В строительстве постоянно появляются новые технологии и материалы. К последним относятся композиты. Они обладают рядом уникальных свойств, что позволяет их задействовать при возведении, ремонте и усилении различных объектов. В статье рассмотрим основные виды композитов, которые используются в современной строительной сфере.
Какой материал является композитным
Композиты – изделия, состоящие из двух и более компонентов с разными физическими и химическими свойствами. Структура состоит из матрицы (связующая основа) и армирующих волокон. Матрица бывает полимерной, цементной или металлической. Обеспечивает нужную форму и распределяет нагрузку. Армирующие волокна – специальные полимерные элементы, придающие материалу прочность, жесткость и другие характеристики.
Преимущества композитов
Широкое применение композитов в строительстве объясняется рядом эксплуатационных свойств:
- Высокая прочность при небольшом весе – композиты выдерживают нагрузки до 4000 МПа и превосходят по удельной прочности сталь. При этом их вес значительно меньше металла. Композиты усиливают конструкции без увеличения нагрузки на фундамент.
- Коррозионная стойкость – композиты не подвержены окислению и устойчивы к агрессивным средам, в том числе к химическим соединениям. Сохраняют свойства при 100% влажности.
- Легкость монтажа – выполняется без использования тяжелой строительной техники и закрытия объекта на ремонт. Композиты могут наклеиваться на сложные криволинейные поверхности без дополнительной обработки.
- Долговечность – срок службы превышает 50 лет без потери ключевых характеристик. Геометрическая форма композитов не меняется, при циклических нагрузках на поверхности не образуются трещины.
- Универсальность – композитами можно усиливать конструкции практически из любых материалов, включая бетон, кирпич, металл и дерево. Они выдерживают экстремальные условия эксплуатации, включая низкие температуры и термическое воздействие.
- Экономичность – композиты снижают трудозатраты за счет легкости использования и отсутствия необходимости в регулярном обслуживании.
Дополнительно, композиты экологичные – в их составе нет вредных веществ.
Какие материалы относятся к композитным
В строительной индустрии используются композиты нескольких типов.
Углеволокно
В углепластиковых композитах эпоксидные смолы служат связующей основой для углеродных нитей. Органические волокна получают из полиакрилонитрила. Он подвергается термической обработке, за счет чего удаляются все примеси. Готовые композиты получают графитовую структуру, которая придает прочность и другие свойства.
Какие бывают композитные материалы из углеволокна:
- ламели – плоские полосы толщиной 1,2-1,4 мм;
- панели – полотна из тканей с разным плетением (сатин, твил);
- сетка – армирующий каркас с ячейками размером 5-20 мм.
В последнее время производятся гибридные модификации композитов с улучшенными эксплуатационными параметрами. Отрасли, в которых используются углепластики: мостостроение, авиационная промышленность и строительство. Усиление конструкций углеволокном – один из самых эффективных методов ремонта.
Стекловолокно
Стеклопластиковые композиты производятся путем сочетания полимерных смол с армирующими волокнами из расплавленного кварцевого песка. Технология производства сводится к вытягиванию тонких нитей диаметром 5-25 микрон, которые затем собирают в жгуты или тканые полотна.
Основное преимущество стекловолокна – высокая химическая стойкость. Материал сохраняет стабильность в щелочной среде бетона и не подвержен электрохимической коррозии. Прочность на растяжение достигает 1000-1500 МПа при плотности 2,1-2,4 г/куб. см. Теплопроводность в 5 раз ниже, чем у металла.
Стеклопластики недорогие, что объясняется дешевизной исходного сырья и простотой производства. Однако модуль упругости ограничивает применение композитов в высоконагруженных конструкциях. Стекловолокно используется при армировании бетонных элементов с умеренными нагрузками, ремонте фасадных систем и балконных плит. Задействуется при создании защитных кожухов для прокладки инженерных коммуникаций и усилении кирпичной кладки в сейсмически активных зонах.
