Новый класс строительных материалов – полимерные композиты

Схема 1. Распределение мирового потребления стекловолокна в 2002 г.    Создание новых архитектурных форм и строительных конструкций, отвечающих современным требованиям, невозможны без совершенствования или создания новых материалов. Именно освоение качественно новых материалов и технологий их использования определяет этапы создания конструкций принципиально нового уровня технического и дизайнерского совершенства. Так было при переходе от деревянных конструкций к металлическим, затем к железобетонным, так было при внедрении стекла и алюминия. Одним из современных, интенсивно прогрессирующих путей повышения эффективности строительных конструкций является использование нового класса строительных материалов – полимерных композиционных материалов. Это определяется постоянно увеличивающейся за последние годы номенклатурой конструкций из композиционных материалов. В настоящее время невозможно найти в зарубежной практике класс технических, транспортных, строительных конструкций, в котором не было бы примера использования композиционных материалов. Веское подтверждение такому прогрессирующему процессу – ежегодно увеличивающееся потребление стекловолокна в гражданском производстве. На диаграмме показано распределение мирового потребления стекловолокна в 2002 г. [1]. Доля России находится в составе стран, входящих в 2%.
  Такое прогрессирующее внедрение определяется уникальным качеством композиционных материалов: сочетанием высокой прочности, на уровне качественных конструкционных сталей и всех характеристик, свойственных неметаллическим материалам. Это сочетание обеспечивается структурой композиционных материалов, которая определяется расположением тонких непрерывных искусственных волокон в сплошной среде полимерного связующего. При изготовлении элемента конструкции из такого материала волокна располагаются вдоль действия основных силовых нагрузок и обеспечивают необходимую высокую прочность. Связующее обеспечивает объединение всех волокон в единый монолит и, будучи полимерным, определяет такие качества как стойкость к гниению, коррозии, химически агрессивным средам, низкую теплопроводность и теплоемкость, высокие диэлектрические характеристики. Рис. 1. Профили из композиционных материалов
  В настоящее время при производстве композиционных материалов используются в основном стеклянные, органические и угольные волокна. Каждое из них имеет свои преимущества. Органические, например, обеспечивают наибольшую прочность, а угольные – наибольшую жесткость. И по стоимости они отличаются существенно, что сказывается на себестоимости конструкций из композиционных материалов. В области гражданского и промышленного строительства в основном используются композиционные материалы на основе стеклянных волокон – стеклопластики, наиболее приемлемые по параметру «свойства/стоимость», которые обеспечивают довольно высокую прочность строительных конструкций.
  Прочность конструкций из композиционных материалов определяется и процессами изготовления: прессованием, намоткой, формованием, пултрузией (получение длинномерных профилей различного поперечного сечения) и др.
  В последнее время производители и, главное, потребители строительных конструкций все больший интерес проявляют к композиционным материалам на основе базальтовых волокон. Этому есть две основные причины. Рис. 2. Двусторонняя звукопоглощающая панель из композиционных материалов для шумозащитных экранов
  Первая заключается в том, что по многим показателям (прочности, жесткости, стойкости к агрессивным средам, теплостойкости) базальтопластики превосходят стеклопластики на основе волокон из простого безщелочного стекла. Производство непрерывных базальтовых волокон существует только в России, Украине и небольшое – в Грузии, но объемы изготовления в настоящее время незначительны для выхода на конкурентоспособные цены.
  В стоимости базальтовых волокон заключается вторая причина. Дело в том, что для производства базальтовых волокон необходим один компонент – базальт, который в природе имеется в неограниченном количестве. В виду этого, при широком промышленном производстве цена базальтовых волокон должна быть ниже стекловолон, и при повышенных характеристиках базальтопластики станут серьезными конкурентами стеклопластиков. В таблице приведены сравнительные характеристики стеклопластиков и базальтопластиков по сравнению с традиционными материалами. Результаты получены при испытании образцов, изготовленных методом пултрузии.

Табл. 1. Сравнительные характеристики стеклопластика, базальтопластика и традиционных конструкционных материалов


