Композитные материалы
Применение композитных материалов в строительстве
 

Н А В И Г А Ц И Я:

Ваша реклама на нашем ресурсе:
Обмен статьями и ссылками.
По всем вопросам пишите через форму обратной связи


За относительно короткое время композиционные материалы (КМ) превратились из материалов исключительно стратегического, военного назначения в материалы широкого применения, использующиеся в таких отраслях промышленности и народного хозяйства как химическая промышленность, автомобилестроение, судостроение, строительные отрасли, железнодорожный транспорт, электротехническая промышленность, ядерная техника, сельскохозяйственная техника, медицина, спортивный инвентарь и другие


В связи с все возрастающей потребностью населения многих стран в наличии широкой номенклатуры жилья особое внимание уделяется использованию новых перспективных композиционных материалов с высоким уровнем технических, эстетических, а также специальных характеристик для изделий строительного назначения.


В строительной промышленности широко применяют следующие основные типы материалов, основанные на исходных стеклопластиковых, углепластиковых полуфабрикатах, а также обширный ряд полимерных смол:


  • дисперсные системы (например, бетоны на основе синтетических смол, плиты из измельченной крошки в полимерной или цементной, древесностружечные плиты и др.);
  • слоистые материалы на основе синтетической смолы (фенолформальдегидной, полиэфирной, эпоксидной, силиконовой и др.) и листовые на основе крафт-бумаги, асбестовых матов и тканей;
  • волокнистые материалы: стеклотекстолиты на основе стеклотканей, хаотически армированных матов и др;
  • мембраны, используемые в ряде подвесных конструкций, и которые поддерживаются мачтами, тросами, или избыточным давлением воздуха.

Все названные выше типы материалов можно применять совместно. Например, волокнистые и дисперсные материалы могут быть компонентами слоистых панелей. К КМ, применяемым в строительстве, кроме традиционных (высокая прочность и жесткость, относительно низкая стоимость, технологичность и др.) предъявляют также специфические требования:


  • высокая теплоизолирующая способность;
  • огнестойкость (негорючесть);
  • долговечность (светостойкость, атмосферостойкость, срок службы, исчисляемый десятками и сотнями лет);
  • обитаемость;
  • удовлетворение санитарным нормам по уровню выделения вредных продуктов.

Кроме этого, к строительным конструкциям часто предъявляют повышенные требования, касающиеся износа, декоративного вида, акустики и др.


Следует подчеркнуть, что в настоящее время практически невозможно найти такие материалы, которые бы обеспечивали выполнение всех традиционных и специфических требований в полной мере (возможно, исключением может быть только теплоизоляция).


При выборе материалов для изготовления элементов будущего здания следует учитывать ряд важных моментов, таких как горючесть (воспламеняемость) строительных пластиков и их атмосферная и химическая стойкость. Как и другие органические материалы, все пластики могут быть разрушены при воздействии достаточно высоких температур. Наполнители, пластификаторы и другие компоненты сильно влияют на их воспламеняемость. Так как химический состав пластиков близок к составу древесины, бумаги и тканей, продукты сгорания их также схожи. Состав продуктов сгорания зависит не только от состава материалов, но и от условий горения. Некоторые из наименее огнеопасных пластиков выделяют при горении очень большое количество дыма. Если в состав пластиков входят такие компоненты как хлор, фтор, азот и сера, то они также присутствуют в отходящих газах.


Под воздействием различных атмосферных факторов (реакций окисления, влияние света, озона, тепла) полимерные КМ проявляют склонность к старению. Наружная их поверхность при эксплуатации на открытом воздухе без соответствующих мер защиты теряет товарный вид, а также ухудшаются механические и эксплуатационные характеристики вследствие растрескивания связующего, отделения его от волокон, расслоения материала. Более того, на стадии проектирования изделия и выбора материала следует помнить, что старение полимерных материалов происходит значительно интенсивнее, если воздействие атмосферных факторов сопровождается длительно действующими рабочими напряжениями, близкими по величине к допустимым напряжениям в материале. Для стеклопластиков на эпоксидном и полиэфирном связующих снижение величины предела прочности и модуля упругости вследствие старения материалов при экспозиции в районах средних широт в течении 1,5…2 лет могут достигать 10…15%.


