Композитный брус. Использование композитных материалов в строительстве

Поисковые теги:

Композитные материалы давно нашли широкое применение в строительной индустрии всего мира. Однако наши строители, за исключением дорожников, эти материалы недолюбливают. Почему?

Проблеме увеличения долговечности строительных конструкций зданий и сооружений, автомобильных дорог посвящено множество научных работ и жарких дискуссий. С главным выводом согласны практически все: эту задачу возможно решить только при помощи комплексного подхода. Как здесь могут помочь композитные материалы?

Заменим сталь на композиты

Существенно увеличить срок службы железобетонных конструкций поможет замена металлической арматуры на композитную. Для армирования несущих и ограждающих конструкций сегодня разработаны и применяются композитные арматуры с применением полимеров из углеродного волокна, стекло- и базальтопластика.

Отметим, что композитный (или композиционный) материал является конструкционным и может быть как металлическим, так и неметаллическим. В его состав входят усиливающие элементы в виде волокон и нитей из более прочного материала.

Например, пластик армируют углеродными, борными и стеклянными волокнами, а алюминий - нитями из бериллия или стали. Варьируя наполнение, можно получить композиционные материалы с заданными параметрами по прочности, коррозионной или абразивной стойкости. Кроме того, такие материалы могут приобретать необходимые диэлектрические, магнитные и другие свойства.

Характеристики композитной арматуры из стекла и углепластика

Характеристики	Из стеклопластика			Из углепластика
	ТУ 2296-001-20994511–2006	ТУ 5714-007-13101102–2009	ТУ 5769-001-09102892–2012	ТУ 1916-001-60513556–2010
Предел прочности при растяжении	1100 МПа	1000 МПа	1200 МПа	1600 МПа
Модуль упругости при растяжении	50 ГПа	45 ГПа	55 ГПа	130 ГПа

Источник: ВНИИ авиационных материалов

В мире

Но вернемся к практическому применению композитов в строительстве. Сами полимерные композиты, изделия и конструкции из них давно нашли в мировой строительной индустрии достаточно широкое применение.

Более 30% от всего мирового объема выпускаемых полимерных композиционных материалов используется именно в стройиндустрии, а это около 4 млн т. Наибольшее применение они находят при строительстве транспортной инфраструктуры, в жилищно-коммунальном хозяйстве, при возведении промышленных и жилых зданий.

В России

А вот в нашей стране, несмотря на призывы властей и соответствующую программу (еще в 2013 году премьер-министр Дмитрий Медведев утвердил комплекс мероприятий по совершенствованию механизмов производства композиционных материалов и изделий из них, подготовленную упраздненным ныне Минрегионом РФ), применение композитов до сих пор находится на недопустимо низком уровне.

По разным оценкам, потребление полимерных композитов в отечественной строительной отрасли составляет от 0,5 до 2% от общемирового объема, а это лишь капля в море: всего 6-7 тыс. т. В число «приятных исключений» входит недавно открытый ГК «Мортон» в подмосковном Наро-Фоминске ДСК «Град», где в производстве панелей используется арматура из композитных материалов.

В чем же причина такого незавидного положения дел в масштабах страны? В незнании или непонимании преимуществ композитных материалов? В боязни всего нового? Или же в бюрократических проволочках?

Не хотят или не могут?

Как говорят эксперты, специалисты строительной отрасли зачастую просто не обладают информацией о возможностях композиционных материалов. Многие из них до сих пор не знакомы с соответствующими документами, которые регламентируют требования к применению в строительстве полимерных композитов. А отчасти строители просто игнорируют существующие нормативы, которые подтверждают возможность применения полимерных композиционных материалов.

Система, созданная в Минстрое и ЖКХ РФ для внедрения инноваций, не только не работает, но и не позволяет их внедрять, - констатирует исполнительный директор Союза производителей композитов Сергей Ветохин . - Это связано в первую очередь с отсутствием необходимой правовой базы. Для того чтобы система заработала, необходимо внести изменения в действующие нормативные правовые документы.

Впрочем, лед, похоже, наконец тронулся. В Минпромторге РФ подготовлены методические рекомендации по разработке региональных программ внедрения и практического применения композитов в строительстве. Такие программы сегодня уже разрабатываются отдельных регионах, в частности в Ленинградской, Смоленской и Волгоградской областях, в Санкт-Петербурге, Хабаровском крае и в других субъектах РФ.

Ударим композитом по российским дорогам

Особенно активно внедрением современных материалов занимаются в Росавтодоре. Около года назад здесь была принята «Программа Федерального дорожного агентства по внедрению композиционных материалов (композитов), конструкций и изделий на 2015-2020 гг.».

Многие необходимые элементы для ремонта и строительства дорог с применением композитов уже выпускают предприятия отрасли. Это различная арматура, армирующие сетки, элементы дорожной инфраструктуры: лотки, заграждения, шумопоглощающие экраны, столбы освещения и т.д.

В конце 2015 года на заседании Научно-технического совета Росавтодора в г. Санкт-Петербурге будут подведены итоги реализации комплексной программы по внедрению композитных материалов в регионах.

Уже сегодня видно, что применение при проектировании и строительстве объектов транспортной инфраструктуры полимерных композитных материалов и конструкций (таких как армирование нежестких дорожных одежд с помощью композитных георешеток, внедрение систем водоотведения с дорожного полотна и мостовых сооружений, изготовление перильных ограждений на основе стеклопластика) способствует росту темпов их применения и предотвращению использования контрафактной продукции на федеральных дорогах страны, - подчеркивает начальник Управления научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства Александр Бухтояров .