  Рассмотрим на основании имеющегося зарубежного опыта преимущества применения конструкций из композиционных материалов в различных областях гражданского строительства.
Рис. 3. Сборная секция перильного ограждения из композиционных материалов   Одними из наиболее сложных и ответственных являются искусственные сооружения автодорог: мосты, эстакады, тоннели. За рубежом уже построено несколько сотен пешеходных и автомобильных мостов и эстакад, конструкции которых частично или полностью состоят из композиционных материалов [2]. Освоено практически все: опоры, силовые балки, мостовые настилы, перильные ограждения, ливневые системы, кабельные каналы и прочее. Большое распространение получили настилы из композиционных материалов, используемые взамен традиционных настилов при реконструкции и ремонте старых мостов. Такие конструкции доказали свою высокую эффективность в виду того, что они в несколько раз легче традиционных, а это приводит к сокращению сроков монтажа, упрощению строительства, в частности, в труднодоступных или заповедных местах. В тоннельных сооружениях композиционные материалы используются в виде защитно-облицовочных плит, панелей, анкерных устройств для укрепления грунта в виде стержней различного сечения, армирующих бетон стержней и решеток. Кроме того, широко используются кронштейны и короба для кабельных трасс, ливневые лотки, трубы вентиляционных систем. Все подобные конструкции при высокой прочности практически не поддаются гниению и коррозии при постоянном контакте с влажным грунтом, являются диэлектрическими, а это обеспечивает высокую надежность и долговечность сооружений.
  Другой областью применения конструкций из композиционных материалов являются инженерные сооружения, требующие огромных затрат на их содержание. Это перильные ограждения, столбы осветительных приборов и линий электропередач, решетки и настилы для производственных площадок, опоры и подвески воздушных силовых электросетей для электрофицированного железнодорожного и городского транспорта.
  В дорожной инфраструктуре композиционные материалы нашли применение в ограждающих конструкциях: всевозможных сетках, решетках, панелях и анкерах, используемых для усиления откосов насыпей; трубах для проколов под автотрассами; столбах рекламных и информационных щитов; дренажных трубах и т.п.
Рис. 4. Монолитная секция фасонного перильного ограждения из композиционных материалов   Композиционные материалы используются при строительстве домов. Кроме широко распространенных оконных рам и дверей из стеклопластика, прочные и «теплые» профили позволяют быстро собирать несущие каркасы для малоэтажных домов и мобильных временных жилищ для геологов, нефтяников, малых поселков при ликвидации последствий стихийных бедствий и техногенных катастроф. Жилые постройки с несущим каркасом из композиционных профилей имеют малую массу, не требуют специальных грузоподъемных механизмов при монтаже и обладают повышенной теплосберегающей способностью. Кроме того, в области домостроения используются всевозможные трубы из композиционных материалов для мусоропроводов, кабельных каналов, канализационных систем, водоснабжения и т.п.
  Вообще трубчатые конструкции занимают собственную довольно обширную область использования композиционных материалов. Их коррозионная и химическая стойкость при высокой прочности и малом весе обеспечили довольно стойкую популярность в сфере эксплуатации трубопроводов. Такие конструкции давно применяются в химическом производстве, нефтяной и газодобывающей отраслях, в артезианских скважинах и т.д. Практикой подтверждена их более высокая долговечность и эксплуатационная надежность по сравнению с металлическими трубами.
  В отдельную группу можно отнести трубы большого диаметра, используемые в конструкциях вытяжных, дымовых и вентиляционных труб химических производств. В таких конструкциях трубы из композиционных материалов оказываются более эффективными, чем трубы из специальных сталей.
  В нефтедобывающей отрасли также эффективно используются обсадные трубы из стеклопластиков.
  Высокая коррозионная стойкость обеспечила применение композиционных материалов в конструкциях, работающих в непосредственном контакте с водой: в сваях, дамбах, защитных прибрежных стенках, сливных, сточных, отстойных системах, различных очистных сооружениях, в том числе химических.
Рис. 5.  Испытания сборной панели из композиционных материалов для мостовых настилов   Приведенный перечень отражает внедрение конструкций из композиционных материалов в мировой практике. В России успехи в этой области значительно скромнее. Это отражают и объемы производства и, соответственно, потребления стекловолокна в гражданском строительстве.
  ООО «Компания «Армопроект» – одна из немногочисленных фирм в России, работающая в области разработки и производства конструкций различного назначения из композиционных материалов. На рис. 1 показаны некоторые виды длинномерных профилей, созданных ООО «Компания «Армопроект». Подобные профили разрабатываются и изготавливаются применительно к требованиям конкретной проектируемой конструкции. Некоторые такие конструкции производства ООО «Компания «Армопроект» показаны на рисунках.
  На рис. 2 показана звукопоглощающая панель для шумозащитных экранов. Подобные панели, но только с односторонней поглощающей поверхностью использованы в экранах, установленных и эксплуатирующихся уже более 5 лет в зоне автодорог в различных регионах России [3]. Этот опыт показал их высокую эффективность: за все время эксплуатации не потребовалось проведения регламентных лакокрасочных работ. В данном случае Россия оказалась передовиком в создании подобных конструкций, за рубежом применение полимерных композитов в таких конструкциях только начинается.
  На рис. 3 и 4 показаны секции перильных ограждений из композиционных материалов: на рис. 3 – сборная секция из прямолинейных профилей, а на рис. 4 – монолитная секция фасонного перильного ограждения. В данных конструкциях использован полый фигурный поручень, получаемый методом пултрузии и соответствующий требованиям СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы» по нагрузкам для перильных ограждений мостовых сооружений.
  На рис. 5 показано испытание сборной панели мостового настила, которая может быть использована для пешеходных и легкогрузных мостов. Как было показано выше, подобные конструкции особенно эффективны при реконструкции мостов, когда необходимо расширить проезжую часть и, соответственно, вынести тротуары за границу существующих несущих конструкций. Это один из вариантов, разрабатываемых ООО «Компания «Армопроект».
Рис. 6. Экспериментальный пешеходный мостик
из композиционных материалов   Другой вариант конструкции таких панелей для пешеходных мостов разработан на базе многоканального профиля, который в настоящее время прошел расчетно-проектную проработку и подготовлен к производству методом пултрузии.
  На рис. 6 показан экспериментальный пешеходный мостик, выполненный полностью из композиционных материалов, отвечающий требованиям СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы» по нагрузкам. Параметры мостика: длина – 4,5 м, ширина – 1,5 м, вес – 380 кг.
  В связи с тем, что стеклопластики и базальтопластики являются еще и радиопрозрачными материалами, конструкции из них эффективны в качестве несущих и корпусных элементов систем радиосвязи и локации. Актуальным становится изготовление силовых конструкций из композиционных профилей для радиопередающих и радиоприемных устройств, которые не создают «радиотени» при размещении нескольких изделий на ограниченной площадке, например крыше высотных домов.
  
