Свойства композиционных материалов, используемых в строительстве

Строительная сфера развивается за счет регулярного внедрения инновационных технологий и материалов. Они увеличивают стойкость сооружений к механическим и другим воздействиям. Восстанавливают базовые характеристики конструкций. Одно из новых решений в строительстве – композиты. Продукция востребована при возведении новых зданий, ремонте и реконструкции старых построек. Какими свойствами обладают композиционные материалы и где они применяются, рассмотрим дальше.  

Что это такое?

Композитные материалы – конструкционная продукция с металлической или неметаллической основой, в которой присутствуют армирующие элементы в виде углеродных, стеклопластиковых волокон, нитей или хлопьев. При комбинировании составов производители получают материалы с нужными показателями прочности, упругости и абразивной устойчивости. Создают изделия с требуемыми диэлектрическими, магнитными и другими характеристиками.

Разновидности, физические свойства и применение композиционных материалов

В строительстве задействуются разные композитные материалы. С учетом основы они делятся на:

1. Материалы с металлической матрицей – основа из алюминия, магния, никеля, и т.д. Упрочняется полимерными волокнами или тугоплавкими частицами, которые не растворяются в металле. Матрица объединяет армирующие компоненты в единое целое. 
2. Материалы с неметаллической матрицей – основа состоит из полимеров, углеродного или керамического сырья. Матрица связывает компоненты в единую форму. В качестве наполнителей выступают углеродные, стеклянные, борные, органические волокна, а также элементы из металла, характеризующиеся отличной прочностью и жесткостью.

Материалы с неметаллической матрицей делятся на несколько типов:

1. Стеклопластик – основа из полимера. Стекловолокно является связывающим элементом. Стеклопластик характеризуется прочностью, инертностью к химическим соединениям и огню. Кроме строительства, востребован в автомобилестроении, а также при изготовлении ветряных турбин.
2. Углепластик – матрица из полимерного связывающего. Армирующими элементами являются углепластиковые волокна или ткани. Свойства композиционных материалов: прочность и стойкость к механическим ударам, отличная звукоизоляция. Продукция применяется при ремонте сооружений, задействуется в транспортной и других сферах.
3. Полимер-керамический композит – основа полимер, армированный керамическими частицами. В продукции сочетается надежность керамики и легкость полимера. Свойства композитных материалов востребованы во многих сферах.
4. Углеграфиты – сложные в производстве композиты, у которых углерод используется и в составе матрицы, и в качестве армирующего звена. Отличаются высокой прочностью и устойчивостью к любым воздействиям. Выдерживают температуру до +3000 градусов. 
5. Органопластики – содержание органических компонентов в продукте достигает 70% от общей массы. Чаще используется синтетическая органика, реже – природная. Матрица бывает термопластичной или термореактивной. Материалы обладают высокой плотностью и небольшим весом. При хорошей прочности неплохо растягиваются.
6. Боропластики – в качестве наполнителей применяются борные волокна, основа производится из реактопласта. Материалы дорогие, но прочные. Стойкие к нагрузкам и деформации на сжатие. 
7. Текстолиты – группа композитных материалов на пластиковой или тканевой основе. В качестве добавок используются нитевые полотна из углерода, хлопка, стекла или базальта, от которых зависят базовые характеристики. Из текстолитовых материалов выпускают изолирующие или амортизирующие компоненты машин, которые работают в агрессивных средах. 

При производстве композитов могут применяться и другие материалы.  Их состав и пропорции подбираются с учетом характеристик, которые должны присутствовать в готовом продукте.

Композитные материалы: свойства для строительства и других сфер

 Основные характеристики:

• Матрица – отвечает за форму и структуру.
• Армирующий компонент – придает механические свойства композитным материалам.
• Процент содержания армирующих частиц – влияет на прочность и устойчивость к воздействиям извне. 
• Механические характеристики – усталостная прочность, жесткость, ударопрочность и т.д., от которых зависит назначение. 
• Коррозионная устойчивость – важна, если материалы соприкасаются с химическими соединениями.   
• Температурная стойкость – композитные материалы могут использоваться в условиях низких и высоких температур.

К базовым параметрам также относится масса. Композитные материалы легкие при высокой прочности и других характеристиках.   

Преимущества

Востребованность композитных материалов объясняется многими достоинствами:

1. Прочность – больше, чем у стали.
2. Высокая адгезия к поверхностям с неоднородной структурой – композиты надежно фиксируются и не отслаиваются при сильных воздействиях.
3. Стойкость к окислительным процессам.
4. Легкость – при небольшом весе углепластик выдерживает максимальные нагрузки. 
5. Инертность к воде и различным веществам – поверхность материалов глянцевая, что пресекает реакцию с различными соединениями.
6. Стойкость к огню – изделия инертны к открытому пламени и не способствуют распространению пожара. 
7. Универсальность – композитные материалы применяются для усиления любых построек. Эффективны на сложных сооружениях, угловых и круглых участках, балках, рамах, перекрытиях и т.д.
8. Стабильность параметров – изделия сохраняют форму в любых условиях. Композитная продукция эстетично выглядит, поэтому не портит вид объектов. 
9. Высокая тепло- и звукоизоляция – композитные материалы способствуют снижению расходов на отопление, увеличивают комфорт в зданиях.
10. Гибкость в дизайне – с их помощью можно создавать более сложные архитектурные решения.
11. Экологическая безопасность – композитные материалы производятся из компонентов, безвредных для человека. 

Дополнительное свойство композиционных материалов для строительства – легкость монтажа. Установка проводится без применения сложного оборудования и задействования большого числа рабочих. Усиление композитами может выполняться без полного закрытия здания на ремонт или изменения режима его работы. Материалы подходят для укрепления любых построек. 

Где используются

Композитные стройматериалы применяются для армирования сооружений из:

• Стальных сплавов и других металлов – каркасы построек, перекрытия, ригели, столбы и прочие конструктивные элементы зданий. Металлические компоненты сопоставимы с композитами по прочности и другим параметрам.
• Железобетона – гидротехнические объекты, мосты, жилые, промышленные, коммерческие здания, памятники архитектуры, которым важно сохранить целостность и защитить от атмосферных и других воздействий.
• Камня – колонны, стены строений и пилонов.

Композитные материалы также используются при ремонте кладки из кирпича и деревянных конструкций. Задействуются, если вносятся изменения в несущие части объектов. Применяются при надстройке этажей. Востребованы в районах с высокой подвижностью грунтов.

Ремонт сооружений с использованием композитных материалов проводится в следующих случаях:

• повреждение фундамента, из-за чего снизилась несущая способность и другие важные характеристики;
• изменение назначения здания – увеличение нагрузок, переоборудование или смена направления производства (например, установка более мощного оборудования);
• возведение объектов для увеличения сейсмической стойкости и периодов между плановыми ремонтами;
• постоянные нагрузки или воздействие агрессивных сред, которые привели к повреждению бетона или другого важного материала.

При задействовании композитов в качестве основных укрепляющих элементов, ремонт обязательно проводится с соблюдением технических нормативов.

Заключение 

Композитные материалы – важные инструменты в строительстве. С их помощью строят эффективные, надежные и эстетичные здания. Восстанавливают и реконструируют старые постройки жилого, промышленного или коммерческого использования. Изделия улучшают характеристики готовых строений, повышают их долговечность и функциональность. При задействовании материалов, срок службы объектов увеличивается на несколько десятков лет.