Так что сегодня использование конструкций из композитов стало одним из приоритетных направлений инновационного развития дорожного хозяйства.

Что ж, как говорится, всем бы так.

Слово за вами, строители и коммунальщики

А вот в строительстве и жилищно-коммунальном хозяйстве применение композитных изделий до сих пор находится в эмбриональном состоянии.

В основном в проекты реконструкции и модернизации жилищного строительства закладываются изделия из таких традиционных материалов, как железобетон, сталь и чугун. Хотя применение композитов для канализационных труб, коллекторов, труб горячего и холодного водоснабжения позволило бы существенно повысить эффективность эксплуатации строящихся и действующих объектов.

При этом применение композитных изделий и материалов на пилотных и экспериментальных строительных объектах подтверждает и доказывает необходимость и обоснованность их применения.

Так что же нужно сделать, чтобы современные и столь необходимые строительные материалы заняли свое достойное место? Кто ответит за то, что в этом отношении Россия плетется в хвосте мирового прогресса?

Ответ очевиден. За низкое внедрение композитов в строительстве и жилищно-коммунальной сфере отвечает профильное ведомство - Министерство строительства и ЖКХ РФ, которому давно уже пора взять пример с коллег из Федерального дорожного агентства.

Ну а мы, журналисты, можем лишь обратиться к профессиональному сообществу с пафосными словами в духе прежних первомайских призывов: «Строители и коммунальщики! Активнее берите пример с российских дорожников, идущих в авангарде внедрения композитных материалов! Ура!»

Владимир РЕЧМЕНСКИЙ

их отличии от других, традиционных изделий

Без современных инновационных технологий невозможно создать новейшие решения в области строительства, а также в коммерческом и жилом строительстве, в реставрационных работах автомобильных дорог. Раньше в этих технологиях использовались изделия из стали, алюминия, железобетона, но на сегодняшний день нет ничего более современного, прочного и экологичного, чем синтетические композитные изделия из полимерных соединений.

Как правило, состав композитного материала включает в себя два трипа составляющих: связующее (матрица) или армирующий материал. Благодаря матрице изделие обеспечивается определенной формой и фиксирует армирующий материал. За счет этого матрица усиливается и передает свои свойства изделию. Подобное совмещение этих характеристик в веществах гарантированно создает принципиально новый композитный материал.

Тип армирующего вещества определяет виды композитных материалов. По этой характеристике они могут быть наполненными, иметь волокнистую, слоистую структуру, а также быть насыпными и скелетными. Свойства, которыми обладает тот или иной композитный материал зависит от сочетания физических, механических, химических характеристик, которыми будет обладать матрица и армирующий материал. Композитные материалы в последнее время стали очень популярными и очень часто применяются в разных сферах. Это легко объяснить тем, что у этих материалов есть целый ряд преимуществ, которые отличают их от других, традиционных изделий.

К основным достоинствам композитных материалов относятся свойства, благодаря которым синтетические материалы обладают более высокой прочностью и устойчивостью к деформациям, разрывам, сжатиям, срезам и скручиваниям. Помимо этого, полимерные синтетические материалы являются более легкими по массе, удобными для транспортировки и установки. При этом есть хорошая возможность также и оптимизировать затраты на эти позиции.

Композит устойчив к химическому воздействию агрессивной среды, атмосферные осадки ему тоже не повредят. Материал не боится резких перепадов температур, способен эффективно использоваться в разных температурных режимах при неблагоприятных климатических условиях. Ко всему перечисленному, можно сказать, что этот материал целиком безопасен для окружающей среды и полностью соответствует всем экологическим требованиям.

Особенности композитов.

Композитные материалы имеют свои особенности, которые очень выгодно отличают их среди традиционных стройматериалов. Новые материалы создаютсяблагодаря естественным стремлениям разработчиков улучшать характеристики конструкций, которые эксплуатируются в данный момент, а также тех, которые вводятся в эксплуатацию. Эти технологии, осваиваясь строителями, дают новую возможность для разработки более современных сооружений и технологий. Одним из максимально ярких проявлений особенностей разработки полимерных материалов, является тот факт, что композит очень широко применяется в разных областях строительства.

Композитные материалы можно весьма справедливо назвать сырьем для строительства двадцать первого века. Они имеют высочайшие физико-механические свойства при невысокой плотности. Они более крепкие, нежели стальные и алюминиевые сплавы.

Композитные материалы являются многосложными гетерогенными (разнородными) структурами, которые образовываются соединением армирующих элементов с изобтропным связующим. Армирующий элемент может иметь вид тонкого волокна, нити, жгута или ткани, обеспечивает физические свойства этого материала, который будет гарантированно прочным и жестким в направлении ориентации волокна, а матрица обеспечит цельность конструкции. Нынешние композитные материалы имеют удельную прочность и жесткость в направлении армирования, и этот показатель более, чем в 4 раза может превышать показатели стальной, алюминиевой арматуры и изделий из титановых сплавов.

