии.
• Возможность создания сложных форм.

Например, базальтовая сетка для кладки имеет меньший вес, в сравнении со стальной арматурой, но практически не уступает ей по прочности. Кроме того, современный материал может эксплуатироваться значительно дольше за счет отсутствия вероятности коррозионного повреждения. Кроме высоких прочностных характеристик такие материалы легко гнутся, поэтому могут использоваться для армирования сложных по форме бетонных конструкций.

Применение композитных материалов позволяет эффективно решать основные задачи отрасли - например, проблему защиты судов от коррозии и агрессивных внешних воздействий.

Применение композитных материалов в строительстве: обзор и перспективы

Недостатки композитных материалов

У композитных материалов есть и недостатки. К сожалению не все виды таких изделий можно изготовить с применением простого оборудования, поэтому инвестиции в эту отрасль могут исчисляться миллионами долларов, что не позволяет производителям снижать цены до приемлемого уровня. Кроме того, некоторые производственные процессы очень трудоемки и требуют использовать дорогостоящее сырье, что и обуславливает высокую цену на готовую продукцию.

Высокая стоимость продукции является основным недостатком композитов, но материалы, в основе которых лежат природные компоненты, можно приобрести относительно недорого. Например, базальтовая сетка для армирования стоит значительно дешевле стальных конструкций.

Виды композитных материалов и их применение в строительстве

Композиты - неоднородные конструктивные материалы искусственного происхождения, в которых задействуются разные компоненты для придания уникальных свойств. Базовых элемента два - полимерная связывающая матрица и армирующий состав, являющийся основой. В композитах, которые используются в строительстве, в качестве матрицы задействуется эпоксидное или полимерцементное вещество. Армирующими звеньями выступают углеродные волокна.

Основные виды композитных материалов, используемых в строительстве:

• Углеродные ленты: Тканая продукция, ширина которой от 150-600 мм, плотность от 230-600 г/кв. м.
• Углеволоконные ламели: Материалы из углеродных волокон, пропитанные связывающим составом, проходят полимеризацию в условиях высоких температур.
• Углеродные сетки: Тканая двунаправленная продукция, используется с полимерцементным связывающим. Ширина сеток - от 600-1000 мм, плотность - от 150-600 г/кв. м. Связывающие элементы делают их эпоксидной смолы.
• Полимербетон: Заменяет железобетон и снижает вес конструкций, улучшая технические характеристики сооружений.
• Композитная арматура: Используется для возведения оснований, укрепления и армирования конструкций.

Применение композитных материалов в строительстве:

• Возведение оснований - с помощью композитов делают балки, колонны и прочие ключевые компоненты зданий.
• Укрепления - усиление конструкций композитными материалами повышает прочность и стойкость к механическим и химическим воздействиям. Несущая способность возвращается в полном объеме.
• Армирования конструкций - композиты заменяют стальные компоненты в железобетоне.
• Строительства путепроводов, мостов и эстакад - композиты востребованы в транспортной сфере.
• Производство фасадных панелей и облицовочной продукции - создание внешнего дизайна и улучшение эстетики зданий.
• Усиление конструкций из кирпичной кладки и дерева - востребованы при перепланировках, в ходе которых вносятся изменения в несущие узлы.
• Теплоизоляция - некоторые композиты имеют низкую теплопроводность и применяются для теплоизоляции стен, крыши и полов.

Системы внешнего армирования углеродными лентами для реконструкции любых инженерных конструкций набирают популярность. Благодаря своим уникальным характеристикам они незаменимы в ремонте ветхого жилья. Технология предполагает наклеивание высокопрочных материалов на поверхность усиливаемой конструкции с помощью эпоксидных компаундов.

Для нового строительства зданий жилого фонда одним из наиболее перспективных продуктов на основе углеродного волокна является композитная углеволоконная арматура. Основные направления применения углепластиковой арматуры в новом строительстве: высокоответственные конструкции, требующие уникальных свойств материалов; конструкции, работающие в условиях высокоагрессивных сред; высокопрочные элементы сложных конструктивных схем и решений.

Также углепластиковую арматуру применяют при ремонте и реконструкции железобетонных и каменных конструкций в качестве внешней арматуры.

Примеры применения композитных материалов в строительстве:

• Система внешнего армирования для уменьшения размера сечения основания.
• Шпунтовые сваи для обустройства подпорных стенок и противофильтрационных завес для рекультивации полигонов.
• 3D-печать с использованием композитов для создания инновационных строительных элементов.

Композитные материалы с каждым днем все активнее используются как в производстве и строительстве, так и в бытовых условиях. Сфера применения композитов расширяется, чему способствует ряд уникальных свойств. С их помощью делают постройки бытового, коммерческого и промышленного назначения. Обустраивают инфраструктурные и другие объекты.