Строительство – это сфера, в пользу которой неустанно трудится химическая промышленность, создавая новые сплавы и материалы для производства различных изделий. Одним из наиболее важных и перспективных достижений в этой сфере за последние годы можно назвать результаты, связанные с работой над таким композиционным материалом как стеклопластик. Многие инженеры и строители называют его материалом будущего, так как он сумел превзойти по своим качествам многие металлы и сплавы, в том числе, легированную сталь.
Что собой представляет стеклопластик? Это композит, имеющий две составляющие: армирующую и связующую основы. В роли первой выступает стекловолокно, вторая – это различные по своему химическому составу смолы. Вариации с количеством тех и других позволяют сделать стеклопластик устойчивым к условиям практически любой среды. Но следует понимать, что не существует универсального вида стеклопластика, каждый их них рекомендован к использованию в определенных эксплуатационных условиях.
Стеклопластик интересен проектировщикам тем, что готовая продукция из него появляется одновременно с самим материалом. Эта особенность дает большой простор для фантазии, позволяя изготовить изделие с индивидуальными физико-механическими характеристиками по заданным параметрам клиента.
Одним из наиболее распространенных строительных материалов из стеклопластика является решетчатый настил. В отличие от стальных настилов он производиться методом литья, что придает ему такие характеристики как низкая теплопроводность, изотропность, и конечно как и у материалов из стали - прочность и долговечность.
Из стеклопластикового решетчатого настила изготавливают лестничные ступени, впрочем, при этом и вся конструкция выполняется также из стеклопластиковых деталей: стойки, поручни, опоры, швеллера.
Безусловно, такие лестницы являются очень долговечными, им не страшна коррозия и воздействие химических веществ. Они легки в перевозке и монтаже. В отличие от металлоконструкций для их установки достаточно нескольких человек. Дополнительным плюсом является возможность выбора цвета, что повышает внешнюю привлекательность объекта.
Очень большую популярность приобрели сходни, изготавливаемые из стеклопластика. Их надежность обусловлена все теми же уникальными характеристиками описываемого нами композита. Пешеходные зоны, оборудованные сходнями из стеклопластика, не требуют особого ухода, их эксплуатационные возможности гораздо выше однотипных металлоконструкций. Доказано, что срок службы стеклопластика гораздо дольше последних и составляет более 20 лет.
Еще одним высокоэффективным предложением является система поручней из стеклопластика. Все запчасти перилл очень компактны и легки для ручной сборки. Кроме того, для клиента существует множество вариаций готовой конструкции, а также возможность осуществить собственный проект.
Благодаря диэлектрическим свойствам стеклопластика из него производят кабельные каналы. Изотропность этого материала повышает спрос на продукцию, планируемую к использованию на объектах, чувствительных к электромагнитным колебаниям.
В целом, можно отметить, что ассортимент продукции из стеклопластика достаточно широк. Работая с ним, строители и проектировщики могут реализовать самые фантастические идеи. Все предлагаемые нашей компанией конструкции надежны и прочны. Качество стеклопластика формирует сравнительно высокую цену на него, но при этом она является оптимальным соотношением преимуществ этого материала и спроса на него. Да и при том, важно понимать, что затраты на его покупку окупятся в дальнейшем благодаря сокращению расходов на его транспортировку, монтаж и последующее обслуживание.
Стеклопластиковая арматура занимает все более прочные позиции в современном строительстве. Это обусловлено, с одной стороны, ее высокой удельной прочностью (отношением прочности к удельной массе), с другой стороны, высокой коррозионной стойкостью, морозостойкостью, низкой теплопроводностью. Конструкции, где используется стеклопластиковая арматура, неэлектропроводны, что очень важно для исключения блуждающих токов и электроосмоса. В связи с более высокой стоимостью по сравнению со стальной арматурой, стеклопластиковая арматура используется, главным образом, в ответственных конструкциях, к которым предъявляются особые требования. К таким конструкциям относятся морские сооружения, особенно те их части, которые находятся в зоне переменного уровня воды.
