Говоря о применении новых материалов на основе пластиков в стройиндустрии, стоит заметить следующее. Если в гражданском строительстве в основном применяются «традиционные» материалы, то в таких секторах, как, строительства мостов, железных дорог, мостов и др., у полимерных композитов есть неплохие перспективы. Строительство
Строительство – это размытый термин, который включает в себя самые разные механические нагрузки, начиная с легких нагрузок, которым подвергаются щиты, корпуса, гнезда для защиты оборудования или звуконепроницаемых стен, и заканчивая сверхвысоким давлением, которое выдерживают опоры для мостов.
Для поиска решений, применимых в этих несхожих ситуациях, в гражданском строительстве применяются очищенные пластмассы или композиты:
- Обычно применяемые в легких строительных конструкциях.
- Периодически используемые в специализированных (нишевых) конструкциях
- Предназначенные исключительно для крупных строительных конструкций, например, мостов.
На рисунке 1 изображено несколько примеров.
Рисунок 1: Строительные конструкции в гражданском строительстве
В гражданском строительстве используются традиционные материалы, например бетон и сталь, для которых характерна низкая стоимость компонентов, но высокая стоимость обработки и установки, а также низкие возможности обработки. Результатом внедрения пластмасс может стать следующее:
- Сокращение итоговых расходов.
- Повышение производительности.
- Снижение веса.
- Увеличение возможностей при проектировании в сравнении с деревом и металлами.
- Устойчивость к коррозии.
- Простота обработки и установки.
- Определенные полимеры могут пропускать свет и даже быть прозрачными.
- Простота технического обслуживания.
- Изоляционные свойства. С другой стороны, следует помнить о старении и механическом сопротивлении. Тем не менее, некоторые проекты, построенные в середине 1950х годов с использованием полиэстера, укрепленного стекловолокном, демонстрируют значительную долговечность. Отрасль гражданского строительства относится к консервативным, и перед расширением использования пластмасс и композитов стоят такие барьеры, как:
- Слабая изученность и малый опыт работы с этими материалами в отрасли гражданского строительства.
- Сложность перенесения опыта, накопленного в других отраслях промышленности.
- Сложность выбора и оценки размеров этих материалов.
- Сложность взаимопонимания между представителями различных профессий, обладающими очень разными менталитетами.
- Мнение о пластмассах, сложившееся в обществе.
- Жесткие окружающие условия на месте строительства.
- Сложные условия применения, которые не совсем совпадают с практикой и квалификацией строителей.
Прогрессивный ответ пластмасс возрастающим требованиям строительства: от очищенных термопластов к ориентированным композитам с углеродными волокнами
Композиты представляют особый интерес для строительной отрасли, так как им присущи высокие коэффициенты [производительность/вес/конечная стоимость].
Более того, возможность задания направления в композитном укреплении расширяет возможности при проектировании в сравнении со сталью.
В таблице 1 сравнивают несколько случаев, но также существуют и другие промежуточные решения. Таблица 1: Примеры свойств от очищенных термопластов к однонаправленным композитам Очищенные пластмассы и пластмассы, укрепленные коротким стекловолокном | | Характеристика | Полиуретан, полученный усиленным реакционным инжекционным формованием | Полиметилметакрилат для звуконепроницаемых стен | | Стекловолокно, % | 15 | 0 | | Плотность, г/см3 | 1.14 | 1.19 | | Прочность на разрыв, МПа | 20 – 27 | 70 – 80 | | Растяжение при разрыве, % | 75 – 200 | 5 | | Модуль изгиба, ГПа | 0.7 – 1.2 | 3.3 | | Воздействие надреза по Изоду, Дж/м | 160 – 430 | | | Воздействие надреза по Изоду, кДж/м2 | - | 1.6 | | Термореактивная пластмасса, усиленная стекловолокном, для BMC (стеклонаполненный премикс для прессования) и SMC (листовой формовочный материал) | | Характеристика | BMC | SMC | | Вес стекловолокна | 10 – 20 | 25 – 30 | | Плотность, г/см3 | 1.7 – 2 | 1.7 – 1.9 | | Прочность на разрыв, МПа | 30 – 40 | 48 – 110 | | Растяжение при разрыве, % | - | 1.6 – 2 | | Модуль изгиба, ГПа | 5 – 11 | 6 – 16 | | Воздействие надреза по Изоду, Дж/м | 260 – 400 | | | Эпоксидная смола, усиленная однонаправленным углеродным волокном | | Вес углеродного волокна, % | 65 | | Плотность, г/см3 | 1.5 – 1.7 | | Прочность на разрыв, МПа | 1,500 - 3,000 | | Растяжение при разрыве, % | 0.5 – 1.7 | | Модуль изгиба, ГПа | 100 – 400 |
На рисунке 2 приведена схема роста механической эффективности в соответствии с армированием полимера.
Рисунок 2: Механическая эффективность пластмасс Затраты на материал для композитов всегда превосходят аналогичные затраты на металл, а самое дорогое это углеродно-волоконное армирование (см. Рисунок 3). Эти затраты на пластмассы и композиты компенсируются другими преимуществами.
Рисунок 3: Сравнительная стоимость композитов и металла В обмен на высокую стоимость материала композиты предлагают уникальный набор интересных свойств:
- Снижение веса
- Сокращение расходов на сборку
- Установка
- Сокращение операционных расходов
- Сокращение итоговых расходов
- Сопротивление коррозии
- Безопасность.
Снижение веса
Плотность стали превышает плотность композитов по следующим коэффициентам:
- 3.9 против эпоксидной смолы, армированной стекловолокном.
- 5.1 против эпоксидной смолы, армированной углеродным волокном.
- 5.8 против эпоксидной смолы, армированной кевларовым волокном.
Возможности снижения веса, если использовать композиты вместо стали, менее значительны. В большинстве предлагаемых в настоящее время решений их можно оценить приблизительно в 15-30%.
|