При помощи внешней нагрузки на материал в момент разрушения определяется прочность конструкции. Жесткостью или модулем упругости называют характеристики материалов, которые определяют смещение сооружений под воздействием внешнего напряжения. Эта характеристика прямо пропорциональна явлению потери устойчивости сооружения, в момент, когда в нем развиваются переменные значения и возникает большая нагрузка на основание. В такие моменты несущая конструкция может быть разрушена. Удельной прочностью и удельной жесткостью является отношение предельного напряжения к модулю упругости в соответствии с плотностью материала. При более высоких удельных свойствах материалов, конструкция будет более легкой и прочной и порог потери устойчивости намного выше.

Для армирования материалов, как правило, используют высокопрочные волокна из стекла, базальта, арамида, углеродных, борных, органических соединений, а также из металлической проволоки и нитевидных кристаллов. Эти компоненты для армирования могут применяться в виде моноволокна, нити, проволоки, жгутов, а также ткани или сетки.

В композитном материале матрица является важнейшей составляющей, благодаря которой обеспечивается цельность композиции, фиксируется его форма и расположение армирующего волокна. Благодаря материалу матрицы можно обеспечить оптимальный метод изготовления элементов, а также выбрать соответствующий уровень рабочей температуры композита, стойкость к химическим раздражителям, поведение композита при влиянии атмосферных осадков и повышенных или пониженных температур.

Матрицей могут выступать материалы из эпоксидной, полиэфирной и некоторых других термореактивных, полимерных и термопластичных материалов. В композитных материалах волокнистой структуры, напряжение, которое возникает под воздействием внешних нагрузок, воспринимается высокопрочными волокнами. Они же и обеспечивают прочность сооружения по направлению армирования. Благодаря направленному характеру свойств композитных материалов, они имеют превосходные качества. Из композитных материалов могут создаваться конструкции со свойствами, заданными ранее и максимально соответствующие специфике и свойствам работ. Благодаря многообразию волокон и материалов для матрицы, а также схемы по котором происходит процесс армирования при создании композита, есть возможность целенаправленно производить регулирование прочности, жесткости, уровня рабочей температуры, химической стойкости и других свойств.

Широкие возможности технологического процесса производства материалов разных по форме определяют широкий ассортимент композитных материалов, которые можно сделать. При соблюдении всех технологий, необходимо применение специальных агрегатов и оборудования, оснастки и других станков. С помощью этой техники арматурные стержни можно гнуть в различных направлениях для самых нестандартных строительных решений.

В данном разделе мы можем подробно рассмотреть, что используется для изготовления композитных материалов, какой вид армирующего материала и матрицы можно применять, а также какие виды технологий применяются при производстве.

Композитные материалы и технологии.

Армирующие материалы для композитов:

		1. Стекловолокно. В технологии производства композитных материалов используются такие армирующие материалы, как стекловолокно. Этот материал является производной формой стекла, расплавленного методом экструзии. В процессе изготовления через прядильные фильтры пропускаются расплавленные нити, которые становятся очень прочными. Этот материал, в отличие от изделий из стекла, не бьется, не ломается, но при этом остается очень прочным и позволяет производить из него ткани и кабели для различного назначения. Как правило, его очень часто и широко применяют в строительстве домов, фундаментов для капитального строительства, а также реконструкционных работ в автодоре. Стекловолокно также используют для теплоизоляции фасадов, и звукоизоляции. Регулярно используется стекловолокно и для отделочных и конструкционных материалов, например стеклопластиковой арматуры, облицовочных панелей, досок, черепицы из стекловолокна. Этот материал обладает огнестойкостью, поэтому он безопасен для любых помещений, как коммерческих, так и жилых. Если сравнить стекловолокно с обычными материалами, то композит выгодно отличается и по цене. Даная технология позволяет производить материалы, имеющие удельную прочность выше, нежели удельная прочность стали. А еще очень важно, что стекловолокну можно придать абсолютно любую форму.
		2. Базальтовое волокно. Еще одним очень популярным материалом для производства композита является базальтовое волокно, которое производится из горных пород, соответствующих по конструкции с базальтом, базанитом и габрадиабазом. Также используются и комбинации этих материалов. Данное волокно производят в специальных печах при высокой температуре. Материалы плавятся и свободно стекают сквозь особый отвод. Базальтовое волокно может быть двух типов - штапельным и непрерывным, отличия этих двух видов в свойствах самого материала. Его очень широко применяют в производстве фильтров. Этот материал обладает легкостью и прочностью, благодаря чему его успешно используют для армирования бетонных сооружений. Базальтовая фибра применяется в строительстве, благодаря чему конструкция значительно улучшает свои качества в плане ударной прочности, морозостойкости и водонепроницаемости сооружений. Из базальтового волокна изготавливают теплоизоляцию и огнезащиту, базальтопластиковую арматуру, наполнители для фильтров со сверхтонкой очисткой, смеси для армирования бетона, изоляцию различных станков, которые работают в неблагоприятных погодных условиях и при очень низких температурах. Из этого материала изготавливают базальтовые маты и плиты из волокна, которые в последствие используются для обшивки трубопроводов. Основными преимуществами изделий из базальтового волокна являются такие свойства, как высокая стойкость к химическому воздействию, низкая масса и очень выгодная цена. Пористая структура базальтового волокна не угнетает пропускную способность, а фибра, произведенная из базальтовых волокон, не подвергается коррозии и не обладает катодным эффектом, в отличие от металлических изделий.
		3. Углеродное волокно. В производстве композитных материалов используют также и углеродное волокно. Этот материал представляет собой вещество, в составе которого находится только карбонатный углерод. Этот материал был впервые изготовленный и запатентованный Томасом Эдисоном в конце 19 века, является сверхпрочным элементом, который можно получить с помощью метода обработки органического волокна высокими температурами. Производство композиционных материалов из углеродного карбоната представляет весьма непростой процесс, который осуществляется комплексно. После того, как материал окончательно застынет и графитизируется, количество чистого углерода в волокне будет составлять около 99%. Углеродные композиты применяются, в основном, в области производства фрагментов летательных аппаратов, а также устройств, которые испытывают постоянные высокие нагрузки. Плавится этот материал при очень высокой температуре, поэтому его успешно применяют для термоизоляции в производстве вакуумных печей. К тому же, углеродный композит имеет свойство эффективно поглощать электромагнитные волны, что широко используется в радиотехнике. Углеволокно обладает крайне высокой химической стойкостью. Применяют его в производстве космических аппаратов, сверхзвуковых самолетов, деталей гоночных машин, экранов, поглощающих электро-магнитные волны, а также для производства профессионального спортивного инвентаря. Если сравнивать углекарбонатное волокно с традиционными материалами, то новый технологический материал обладает легкостью и прочностью, благодаря чему им можно заменить любой пластик и металл.
		4. Арамидное волокно. Арамидное волокно также очень часто применяется в производстве композитных материалов. Его еще иногда называют кевларом. Он представляет собой прочный синтетических материал, получаемый из сополимерных нитей посредством нагрева их до пяти ста градусов. Этот материал имеет несколько разновидностей, таких как пара-арамидные и мета-арамидные волокна. Последние обладают очень высокой термостойкостью, благодаря чему их можно применять для создания аксессуаров в одежде. Волокна из арамида широко применяются во многих видах промышленности. Они сочетают в себе легкость и прочность. Их применяют для конструирования авиакосмических аппаратов, деталей гоночных автомобилей, а также для производства спецодежды и экипировки гонщиков, военных, пожарных и других специальных сфер. Немаловажно, что арамид используют для производства бронежилетов, оплетки кабелей, сверхпрочных троссов, огнезащитной одежды, армирования автомобильных шин. Этот материал имеет очень высокий уровень прочности на разрыв, а также высокую стойкость к химическому воздействию и высокой температурой плавления. Благодаря таким качествам арамидное волокно практически не имеет аналогов, что позволяет производить из него ровинги. Они представляют собой жгуты, собранные из нитей этого волокна. Ровинги могут различаться по плотности или по толщине, это зависит от количества нитей волокон в жгуте, диаметра нити, вида сырья, из которого его производят.