В настоящее время широкое распространение получили декоративные и защитные панели, а также легко транспортируемые и устанавливаемые сборные конструкции из композиционных материалов: оболочки, купола, своды, арки, консольно-балочные системы, опоры, навесы, панели, стеновые перегородки, листы для внутренней и наружной отделки, резервуары, бункеры силосных башен, облицовки ванны, санузлы, плавательные бассейны, камины, столбы и опоры для линий электропередач, карнизы, балконные плиты, ограждения лестницы и балконы, холодная прозрачная кровля, плинтусы, подоконники, полупрозрачные и другие плиты для световых двориков, плиты для огнестойких перегородок, элементы вентиляционных систем, использующиеся для технического, сельскохозяйственного и жилого строительства.


Проведенные исследования показали, что удельная прочность и жесткость строительных конструкций из стеклопластиков и углепластиков значительно выше, чем конструкций, изготовленных из большинства традиционных материалов. Так, например,эти показатели у стеклопластиков типа СВАМ в 7-10 раз выше, чем у стали; в 6-8 раз, чем у пиломатериалов; в 5-7 раз, чем у прессованной фанеры. Для увеличения жесткости и уменьшения расхода материала поперечные сечения изделий из стеклопластика выполняют коробчатой, лотковой или других форм.


Один условный квадратный метр промышленного здания с панелями из стеклопластиков весит в 4,5 - 5 раз меньше, чем из обычных кирпично-бетонных материалов. В сравнении с кирпичными стеновые панели с применением стеклопластиков в 2 - 3 раза легче, но более капиталоемки, что приводит к перерасходу совокупных приведенных затрат. Вместе с тем одна из панелей потолочных перекрытий (трехслойная стеклопластиковая панель с асбоцементными обшивками на стальной раме) позволяет получить экономию совокупных приведенных затрат.


Перспективно также применение стеклопластиков в опорах линий электропередач, где высокая удельная деформативность этих армированных материалов более приемлема, чем в других несущих строительных конструкциях. Это объясняется невысокими требованиями, предъявляемыми к опорам в отношении их прогибов, а также и тем, что при обрыве проводов в одном из пролетов усилия в необорванных проводах смежных пролетов существенно снижаются благодаря деформативности стеклопластиковых опор. Кроме того, если использовать стеклопластики для траверс, то это приведет к уменьшению числа фарфоровых изоляторов в гирляндах. Безусловный интерес для строительства представляют волнистые стеклопластики, удачно сочетающие высокие конструкционные и архитектурные качества. Как правило, эти материалы используют при необходимости устройства светопрозрачных покрытий, так как помимо светопрозрачности они обладают относительно малой массой, различными цветовыми характеристиками, большим термическим сопротивлением, лучшим рассеиванием света и т. д. Для светопрозрачных кровель их применяют как самостоятельно, так и совместно с другими материалами. Для производственных работ проще, если кровля выполнена из одного вида материала.


Комбинированные кровли устраивать более сложно. Волнистые стеклопластики в этом отношении удобны тем, что их волнистость может соответствовать волнистости других кровельных материалов, например металлических или асбестоцементных листов, в комбинации с которыми их и применяют.


Светопрозрачные покрытия и ограждения особенно выгодны для промышленных зданий, эксплуатируемых в условиях выделения агрессивных газов или паров и расположенных в районах с влажным и теплым климатом. Вследствие быстрой коррозии и разрушения металлических и асбестоцементных кровельных покрытий и стеновых ограждений применение стеклопластиков для этих целей экономически более выгодно, даже если они дороже обычных материалов.


В современном массовом жилищном строительстве, в частности в домах точечного типа, также существует необходимость в устройстве верхнего дневного освещения лестничных клеток с применением фонарей. Подобные фонари отличаются от промышленных значительно меньшими размерами и простотой устройства.


Наиболее широко стеклопластики применяют в строительстве временных сооружений, выставочных павильонов, торговых точек, летних домиков и т. п. В сельском строительстве использование стеклопластиков возможно при сооружении теплиц, парников, хранилищ и т. д. Некоторые особенности волнистых стеклопластиков, например, недостаточная огнестойкость, в ряде случаев ограничивают их применение. Однако при устройстве козырьков над входами и навесов над балконами или верандами они не имеют никаких ограничений, соответствуют предъявляемым требованиям, а по некоторым показателям (малая масса, светопрозрачность, высокие декоративные данные, простота применения и т.д.) даже превосходят применяемые в этих целях традиционные материалы. Опыт изготовления временных зданий и сооружений из стеклопластиков позволяет формировать санитарно-технические узлы в виде единого блока с заранее смонтированными электропроводкой и гибкими (из поливинилхлорида) трубопроводами систем водоснабжения, способными расширяться без разрушения при замерзании в них воды.


