Композитное будущее

Эволюция материалов за последние годы происходит весьма стремительно. Появление принципиально новых материалов и их практическое применение во многих областях деятельности открывает все больше перспектив для различных отраслей промышленности. Одной из них является строительство. В течение последнего десятилетия в данной отрасли появилось множество новых материалов, которые заметно улучшили качество возводимых зданий и облегчили работу самих строителей. Сегодня строительство активно осваивает технологические процессы с использованием композитных материалов. Обладая рядом существенных преимуществ перед традиционными материалами (бетоном или металлом), композиты могут вывести отрасль на новый уровень развития. По этой причине композитные материалы весьма интересны не только строительным компаниям, но и многочисленным снабженческим и посредническим структурам, главной задачей которых является обеспечение бесперебойного процесса строительства. Следовательно, композитные материалы представляют интерес и для металлоторговых компаний: расширение ассортимента предлагаемой продукции является одним из факторов успешного выживания в кризисный период. Но для начала торговой компании необходимо четко представить, что же такое композитные материалы. Этот вопрос мы и рассмотрим.

На сегодняшний день среди композитных материалов, применяемых в строительстве, наибольшее распространение получила композитная арматура (стеклопластиковая или базальтопластиковая). В качестве наполнителя выступают высокопрочные материалы: стекло, базальтовое волокно, углеволокно. В качестве армирующего наполнителя могут использоваться алюминий, асбест, карбонат и силикат кальция, продукты целлюлозного производства, хлопок, окись железа, окись титана и др. По сравнению с традиционными металлоконструкциями, используемыми в строительстве, композитная арматура обладает рядом существенных преимуществ:

• Высокая прочность
  Предел прочности при растяжении для композитной арматуры находится в границах 1000 МПа. Аналогичный показатель для стальной арматуры не превышает 400 МПа.
• Малый удельный вес
  Стеклопластиковая арматура в 10–12 раз легче, чем традиционная металлическая. В конечном счете транспортировать и размещать такую арматуру на строительных объектах проще и дешевле.
• Низкая теплопроводность Стеклопластиковая арматура практически не проводит тепло и электричество. В то же время металлическая арматура обладает значительной тепло- и электропроводностью.
• Высокая коррозионная стойкость во всех агрессивных химических средах
  В агрессивных химических средах обычно используются нержавеющие или титановые марки сплавов. Однако на практике они зарекомендовали себя плохо. На стыках титановых или нержавеющих деталей никак не получится избежать сварных швов, а это заметно снижает срок службы конструкции.

Композитные материалы в этом плане более надежны и не вызовут лишних нареканий при дальнейшей эксплуатации.

• Долговечность
  Предел долговечности для строений, изготовленных с использованием композитной арматуры, составляет около 80 лет. По этому показателю стеклопластиковая арматура ничем не уступает металлической (а при нынешнем качестве выплавки стали можно говорить даже о том, что стеклопластиковая арматура превосходит металлическую).
• Эффективность
  Малый удельный вес и высокие технико-эксплуатационные характеристики говорят о значительном эффекте при использовании композитной арматуры в строительстве зданий и сооружений. По расчетам экспертов, финансовая экономия (по сравнению с металлической арматурой) составляет около 20–30 %. По нашему мнению, данный показатель существенно выше. Ведь эксперты не принимали в расчет косвенные факторы: расходы на доставку (при малом весе они значительно ниже), механическую обработку и, наконец, больший срок службы сооружений. Снижение стоимости строительных конструкций достигается за счет использования неметаллической арматуры и гибких связей меньших диаметров (по сравнению с металлической арматурой). Кроме того, владельцы и пользователи зданий и сооружений могут в дальнейшем экономить на их текущем и капитальном ремонте.

Приведенные выше преимущества дополняются довольно широкой сферой применения композитной арматуры. На сегодняшний день область ее использования достаточно обширна:

• 1. Армирование емкостей и хранилищ для очистных сооружений и химических производств.
• 2. Создание защитных сооружений для химически опасных объектов производства.
• 3. Строительство промышленных объектов в области водоснабжения и водоотведения, поливных оросительных систем и пр.
• 4. Строительство и укрепление дорожных конструкций (магистральных путепроводов, акведуков, мостовых конструкций).
• 5. Строительство прибрежных объектов (прибрежных полос, пирсов, причалов и пр.).
• 6. Возведение осветительных опор, опор линий электропередач.
• 7. Морские и припортовые сооружения.
• 8. Элементы дорожных и тротуарных конструкций (плиты, заборные плиты, столбики и опоры).
• 9. Железнодорожные шпалы и железнодорожные покрытия.
• 10. Жилые дома и элементы конструкций жилых домов низкой этажности (до 3-х этажей).

