Строительные материалы — композиты

ПОЛИМЕРЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Говоря о применении новых материалов на основе пластиков в стройиндустрии, стоит заметить следующее. Если в гражданском строительстве в основном применяются «традиционные» материалы, то в таких секторах, как, строительства мостов, железных дорог, мостов и др., у полимерных композитов есть неплохие перспективы.

Строительство — это размытый термин, который включает в себя самые разные механические нагрузки, начиная с легких нагрузок, которым подвергаются щиты, корпуса, гнезда для защиты оборудования или звуконепроницаемых стен, и заканчивая сверхвысоким давлением, которое выдерживают опоры для мостов. Для поиска решений, применимых в этих несхожих ситуациях, в гражданском строительстве применяются очищенные пластмассы или композиты:

• — Обычно применяемые в легких строительных конструкциях.
• — Периодически используемые в специализированных (нишевых) конструкциях — Предназначенные исключительно для крупных строительных конструкций, например, мостов.

На рисунке 1 изображено несколько примеров.

Рисунок 1: Строительные конструкции в гражданском строительстве.

В гражданском строительстве используются традиционные материалы, например, бетон и сталь, для которых характерна низкая стоимость компонентов, но высокая стоимость обработки и установки, а также низкие возможности обработки. Результатом внедрения пластмасс может стать следующее:

• — Сокращение итоговых расходов.
• — Повышение производительности.
• — Снижение веса.
• — Увеличение возможностей при проектировании в сравнении с деревом и металлами.
• — Устойчивость к коррозии.
• — Простота обработки и установки.
• — Определенные полимеры могут пропускать свет и даже быть прозрачными.
• — Простота технического обслуживания.
• — Изоляционные свойства.

С другой стороны, следует помнить о старении и механическом сопротивлении. Тем не менее, некоторые проекты, построенные в середине 1950х годов с использованием полиэстера, укрепленного стекловолокном, демонстрируют значительную долговечность.

Отрасль гражданского строительства относится к консервативным, и перед расширением использования пластмасс и композитов стоят такие барьеры, как:

• — Слабая изученность и малый опыт работы с этими материалами в отрасли гражданского строительства.
• — Сложность перенесения опыта, накопленного в других отраслях промышленности.
• — Сложность выбора и оценки размеров этих материалов.
• — Сложность взаимопонимания между представителями различных профессий, обладающими очень разными менталитетами.
• — Мнение о пластмассах, сложившееся в обществе.
• — Жесткие окружающие условия на месте строительства.
• — Сложные условия применения, которые не совсем совпадают с практикой и квалификацией строителей.

Прогрессивный ответ пластмасс возрастающим требованиям строительства: от очищенных термопластов к ориентированным композитам с углеродными волокнами Композиты представляют особый интерес для строительной отрасли, так как им присущи высокие коэффициенты [производительность/вес/конечная стоимость].

Более того, возможность задания направления в композитном укреплении расширяет возможности при проектировании в сравнении со сталью.

В таблице 1 сравнивают несколько случаев, но также существуют и другие промежуточные решения.

Таблица 1: Примеры свойств от очищенных термопластов к однонаправленным композитам.

На рисунке 2 приведена схема роста механической эффективности в соответствии с армированием полимера.

Рисунок 2: Механическая эффективность пластмасс.

Затраты на материал для композитов всегда превосходят аналогичные затраты на металл, а самое дорогое это углеродно-волоконное армирование (см. Рисунок 3). Эти затраты на пластмассы и композиты компенсируются другими преимуществами.

Рисунок 3: Сравнительная стоимость композитов и металла.

В обмен на высокую стоимость материала композиты предлагают уникальный набор интересных свойств:

— Снижение веса — Сокращение расходов на сборку — Установка — Сокращение операционных расходов — Сокращение итоговых расходов — Сопротивление коррозии — Безопасность.

Снижение веса Плотность стали превышает плотность композитов по следующим коэффициентам:

• — 3.9 против эпоксидной смолы, армированной стекловолокном.
• — 5.1 против эпоксидной смолы, армированной углеродным волокном.
• — 5.8 против эпоксидной смолы, армированной кевларовым волокном.

Возможности снижения веса, если использовать композиты вместо стали, менее значительны. В большинстве предлагаемых в настоящее время решений их можно оценить приблизительно в 15−30%.