На основе вышеописанных волокон производятся ровинги. Ровинг - представляет собой жгут собранный из нитей непрерывного волокна. Ровинги различаются: плотностью или толщиной - количеством нитей волокна в жгуте, диаметром единичной нити, видом сырья из которого они произведены, видом замасливателя и предназначением. Свое основное обозначение они имеют в тексах ("tex") — это вес 1-го километра ровинга в граммах. Поставляются ровинги в бобинах или катушках, герметично упакованных в пленку.

		Стеклянный ровинг является непрерывным жгутом, сотканным из стеклонити. Для того что бы обозначить толщину ровинга, которая зависит от того, сколько нитей в него входит, применяют величину текс («tex»). В основном, ровинг производят на специальных тростильно-мотальных агрегатах, используя отдельные нити стекловолокна. Стекложгут в готовом виде прописывают специальным клеем из термопласта, который называется замасливатель. При помощи ровинга из стекла можно изготавливать арматуру, разнообразные профили, а также вращательные цилиндры, трубы, цистерны, которые можно использовать для того, чтобы хранить и транспортировать химические реагенты. Ровинг можно применять, как армирующий материал. Благодаря тому, что цена на него очень доступна, материал легкий и пластичный, его очень часто применяют в отделочных работах и декорировании фасадов. Также, ровинг используют для наполнения пластиков, изготовления пултрузионных профилей, строительной арматуры, армирования теплопласта, а также для изготовления стеклоткани, улучшения качества асфальтобетонного покрытия, а также для изготовления труб и ёмкостей, которые используются при высоком давлении. Изделия, в основе которого лежит стеклянный ровинг, имеют множество достоинств. Прежде всего, это доступная цена, высокая прочность, безопасность, стойкость к неблагоприятным условиям, невосприимчивость к повреждениям и может быть использована в качестве теплоизоляционного материала в течение долгого времени.
		Ровинг из базальта является, по сути, жгутом, в котором равномерно натянуты цельные базальтовые нити. Что бы изготовить нити, крупнофракционный базальтовый щебень дробят, просеивают, промывают и просушивают. После этот состав загружается в рекуперативные печи для плавки, где крошка нагревается до 1500 градусов. Состав начинает плавиться и стекать в фидер, после чего поступает в фильерный питатель, откуда его вытягивают с помощью специального устройства, которое образует непрерывные нити. Способ прядения определяет каким будет ровинг - однопрокатным с прямыми нитями или сложенным. Высокая прочность и невосприимчивость вещества к агрессивной среде позволяет ровингу использоваться в производстве труб для транспортирования химических веществ, газов, находящихся в условиях высокой температуры и горюче-смазочных материалов. Ровинг на основе базальта используют также и для изготовления ткани и препрегов, строительной арматуры, армирования пластика и бетонных изделий, для изготовления крышных установок и облицовочного материала, в производстве термоизоляционных матов, для улучшения асфальтового покрытия в строительных и реконструкционных работах на дорогах.
		Ровинг из углерода представляет собой пряди, сотканные из цельных углеродных волокон. Нити волокна, которые входят в состав материала имеют очень маленький диаметр, до 15 микрон, благодаря чему жгут имеет очень высокую прочность на разрыв. Также, материал имеет очень маленький вес. Во время изготовления ними нагревают до 1700 градусов, химически обрабатываются, благодаря чему происходит карбонизация. Ровинги продаются в катушках, при этом их необходимо хранить в сухом месте. Углеродный ровинг можно применять на стройках, в области судостроения и авиационного производства. Высокие механические свойства, которыми обладают ровинги, позволяют ламинировать, армировать системы, в составе которых содержится эпоксидная, виниловая, полиэстровая смола. Ровинги, в составе которых есть нити углерода используют в медицинских целях, в строительстве, электротехники, авиастроении и ракетостроении, в нефтяной промышленности, космической промышленности, при изготовлении спортивных снарядов. Преимущества углеродного ровинга очевидны - по сравнению с традиционно используемыми материалами, он имеет высокую прочность на разрыв, не ржавеют, и выдерживают экстремально высокие температуры. Волокна из углерода, которые входят в состав жгутоа, способны задерживать альфа частицы, а их свойства позволяют создавать бесшовные изделия сложных форм.