  Библиографический список:
  1. Рыночное обозрение. JEC Composites, №1, april-may 2003.
  2. «Lightweight Bridge Decks», European Bridge Engineering Conference, Rotterdam, 27–28 March, 2003.
  3. Суханов А.В., Асеев А.В., Сисаури В.И. Современные полимерные композиционные материалы в высокоэффективных конструкциях дорожной инфраструктуры//Материалы научно-технического семинара «Применение акустических экранов при строительстве автомобильных дорог для снижения шума в жилой застройке». – Санкт-Петербург, Павловск, 17–19 декабря 2002 г.

А.В.СУХАНОВ, канд. техн. наук;
А.В. АСЕЕВ;
В.И. СИСАУРИ, канд. техн. наук



Для вас, снабженцы!
Поиск по сайту

Везде   В статьях   В материалах  
Если поиск не дал результата, попробуйте изменить текст запроса.
Примеры поиска по запросу "Потолки Armstrong": "Потолки Armstrong", "Потолок Armstrong", "Потол Arms", "Потолки Армстронг", и т. п.
Полезное для строителей...
Читайте также у нас на сайте:


Информация для строителей.

Новости строительной индустрии

Транспортный коллапс взвинтил цены на цемент

  Компания «СМПро» опубликовала статистику по росту цен на цемент, согласно которой с начала 2011 г. цены на российский цемент выросли на 35%. В частности, по итогам сентября средние цены от ...

Россия прирастет дорогами

Как недавно заявил премьер-министр Российской Федерации Владимир Владимирович Путин, в ближайшие 3 года на автомобильные дороги страны будет потрачено 1,3 трлн руб. Из этих денег 678 млрд руб. планиру ...

«ОБЪЕДИНЕНИЕ 45-М» поставит бетон для реконструкции здания университета им. Плеханова

   Московское предприятие группы ЛСР ООО «Объединение 45-М» стало основным поставщиком бетона для реконструкции старейшего корпуса РЭУ им. Плеханова. Предприятие поставит около 5 тыс. ...

Kerneos объявляет о запуске новых продуктов

  Компания Kerneos, входящая в группу компаний Materis, выводит на рынок продукты, предлагающие новые технические решения для производителей готовых к использованию строительных смесей:< ...

Ярославская область: переселение граждан из аварийного жилья

  Фондом содействия реформированию жилищно-коммунального хозяйства принята к заявка Ярославской области на предоставление финансовой поддержки для переселения граждан из аварийного жилищно ...

«Бецема»: в Красногорске выпустили «Истру»

  В рамках выставки СТТ-2011 машиностроительный завод "Бецема" совместно со своим партнером "Мерседес Бенц Тракс Восток" организовали Дни "Бецемы". Журналисты ...

Лифтовая отрасль в России: быть или не быть?

В Москве состоялся I съезд Национального союза лифтовых саморегулируемых организаций (НСЛ СРО), на котором специалисты пришли к выводу о необходимости перехода к обязательному саморегулированию и заро ...

В Думе решили обязать использовать новые материалы при ремонте дорог

На заседании Госдумы России представителями комитета по транспорту принято решение о внесении поправок в действующий техрегламент строительства дорог. В частности, в них предлагается сделать обязатель ...
 
 Архив строительных новостей

 Архив строительных новостей (продолжение)

Строителям на заметку.

Новости сайта

Строительные материалы в Интернете