КОРРОЗИЯ БЕТОНА В МОРСКОЙ ВОДЕ
Химическое действие морской воды обусловлено, главным образом, присутствием сернокислого магния, который вызывает два вида коррозии бетона - магнезиальную и сульфатную. В последнем случае в бетоне образуется комплексная соль (гидросульфоалюминат кальция), увеличивающаяся в объеме и вызывающая растрескивание бетона.
Другим сильным фактором коррозии является углекислота, которую выделяют органические вещества при разложении. В присутствии углекислоты нерастворимые соединения, обусловливающие прочность, переходят в хорошо растворимый бикарбонат кальция, вымываемый из бетона.
Морская вода действует наиболее сильно на бетон, находящийся непосредственно над верхним уровнем воды. При испарении воды в порах бетона остается твердый остаток, образующийся из растворенных солей. Постоянное поступление воды в бетон и последующее ее испарение с открытых поверхностей приводит к накоплению и росту кристаллов соли в порах бетона. Этот процесс сопровождается расширением и растрескиванием бетона. Кроме солей надводный бетон испытывает на себе действие попеременного замораживания и оттаивания, а также увлажнения и высыхания.
В зоне переменного уровня воды бетон разрушается в несколько меньшей степени, из-за отсутствия солевой коррозии. Подводная часть бетона, не подвергающаяся циклическому действию указанных факторов, разрушается редко.
В работе приведен пример разрушения железобетонного свайного пирса, сваи которого, высотой 2,5 м, в зоне переменного горизонта воды не были защищены. Уже через год было обнаружено почти полное исчезновение бетона из этой зоны, так что пирс держался на одной арматуре. Ниже уровня воды бетон остался в хорошем состоянии.
Возможность изготовления долговечных свай для морских сооружений заложена в применении поверхностного стеклопластикового армирования. Такие конструкции по коррозионной стойкости и морозостойкости не уступают конструкциям, выполненным полностью из полимерных материалов, а по прочности, жесткости и устойчивости их превосходят.
Долговечность конструкций с внешним стеклопластиковым армированием определяется коррозионной стойкостью стеклопластика. Благодаря герметичности стеклопластиковой оболочки бетон не подвергается воздействию среды и поэтому его состав может подбираться только исходя из требуемой прочности.
СТЕКЛОПЛАСТИКОВАЯ АРМАТУРА И ЕЕ ВИДЫ
К бетонным элементам, где используется стеклопластиковая арматура, в основном применимы принципы проектирования железобетонных конструкций. Аналогична и классификация по видам применяемой стеклопластиковой арматуры. Армирование может быть внутренним, внешним и комбинированным, представляющим собой сочетание первых двух.
Внутреннее неметаллическое армирование применяется в конструкциях, эксплуатируемых в средах, агрессивных к стальной арматуре, но не агрессивных по отношению к бетону. Внутреннее армирование можно разделить на дискретное, дисперсное и смешанное. К дискретному армированию относятся отдельные стержни, плоские и пространственные каркасы, сетки. Возможна комбинация, например, отдельных стержней и сеток и др.
Наиболее простым видом стеклопластиковой арматуры являются стержни нужной длины, которые применяются взамен стальных. Не уступая стали по прочности, стеклопластиковые стержни значительно превосходят их по коррозионной стойкости и поэтому используются в конструкциях, в которых существует опасность коррозии арматуры. Скреплять стеклопластиковые стержни в каркасы можно с помощью самозащелкивающихся пластмассовых элементов или связыванием.
Дисперсное армирование заключается во введении в бетонную смесь при перемешивании рубленных волокон (фибр), которые в бетоне распределяются хаотично. Специальными мерами можно добиться направленного расположения волокон. Бетон с дисперсным армированием обычно называют фибробетоном.
В случае агрессивности среды к бетону эффектной защитой является внешнее армирование. При этом внешняя листовая арматура может выполнять одновременно три функции: силовую, защитную и функцию опалубки при бетонировании.