Виды композитных связующих. Матрицы композитов:

1. Эпоксидное связующее.

Композитные связующие и матрицы могут быть различных видов. Очень часто используется эпоксидное связующее, которое образовано из вещества эпоксидной группы. Этот материал имеет трехмерную структуру, которая устойчива к воздействию щелочных, кислотных и галогеновых растворов. Связующее из эпоксида широко применяется в самых различных отраслях промышленности. Его применяют с целью склеить различные типы армирующих элементов и получить качественный композитный материал. Также, его используют как герметирующее средство для электронных приборов, различных плат и других устройств. Широко применяется это связующее в строительных работах, а также в бытовых целях.

2. Полиимидные связующие.

Не менее известным и популярным является связующее из полиимида. Эти вещества относятся к теплостойкому классу материалов, имеющих сложную структуру, имеющую большое количество связей между частицами. Благодаря теплостойкости этих частиц, этот материал используется, как связующее в системах теплозащиты космических кораблей, в ракетостроительной промышленности, а также многих других изделий, которые используются при агрессивно высоких температурах. Выбирая этот тип связующего, необходимо учитывать фактор токсичности этого материала, очень высокий уровень вязкости при обычных температурах, достаточно высокую цену, которая связана с длительным процессом производства.

3. Полиэфирное связующее.

Связующие из полиэфира - это продукт, который образовался в процессе полимеризации эфиров с насыщенными частицами. Особенность этого вещества заключается в том, что в нем присутствует высокий процент стирола, возникающий в процессе полимеризации. Это может приводить к двум негативным особенностям этого материала - кроме пористой структуры, он может быть еще и токсичным. Однако, эта связка более дешевая, нежели эпоксидное связующее, а также имеет меньшую вязкость и наносить его легче.

4. Фенолформальдегидное связующее.

Связующее из фенолформальдегида отличается особенностью, что уровень рабочей температуры может быть очень высоким. Также, немаловажно, что этот материал очень доступен, поскольку является побочным продуктом синтеза нефтяных продуктов. Он имеет хорошую текучесть, благодаря чему можно получить изделия различных конфигураций. Благодаря применению этого связующего материала можно получить хорошо пропитываемый армирующий элемент в композитном материале.

5. Углеродное связующее.

Углеродное связующее позволит произвести изделие, обладающее очень высокими физическими и механическими свойствами. Его коэффициент линейного теплового расширения ≈10-7- 10-8; коэффициент теплопроводности до 1000 Вт/м.К; модуль упругости Е≈600 ГПа. Это вещество, также имеет отличные электротехнические свойства, а также высокую химическую инертность. Эту связку применяют в процессе изготовления сопловых блоков моторов, термостойкой плитки, а также в элементах электротехники.

6. Цианат-эфирное связующее.

Цианат-эфирное связующее вещество имеет высокую радиационную стойкость, изменяемые механические свойства, которые зависят от времени обработки, а также низкое влагопоглощение и низкую диэлектрическую постоянную. Кроме того, связующие из цианат-эфира являются очень стойкими к изменениям температур, которые в других материалах могут вызывать микротрещины, а затем распад вещества. Благодаря этим свойствам цианат-эфир широко используют в композитных материалах для космической промышленности. Вещество применяется для изготовления рефлекторов, обтекателей, антенн, отражателей, а также размеростабильных пространственных структур.

ГЕЛЬКОУТЫ Для покрытия композитных материалов, используют модицифированные смолы, которые называются гелькоуты. Их изготавливают из полиэфирной или эпоксидной смолы, благодаря чему композит будет иметь гладкую глянцевую поверхность. Нанесение гелькоута необходимо производить с помощью краскопульта, что гарантирует равномерный слой, без отслаивания. В процессе формирования детали, зачастую используют специальный гелькоут матричного вида, который можно наносить более толстым слоем. Как правило, этой смолой покрывают стеклопластиковые изделия, благодаря чему создается дополнительная защита и продлевается срок эксплуатации материалов. Также, с помощью гелькоута поверхность окрашивается в необходимый цвет.