В Харькове разработаны варианты стеклопластбетонных стоек, имеющих ряд преимуществ по сравнению с железобетонными. Бетонный элемент стойки заключен в обойму (трубу) из ориентированного стеклопластика. При этом стеклянные волокна расположены в определенном направлении, в результате чего стойка приобретает необходимые прочностные свойства. Бетонное ядро обеспечивает ей необходимую жесткость и воспринимает часть нагрузки. Остальную нагрузку несет стеклопластиковая обойма- арматура, которая существенно повышает несущую способность стойки.


В проектировании и строительном производстве есть примеры получения плоскихи пространственных ферм из стеклопластиковых элементов. Стержни ферм изготовляют из стеклопластиков уголкового, трубчатого или других профилей. Однако наибольшее применение нашли трубчатые профили.


При изготовлении труб из стеклопластиков в качестве исходных материалов используют полиэфирные, фенольные, эпоксидные, фурановые и другие смолы и стеклонаполнители — ровинг, нити, ткань, тканые ленты, стеклошпон и т. д. Трубы изготовляют с помощью намотки, протяжки, циркулярного ткачества. В некоторых случаях в производстве труб применяют одновременно несколько методов.


Из волокнистых композиционных материалов можно изготовить стандартные линейные элементы, например, двутавры, прутки и т. д., применяющиеся в строительной промышленности, однако наиболее выгодно использовать композиционные материалы в конструкциях, обладающих жесткостью и прочностью благодаря своей форме. Примерами таких конструкций служат оболочки и гофрированные пластины. Оболочки имеют искривленную поверхность одинарной или двойной кривизны. При выборе формы оболочки ее пространственную конфигурацию следует рассматривать не только с точки зрения ее конструкционной эффективности, но и с точки зрения ее пригодности для предполагаемого использования огораживаемого ею пространства.


Для изготовления стен, полов и крыш домов возможно использовать трехслойные панели, содержащие сотовые заполнители из пропитанной фенольной смолой крафт-бумаги. Сотовая сердцевина облицована полиэфирной смолой, армированной тканью из стекловолокнистой ровницы, гипсовой плитой и отделочными материалами. Заполнитель облицован плотной тканью из стекловолокнистой ровницы, пропитанной полиэфирной смолой. Эти элементы составляют конструкционную часть композиционных панелей. Для придания панелям огнестойкости и требуемых акустических свойств использованы гипсовые доски, поверх которых нанесены различные отделочные материалы, такие, например, как напыленная смесь неориентированных стекловолокон с полиэфирной смолой. Для полов и других плоскостей, подвергающихся воздействию транспорта и требующих дополнительной прочности и жесткости, в качестве дополнительной облицовки может быть применена фанера. Панели соединяют в жесткие блоки для фабричной отделки и транспортировки к месту назначения.


Для проведения выставок широко применятся натяжные и воздухоопорные конструкции (павильоны), поддерживаемые избыточным давлением воздуха и состоящие из однослойной мембраны, прикрепленной вдоль края анкерами к фундаменту. Мембрана может быть изготовлена из стеклоткани, покрытой полихлорвинилом. Она имеет высокую степень прозрачности и в ясный день пропускает внутрь павильона мягкий свет в количестве, более чем достаточном для освещения экспонатов. Избыточное внутреннее давление, необходимое для поддержания павильона, составляет всего сотые доли атмосферы при достаточно большой подъемной силе. Отсутствие внутренних колонн и несущих конструкций обеспечивает максимальную свободу для размещений экспонатов.



Советуем посетить:

Советуем подписаться
  Что нам стоит дом построить?
  Построй свой дом
  Экономичное строительство из земли!
  Советы домашнему мастеру
  Сказки на ночь
  Новинки Аватар. Веселые картинки





Композитные материалы. Справочник по материалам и технологиям
При копировании материалов ОБЯЗАТЕЛЬНА установка активной ссылки на http://cy7.ru