Если внешнего армирования недостаточно для восприятия механических нагрузок, применяется дополнительная внутренняя арматура, которая может быть как стеклопластиковой, так и металлической.
Внешнее армирование разделяется на сплошное и дискретное. Сплошное представляет собой листовую конструкцию, полностью покрывающую поверхность бетона, дискретное - элементы сетчатого типа или отдельные полосы. Наиболее часто осуществляется одностороннее армирование растянутой грани балки или поверхности плиты. При одностороннем поверхностном армировании балок целесообразно завести отгибы листа арматуры на боковые грани, что повышает трещиностойкость конструкции. Внешнее армирование может устраиваться как по всей длине или поверхности несущего элемента, так и в отдельных, наиболее напряженных участках. Последнее делают только в тех случаях, когда не требуется защита бетона от воздействия агрессивной среды.
ВНЕШНЕЕ СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЕ АРМИРОВАНИЕ
Основная идея конструкций с внешним армированием состоит в том, что герметичная стеклопластиковая оболочка, надежно защищает бетонный элемент от воздействий внешней среды и, одновременно, выполняет функции арматуры, воспринимая механические нагрузки.
Возможны два пути получения бетонных конструкций в стеклопластиковых оболочках. Первый включает изготовление бетонных элементов, их сушку, а затем заключение в стеклопластиковую оболочку, путем многослойной обмотки стекломатериалом (стеклотканью, стеклолентой) с послойной пропиткой смолой. После полимеризации связующего обмотка превращается в сплошную стеклопластиковую оболочку, а весь элемент - в трубобетонную конструкцию.
Второй основан на предварительном изготовлении стеклопластиковой оболочки и последующем заполнении ее бетонной смесью.
Первый путь получения конструкций, где используется стеклопластиковая арматура, дает возможность создания предварительного поперечного обжатия бетона, что существенно повышает прочность и снижает деформативность получаемого элемента. Это обстоятельство особенно важно, так как деформативность трубобетонных конструкций не позволяет в полной мере воспользоваться значительным увеличением прочности. Предварительное поперечное обжатие бетона создается не только натяжением стеклонитей (хотя в количественном отношении оно составляет основную часть усилия), но и за счет усадки связующего в процессе полимеризации.
СТЕКЛОПЛАСТИКОВАЯ АРМАТУРА: КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ
Стойкость стеклопластиков к воздействию агрессивных сред в основном зависит от вида полимерного связующего и волокна. При внутреннем армировании бетонных элементов стойкость стеклопластиковой арматуры должна оцениваться не только по отношению к внешней среде, но и по отношению к жидкой фазе в бетоне, так как твердеющий бетон является щелочной средой, в которой обычно применяемое алюмоборосиликатное волокно разрушается. В этом случае должна быть обеспечена защита волокон слоем смолы или использованы волокна другого состава. В случае неувлажняемых бетонных конструкций коррозии стекловолокна не наблюдается . В увлажняемых конструкциях щелочность бетонной среды можно существенно понизить, используя цементы с активными минеральными добавками.
Испытания показали , что стеклопластиковая арматура имеет стойкость в кислой среде более чем в 10 раз, а в растворах солей более чем в 5 раз выше стойкости стальной арматуры. Наиболее агрессивной для стеклопластиковой арматуры является щелочная среда. Снижение прочности стеклопластиковой арматуры в щелочной среде происходит в результате проникновения жидкой фазы к стекловолокну через открытые дефекты в связующем, а также посредством диффузии через связующее. Следует отметить, что номенклатура исходных веществ и современные технологии получения полимерных материалов позволяют в широких пределах регулировать свойства связующего для стеклопластиковой арматуры и получать составы с чрезвычайно низкой проницаемостью, а следовательно свести к минимуму коррозию волокна.