Информацию о технологиях производства композитных материалов можно прочитать

Использование композитных материалов в строительстве

Недорогой и разносторонний, бетон является одним из лучших строительных материалов во многих предложениях. Являясь настоящим композитом, типичный бетон состоит из гравия и песка, связанных вместе в матрице из цемента, с металлической арматурой, обычно добавляемой для усиления прочности. Бетон превосходно ведет себя при сжатии, но становится хрупким и непрочным при растяжении. Растягивающие напряжения, так же как и пластическая усадка во время отверждения, приводят с трещинам, которые поглощают воду, что, в конечном счете, приводит к коррозии металлической арматуры и существенной потере монолитности бетона при разрушении металла.

Композитная арматура утвердилась на строительном рынке благодаря доказанному сопротивлению коррозии. Новые и обновленные конструкторские руководства и тестовые протоколы облегчают инженерам выбор армированных пластиков.

Усиленные волокнами пластики (стеклопластик, базальтопластик) с давних пор рассматривались как материалы, позволяющие улучшить характеристики бетона.

За последние 15 лет композитная арматура перешла от экспериментального прототипа к эффективному заменителю стали во многих проектах, особенно в связи с повышением цен на сталь.

Композитные сетки в сборных бетонных панелях: высокий потенциал углеродно-эпоксидные сетки C-GRID заменяют традиционную сталь или арматуру в сборных структурах в качестве вторичного армирования.

C-GRID является крупной сеткой из жгутов на основе углерода/эпоксидной смолы. Используется как замена вторичной стальной армирующей сетки в бетонных панелях и архитектурных приложениях. Размер сетки меняется как в зависимости от бетона и типа заполнителя, так и от требований к прочности панели

Использование коротких волокон в бетоне для улучшения его свойств было признанной технологией на протяжении десятилетий, и даже веков, если принять во внимание, что в Римской Империи строительные растворы были армированы конским волосом. Армирование волокнами усиливает прочность и упругость бетона (способность к пластической деформации без разрушения) посредством удерживания части нагрузки при повреждении матрицы и препятствуя росту трещин.

Добавление волокон позволяет материалу деформироваться пластично и выдерживать растягивающие нагрузки.

Усиленный волокнами бетон был использован для изготовления этих предварительно напряженных мостовых балок. Использование арматуры не потребовалось из-за высокой эластичности и прочности материала, которая была придана ему стальными армирующими волокнами, добавленными в бетонную смесь.

Алюминиевый композитный материал - это панель, состоящая из двух алюминиевых листов и пластикового либо минерального наполнителя между ними. Композитная структура материала придаёт ему лёгкость и высокую прочность в сочетании с упругостью и стойкостью к излому. Химическая и лакокрасочная обработка поверхности обеспечивает материалу превосходную устойчивость к коррозии и температурным колебаниям. Благодаря сочетанию этих уникальных свойств, алюминиевый композитный материал является одним из наиболее востребованных в строительстве.

Алюминиевый композит обладает рядом существенных преимуществ, обеспечивающих ему растущую с каждым годом популятность как отделочного материала.

Минимальный вес в сочетании с высокой жёсткостью. Панели алюминиевого композитного материала отличаются низким весом, обусловленным применением алюминиевых покрывающих листов и облегченного центрального слоя в сочетании с высокой жесткостью, задаваемой комбинацией вышеуказанных материалов. В условиях применения на фасадных конструкциях данное обстоятельство выгодно отличает алюминиевые композитные материалы от альтернативных материалов, таких как листовые алюминий и сталь, керамический гранит, фиброцементные плиты. Применение алюминиевого композитного материала значительно снижает общий вес конструкции вентилируемого фасада. композитный бетонный алюминиевый металлический

Алюминиевый композитный материал способен противостоять скручиванию. Причина - в нанесении верхнего слоя методом прокатки. Плоскостность обеспечивается применением прокатки вместо обычной прессовки, которая дает высокую равномерность нанесения слоя. Максимальная пологость составляет 2мм на 1220 мм длины, что составляет 0,16% от последней.

• - Устойчивость лакокрасочного покрытия к воздействию окружающей среды. Благодаря чрезвычайно устойчивому многослойному покрытию материал в течение длительного времени не теряет интенсивность окраски под воздействием солнечного цвета и агрессивных компонентов атмосферы.
• - Широкий выбор цветов и фактур. Материал выпускается с покрытием, выполненным лакокрасками: солидные цвета и цвета «металлик» в любом диапазоне цветов и оттенков, покрытиями под камень и дерево. Помимо этого выпускаются панели с напылением «хром», «золото», панели с фактурной поверхностью, панели с полированным покрытием из нержавеющей стали, титана, меди.

Панели алюминиевого композитного материала имеют сложную структуру, образованную алюминиевыми листами и наполнителем центрального слоя. Сопряжение данных материалов обеспечивает панелям жесткость в сочетании с эластичностью, что делает алюминиевые композитные материалы устойчивым к нагрузкам и деформациям, создающимся окружающей средой. Материал не утрачивает своих свойств в течение чрезвычайно длительного времени.

Устойчивость материала к коррозии определяется применением в структуре панели листов алюминиевого сплава, защищенного многослойным лакокрасочным покрытием. В случае повреждения покрытия поверхность листа защищается образованием оксидной пленки

Композиционная структура панели алюминиевого композитного материала обеспечивает хорошую звукоизоляцию, поглощая звуковые волны и вибрации.

