Композиционные материалы в строительстве

В данной статье рассказывается о композиционных материалах (композитах). Также рассматриваются применение алюминиевых композитных панелей в строительстве, их свойства.

Композиционный материал – это материал, созданный главным образом искусственно, который состоит из нескольких компонентов остающихся раздельными на макроскопическом уровне в финишной структуре с хорошо наблюдаемой границей между ними.

Как правило, композиционный материал (композит) состоит из двух категорий элементов: армирующее вещество и матрица. Армирующее вещество придает материалу физические и механические свойства, такие как прочность и упругость. Матрица же окружает данное вещество своим материалом, придавая форму изделию.

Рисунок 1. Наглядное представление композиционного материала

Механические свойства композиционного материала определяются соотношениями свойств армирующего вещества и матрицы. Эффективная эксплуатация достигается лишь при правильном выборе исходных составляющих. Объединяя материалы с разными свойствами, получают другой материал, наиболее универсальный, включающий в себя сразу несколько хороших качеств, и который превосходит свои компоненты по различным свойствам. Однако, соединив несколько элементов воедино, можно получить композиты или сплавы легче по массе, чем их предшественники. Применение композиционных материалов позволяет строителям и архитекторам уменьшить массу конструкции, при этом сохранив, или даже улучшив её механические характеристики, например:

1)  высокая удельная прочность (прочность 3600 МПа);

2)  высокая жёсткость (модуль упругости 120–250 ГПа);

3)  высокая износостойкость;

4)  высокая усталостная прочность;

5)  возможно изготовить размеростабильные конструкции.

Одним из самых простейших композитов является кирпич, состоящий из глины и соломы, который применяли ещё в древнем Египте. Наиболее эффективные композитные материалы нашли своё применение в космическом строении кораблей, так как они способны выдерживать нагрузки в агрессивных средах. А самым распространенным композитом является железобетон, который очень широко применяют в строительстве.

Таблица 1.

Характеристики композитной арматуры из стекла и углепластика

Классификация композитов

Как правило, композиционные материалы различают по виду армирующего элемента:

·       скелетные (их начальные структуры наполнены связующим);

·       наполненные пластики (армирующим материалом являются частицы);

·       слоистые;

·       волокнистые (армирующий материалом являются волокнистые структуры);

·       насыпные (гомогенные).

Современное строительство требует использования наиболее усовершенствованных материалов, поэтому композиты всё более активно входят в данную сферу, которым находят широчайшее применение. Это легко объяснить:

1)  Во-первых, материалы из композитов имеют такую же прочность, как и металлы. А стеклопластиковые изделия вообще в строительстве уникальны, так как обладают высокой прочностью на сжатие, на срез, на скручивание, а также на разрыв.

2)  Во-вторых, композиты (учитывая достойную прочность) гораздо легче в сравнение с металлом, что сильно увеличивает их область использования.

3)  В-третьих, композиты очень хорошо переносят агрессивные среды. Солнечные лучи и осадки никак не сказываются негативно на конструкциях композитных материалов. То есть, например, стекловолокнистые балки можно использовать как при внутренней эксплуатации, так и внешней.

4)  Также композиты не теряют своих свойств в реакциях с самыми активными химическими реагентами.

5)  Еще одним важным преимуществом композитов является присутствие в них стекловолокна, эпоксидных или полиэфирных смол, которые не дают пламени распространяться при пожаре. Бесспорным преимуществом также является то, что они не дымят и не выделяют опасный диоксид.

В современном строительстве широкое применение нашли алюминиевые композитные панели. Они имеют довольно красивый внешний вид для облагораживания фасадов здания. Строительные организации, в последнее время, предпочитают использовать именно их в облицовочных работах. Композитные панели являются материалом, который обладает уникальными свойствами. Во-первых, панели – гибкий но очень прочный материал, который с легкостью выдерживает воздействие внешних факторов. Материал поддается различным видам механической обработки, таким как: гибка, резка, сверление, сварка, фрезеровка. А также, их монтаж позволяет обеспечить звукоизоляцию и виброизоляцию.

Алюминий не подвержен коррозии, поэтому материал устойчив к выпадению осадков, а также не боится резких перепадов температуры. Данный композит сочетает в себе многие свойства отдельно взятых элементов, из которых он создан – легкость, долговечность и пластичность алюминия, противопожарные свойства и шумоизоляция полиэтилена высокого давления.

Основные преимущества:

· Хорошо подавляет шумы, доносящиеся с улицы. Виброизоляция.

· Алюминиевые композиты долговечны (срок эксплуатации более пятидесяти лет!!!), а так же обладает высокой износостойкостью.

· Многослойность композиционной алюминиевой панели не дает ей деформироваться при температурных изменениях.

· Данный материал не подвержен горению и обладает очень высокой огнестойкостью.

· Материал не окисляется, не подвержен коррозии. Является качественным отделочным материалом.

Итак, подведя итог всему сказанному, можно сделать вывод о том, полимерные композиты, изделия и конструкции 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 миллионов тонн. А наибольшее применение они находят при строительстве транспортной инфраструктуры, в жилищно-коммунальном хозяйстве, при возведении промышленных и жилых зданий.