Одним из важнейших преимуществ композиционных материалов (по сравнению с металлами) является возможность предварительного определения их свойств в процессе изготовления изделия путем добавления различных композитных материалов и веществ. Представьте себе, что вы можете задавать индивидуальные характеристики материала (плотность, прочность и пр.) для каждого объекта. Сегодня это отнюдь не фантастика. Таким образом, используя специально подобранную для каждого случая композитную арматуру, можно достигать уникальных характеристик строительных объектов.

Среди недостатков композитных материалов стоит отметить то обстоятельство, что в несущих конструкциях и перекрытиях к ним предъявляются повышенные требования огнестойкости. Это значит, что композитные материалы ограничены в применении. Несмотря на то, что композитная арматура относится к самозатухающим материалам, ее использование ограничено температурным режимом (длительная температура нагрева бетона не должна превышать 200 градусов). В остальном стеклопластиковая арматура (особенно при практическом применении) ничем не отличается от традиционной металлической. При ее использовании в строительстве применяются те же технологии вязки, те же особенности укладки. И все же при переходе на стеклопластиковую арматуру следует учитывать ее соотношение с традиционной металлической (см. таб. 1).

Табл. 1. Соотношение металлической и композитной арматуры

Данная таблица особенно полезна торговым компаниям и строителям, которые стоят перед выбором, какую продукцию применять? Металлическую или стеклопластиковую? Как мы видим, металлическую арматуру можно безболезненно заменять стеклопластиковой, причем гораздо меньшего сечения. Думаем, что многим потребителям может быть полезна информация и о соотношении весов этих двух видов армированных продуктов.

Табл. 2. Характеристика веса
металлической и стеклопластиковой арматуры

Из таблицы мы видим, что стеклопластиковая арматура в 10–12 раз легче, чем металлическая, но при этом не уступает ей по технико-эксплуатационным характеристикам. На первый взгляд может показаться, что металлическую арматуру уже сегодня можно безболезненно заменить на стеклопластиковую или базальтопластиковую. Но на самом деле это не совсем так. Для массового внедрения данного материала в строительство еще предстоит разрешить ряд противоречивых моментов:

• разработать стандарты, регламентирующие требования к качеству арматуры, ее механическим свойствам;
• разработать строительные нормы, регламентирующие условия расчета и изготовления бетонных конструкций с применением композитной арматуры;
• подготовить предложения по оценке характеристик периодического профиля арматуры;
• разработать типовые решения, обеспечивающие требуемый уровень огнестойкости композитобетонных конструкций.

Без этого использование композитной арматуры будет сопряжено с рисками. В самом крайнем случае здесь возможно использование композитной арматуры конкретного производителя, чье производство соответствует международным стандартам качества. О массовом производстве и тем более применении композитной арматуры вообще говорить пока рано. Полностью заменить металлическую арматуру на композитную не получится и за начавшееся десятилетие. Невзирая на ряд очевидных преимуществ (цена, характеристики), композитная арматура пока применяется не во всех областях строительства. Сегодня ее использование выглядит целесообразным и эффективным только тогда, когда возникает необходимость в свойствах, которыми стальная арматура не обладает. В первую очередь речь идет о химической стойкости и способности пропускать различные виды излучений.

В последние годы в развитых странах (США, государства Европейского Союза) уделяется большое внимание исследованиям в области применения композитных материалов при строительстве как аналога металлической продукции. Этот факт, а также рост промышленного использования композитных материалов отчетливо показывает, что в будущем их использование будет увеличиваться, а область применения расширится.

По прогнозам экспертов, к 2020 году доля стеклопластиковой арматуры будет в равной мере соотноситься с традиционной металлической. На фоне подобных прогнозов металлотрейдеры должны уже сегодня уделить значительное внимание введению стеклопластиковой арматуры в свой торговый ассортимент. Естественно, мгновенного роста продаж в этой номенклатурной группе не произойдет, но по мере понимания преимуществ и экономических выгод стеклопластика спрос на эту продукцию неизбежно вырастет. Ведь, как известно, по-настоящему на рынке преуспевает не тот, кто продает успешно сегодня, а тот, кто предвидит, что будут покупать в будущем.

Дмитрий Ткалич