Панели легко поддаются таким видам механической обработки как гибка, резка, фрезеровка, сверление, вальцовка, сварка, склеивание, без ущерба покрытию и нарушению структуре материала. При нагрузках, возникающих в процессе сгибания панелей, в том числе в радиус не отмечается расслаивание панелей либо нарушения поверхностных слоев, такие как растрескивание алюминиевых листов и лакокрасочного покрытия. При производстве на заводе панели защищаются от механических повреждений специальной пленкой, удаляемой после завершения монтажных работ.

Панели легко принимают практически любую заданную форму, например радиусную. Пригодность материала к спаиванию позволяет добиваться сложной геометрии изделий, что невозможно ни с одним другим облицовочным материалом, кроме алюминия, перед которым алюминиевые композитные материалы значительно выигрывает по весу.

Применение алюминиевого композитного материала позволяет создавать панели облицовки различных размеров и форм, делает данный материал незаменимым при решении сложных архитектурных задач.

• - Длительный срок службы. алюминиевого композитного материала в течение длительного времени устойчивы к воздействию внешней среды, таким как солнечный свет, атмосферные осадки, ветровые нагрузки, колебания температуры, благодаря применению устойчивого покрытия и достигнутому в материале сочетанию жесткости и эластичности. Расчетный срок службы панелей на открытом воздухе составляет около 50 лет.
• - Минимальный уход в процессе эксплуатации. Наличие высококачественного покрытия способствует самоочищению панелей от внешних загрязнений. Так же панели легко моются не агрессивными очистителями.

Два перспективных пути открывают комбинированные материалы, усиленные либо волокнами, либо диспергированными твердыми частицами.

У первых в неорганическую металлическую или органическую полимерную матрицу введены тончайшие высокопрочные волокна из стекла, углерода, бора, бериллия, стали или нитевидные монокристаллы. В результате такого комбинирования максимальная прочность сочетается с высоким модулем упругости и небольшой плотностью. Именно такими материалами будущего являются композиционные материалы.

Композиционный материал конструкционный (металлический или неметаллический) материал, в котором имеются усиливающие его элементы в виде нитей, волокон или хлопьев более прочного материала. Примеры композиционных материалов: пластик, армированный борными, углеродными, стеклянными волокнами, жгутами или тканями на их основе; алюминий, армированный нитями стали, бериллия.

Комбинируя объемное содержание компонентов, можно получать композиционные материалы с требуемыми значениями прочности, жаропрочности, модуля упругости, абразивной стойкости, а также создавать композиции с необходимыми магнитными, диэлектрическими, радиопоглощающими и другими специальными свойствами.

Все эти комбинированные материалы объединены в систему. Система усиления из композитов используется практически для всех видов конструкций:

• 1. Бетонных и железобетонных
• 2. Металлических (в том числе стальных и алюминиевых)
• 3. Деревянных
• 4. Кирпичной (каменной) кладкой.

Также они обеспечивают целый спектр потребностей жизнеобеспечения:

• 1. Защита от взрывов, взломов и повреждения.
• 2. Усиление конструкций
• 3. Баллистическая защита стен и защита от взрывов.
• 4. Защита кабелей и проводов от взрывов

Рассмотрим достоинства и недостатки композитных материалов. Достоинство:

• 1. Коррозийная стойкость
• 2. Прочность на растяжение
• 3. Простота применения
• 4. Низкая стоимость рабочей силы
• 5. Короткое время реализации
• 6. Отсутствие размерных ограничений
• 7. Экстремально высокая усталостная прочность
• 8. Не требует консервации
• 9. Возможность использования конструкций из разного материала

Недостатки:

• 1. Относительная стоимость материала
• 2. Ограничение сферы применения

Из выше изложенных достоинств и недостатков можно сделать вывод: что по сравнению с обычными материалами, композитные имеют практически единственный недостаток-это их достаточно высокая цена. Поэтому может сложиться мнение, что этот метод является дорогостоящим, однако если сравнивать объём расхода материалов-стали на усиление идёт больше чем композитов примерно в тридцать раз. Другими преимуществами композитных материалов является значительное уменьшение стоимости усилия из-за сокращения времени производства работ, использование рабочей силы и механического оборудования. Следовательно композитные системы усиления являются основными конкурентами перед применением стали.

Однако, не смотря на преимущества перед обычными материалами, композиционные материалы имеют характерные для них минусы. К ним следует отнести низкую огнестойкость, изменение свойств при воздействии ультрафиалетового излучения, возможное трещинообразование при изменении объёма в условиях ограничения свободы деформаций. Физико-механические свойства этих материалов делают их восприимчивыми к температурным колебаниям. При высоких температурах они склонны к значительным деформациям ползучести.

Системы внешнего армирования углеродными лентами для реконструкции любых инженерных конструкций набирают популярность в России. Благодаря своим уникальным характеристикам они незаменимы в ремонте ветхого жилья. А в числе перспективных разработок для нового строительства: углепластиковая арматура и фибробетоны.

Системы внешнего армирования углеродным волокном предназначены для ремонта и усиления несущих конструкций зданий с целью устранения последствий разрушения бетона и коррозии арматуры в результате длительного воздействия природных факторов и агрессивных сред в процессе эксплуатации сооружений.

На стадии строительства и эксплуатации система внешнего армирования позволяет решить следующие задачи: устранить ошибки проектирования или исполнения работ, увеличить несущую способность конструкций при увеличении расчетных нагрузок, а также устранить последствия повреждения несущих конструкций возникшие в ходе эксплуатации.