Ограничения в использовании материала связаны с хрупкостью при ударных нагрузках и склонностью к ползучести при длительном напряжении. Для наружного применения требуются УФ-стабилизированные покрытия. Монтаж стекловолокна выполняется методом «мокрого» ламинирования с ручной пропиткой или через предварительно насыщенные композиционные материалы-полуфабрикаты.
Базальтопластик
Композит производится из расплава вулканических пород. Полученные нити диаметром 9-15 микрон пропитывают эпоксидными или фенольными смолами. Базальтопластик характеризуется высокой термостойкостью – сохраняет свойства при температуре +600°С и выдерживает кратковременный нагрев до +1000°С. Температурный коэффициент расширения близок к бетону, что предотвращает растрескивание при нагреве. Прочность на разрыв достигает 1800-2500 МПа при плотности 2,6-2,8 г/куб. см.
Кроме этого, композит виброустойчивый, что обеспечивается внутренним демпфированием – материал поглощает до 85% колебательной энергии. Химическая инертность к щелочам и кислотам выше, чем у стекловолокна.
Базальтопластик применяется при ремонте промышленных объектов, производство внутри которых сопряжено с высокими температурами. Используется для огнезащиты несущих конструкций. Задействуется при реконструкции дымовых труб и тепловых агрегатов. Подходит для укрепления зданий, расположенных в сейсмоактивных зонах. Экологичность производства и возможность утилизации делает композит перспективным для «зеленого» строительства.
Арамидные волокна
Изготавливаются из синтетических полимерных нитей на основе ароматических полиамидов устойчивых к динамическим нагрузкам. Прочность на растяжение достигает 3000 МПа при плотности всего 1,45 г/куб. см. За счет гибкости, с помощью арамидных волокон можно создавать сложные криволинейные поверхности с высокой несущей способностью. Ударная вязкость материалов в 5-7 раз выше, чем у углеволоконных композитов. Термостойкость сохраняется при температуре до +400°С, при этом волокна не поддерживают горение.
Существенный недостаток у композитов один – слабая устойчивость к ультрафиолету. При наружном использовании без защитных покрытий, прочность снижается на 30-40% через 12-18 месяцев. Кроме этого, гидрофильность волокон требует тщательной гидрофобизации, если предполагается применение в условиях повышенной влажности.
Арамидные волокна задействуются для защиты строительных объектов, усиления конструкций в сейсмоопасных районах, ремонта компонентов, подверженных вибрационным нагрузкам. С помощью композитов также создаются временные укрепляющие системы.
Технология установки
Композитные материалы в усилении конструкций – одно из лучших решений. Главное соблюдать технологию монтажа. Наклейка ламелей начинается с механической подготовки основания. Нужно его очистить от старой штукатурки, обезжирить и создать на поверхности шероховатость. Для улучшения адгезии конструкцию обрабатывают праймером, затем наносят эпоксидный клей и прижимают углепластиковую ленту валиком для удаления воздушных пузырей. Колонны обматывают спирально с нахлестом 50-100 мм, соблюдая достаточное натяжение.
Для обработки сложных поверхностей задействуется метод вакуумной инфузии. На подготовленное основание укладывают сухое волокно, закрывают герметичной мембраной и откачивают воздух. В условиях вакуума смола равномерно пропитывает армирующий композит. Процесс требует контроля температуры и уровня вязкости связующего.
Еще один способ монтажа – применение предварительно пропитанных систем. Композиты поставляются готовыми к установке. Полимеризация происходит при нагреве до 120-180°С с помощью термоодеяла или автоклава. Технология обеспечивает стабильное качество нанесения, но требует применения специального оборудования.
Заключение
Мы рассмотрели, какой бывает композит и его роль в строительстве. Продукция обладает свойствами, которых нет у многих других материалов. Углеволокно, стеклопластики, базальтопластики и арамидные волокна эффективно решают многие задачи в строительной области – от ремонта фасадов до защиты объектов, работающих в экстремальных условиях. Вполне возможно, что со временем композиты полностью заменят ряд традиционных материалов и позволят существенно экономить на строительстве и ремонте.