Системы внешнего армирования необычайно легки в применении. Технология предполагает наклеивание высокопрочных материалов на поверхность усиливаемой конструкции с помощью эпоксидных компаундов. Преимущества применения Системы внешнего армирования очевидны. Это прежде всего сокращение временных и трудовых затрат. При усилении Системой внешнего армирования не требуется никакой дополнительной громоздкой техники. Работы можно проводить без остановки эксплуатации зданий и сооружений.

Для нового строительства зданий жилого фонда одним из наиболее перспективных продуктов из полимерных композиционных материалов 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. Преимущества материала: огнеупорность, жаростойкость, химическая устойчивость, радиационная стойкость, ударная вязкость и т.д.

Важнейшим направлением в строительстве является снижение энергоемкости, трудоемкости, материалоемкости изготовления изделий и конструкций, повышение их качества, надежности. Одно из возможных решений этой проблемы – применение композиционных материалов, достоинством которых, является возможность создавать из них элементы с параметрами, наиболее полно отвечающими характеру и условиям работы конструкций.

Думаем, что многие из пользователей согласятся с тем доводом, что брус по праву считается одним из самых популярных видов пиломатериала используемых при возведении домов. Сложно представить весь список областей строительства, где он применяется. О том, как правильно подойти к строительству брусового дома можно узнать из нашего форума. Но сегодня, на смену классике деревянного домостроения приходит новый материал – композитный брус.

Впервые прочитав название, или взяв этот материал в руки, многие из застройщиков могут задуматься:

«Похож на дерево, только легче и прочнее. Из чего же его изготавливают?»

Этот материал появился в продаже сравнительно недавно, и по своей сути не является настоящим деревом, хотя и обладает всеми преимуществами обычно бруса. Но как говорится:

«Всё новое – это хорошо забытое старое».

Стоит лишь посмотреть на хорошо известную нам фанеру, или вспомнить, как в древности возводили дома из блоков, смешивая друг с другом солому и глину, чтобы понять суть композитного материала.

Композит – это искусственно созданный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов, различных по физическим и химическим свойствам.

И если применение в современной технике композиционных материалов, ни у кого не вызывает удивление, то брус – созданный из композита, может вызвать удивление или недоверие застройщика.

Что же это такое – композитный брус?

Основу композитного бруса составляют маленькие частицы натуральной древесины, специальные добавки и красители, придающие насыщенный цвет композитному брусу.

Связующим звеном вышеперечисленных веществ выступает бишофит. Кстати, следует запомнить интересный факт о бишофите.

Кроме того, что этот минерал используется в производстве плитки и искусственного камня, он нашел применение в медицине для лечения суставов и верхних дыхательных путей, а значит, дома построенные из композитного бруса, будут экологически чистыми и даже целебными.

Как изготавливается композитный брус?

Изготовление композитного бруса отличается простотой и технологичностью процесса.

Заранее подготовленное и тщательно перемешанное сырьё прессуется, после чего полученный материал нарезается на брус строго заданных размеров.

Специальные добавки придают композитному брусу водостойкость и огнеупорность. Несмотря на свою повышенную твердость, композитный брус сохранил все положительные стороны работы с натуральным деревом.

Он прекрасно пилится, режется и легко соединяется при помощи металлического крепежа.

Преимущества композитного бруса

Благодаря конструкции бруса «гребень–паз» возведение дома напоминает не строительство, а сборку здания по принципу детского конструктора. На одну из сторон бруса предварительно наносится цементный состав, и брус соединяется друг с другом. После чего остаётся только замазать швы. Обычно их замазывают смесью из бишофита и магнезита. В результате чего возведённое здание обретает дополнительную прочность и герметичность.

Обладая всеми преимуществами натурального дерева, композитный брус избавлен от такого его недостатка как усадка и разбухание.

Если взять в руки композитный брус, а затем обычный строганный, то можно заметить разницу в весе. Именно в этом заложено ещё одно достоинство композитного бруса. Дома построенные из него получаются более лёгкими, а значит, отпадает необходимость возводить мощный фундамент, что приводит к экономии ваших средств. Тонкостями заливки ленточного фундамента делится наш форумчанин в форума.

Подведение итогов

В заключении, стоит упомянуть такие важные характеристики композитного бруса как высокая огнестойкость. По этому показателю он входит в одну группу с кирпичом.

А по коэффициенту теплопроводности, превосходит обычный брус, что позволяет ему эффективно сохранять тепло и защищать помещение от холода.

Также следует отметить, что дом, построенный из композитного бруса не подвержен гниению, в нём не заведутся грызуны, а сами стены не обязательно штукатурить.

Горячее обсуждение борьбы с грызунами ведётся

Казалось бы вот он – идеальный строительный материал. Но как говорится, у любой медали есть оборотная сторона. Производство подобного материала требует применения дорогостоящего оборудования и малораспространённых материалов, что сказывается на цене композитного бруса, которая превышает стоимость строганного бруса и вплотную приближается к цене бруса клееного.

Есть ещё одна проблема, которую следует учесть тем, кто заинтересуется этим материалом - из-за малого срока эксплуатации домов возведённых с применением подобной технологии, затруднительно спрогнозировать, как поведёт себя строение в ближайшем будущем.

Ознакомившись с читатели смогут избежать ошибок при строительстве брусового дома. А посмотрев это видео , вы узнаете, как отделать фасад деревянного дома.