СТЕКЛОПЛАСТИКОВАЯ АРМАТУРА: ПРИМЕНЕНИЕ ПРИ РЕМОНТЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Традиционные способы усиления и восстановления железобетонных конструкций достаточно трудоемки и часто требуют продолжительной остановки производства. В случае агрессивной среды после ремонта требуется создать защиту сооружения от коррозии. Высокая технологичность, малые сроки твердения полимерного связующего, высокая прочность и коррозионная стойкость внешнего стеклопластикового армирования предопределили целесообразность его использования для усиления и восстановления несущих элементов сооружений. Применяемые для этих целей способы зависят от конструктивных особенностей ремонтируемых элементов.
СТЕКЛОПЛАСТИКОВАЯ АРМАТУРА: ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Срок эксплуатации железобетонных конструкций при воздействии агрессивных сред резко сокращается. Замена их стеклопластбетонными ликвидирует затраты на капитальные ремонты, убытки от которых существенно возрастают, когда на время ремонта требуется остановка производства. Капиталовложения на возведение конструкций, где используется стеклопластиковая арматура, значительно больше, чем железобетонных. Однако через 5 лет они окупаются, а через 20 лет экономический эффект достигает двукратной стоимости возведения конструкций.
ЛИТЕРАТУРА
- Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты / В. М. Москвин, Ф. М. Иванов, С. Н. Алексеев, Е. А. Гузеев. - М.: Стройиздат, 1980. - 536 с.
- Фролов Н. П. Стеклопластиковая арматура и стеклопластбетонные конструкции. - М.: Стройиздат, 1980.- 104с.
- Тихонов М. К. Коррозия и защита морских сооружений из бетона и железобетона. М.: Изд-во АН СССР, 1962. - 120 с.
Сравнительно большой эффект дает применение стеклопластиковых конструкций, подверженных воздействию различных агрессивных веществ, которые быстро разрушают обычные материалы. В 1960 г. на изготовление коррозиестойких стеклопластиковых конструкций только в США было израсходовано около 7,5 млн. долл. (общая стоимость светопрозрачных стеклопластиков, произведенных в 1959 г. в США, составляет примерно 40 млн. долл.). Интерес к коррозиестойким стеклопластиковым конструкциям объясняется, по данным фирм, в первую очередь их хорошими экономическими эксплуатационными показателями. Их вес намного меньше стальных или деревянных конструкций, они значительно долговечнее последних, легко возводятся, ремонтируются и очищаются, могут быть изготовлены на основе самозатухающих смол, а светопрозрачные емкости не нуждаются в водомерных стеклах. Так, серийная емкость для агрессивных сред высотой 6 м и диаметром 3 м весит около 680 кг, в то время как подобная стальная емкость весит около 4,5 т. Вес вытяжной трубы диаметром 3 м и высотой 14,3 м предназначенной для металлургического производства, составляет часть веса стальной трубы при одинаковой несущей способности; хотя стеклопластиковая труба в изготовлении обошлась в 1,5 раза дороже, она экономичнее стальной, поскольку, по данным зарубежных фирм, срок службы таких сооружений, изготовленных из стали, исчисляется неделями, из нержавеющей стали - месяцами, подобные же сооружения из стеклопластика эксплуатируются без повреждения годами. Так, труба высотой 60 ж и диаметром 1,5 м эксплуатируется седьмой год. Ранее же установленная труба из нержавеющей стали прослужила всего 8 месяцев, а ее изготовление и установка обошлись только в два раза дешевле. Таким образом, стоимость трубы из стеклопластика окупилась уже через 16 месяцев.
Примером долговечности в условиях агрессивной среды являются также емкости из стеклопластика. Подобные емкости можно встретить даже в исконно русских банях, так как они не подвержены влиянию высоких температур, подробнее информацию о различном качественном оборудовании для бань можно найти на сайте http://hotbanya.ru/ . Такая емкость диаметром и высотой 3 м, предназначенная для различных кислот (в том числе серной), с температурой около 80° С эксплуатируется без ремонта 10 лет, прослужив в 6 раз больше, чем соответствующая металлическая; лишь одни ремонтные расходы на последнюю за пятилетний период равны стоимости емкости из стеклопластика. В Англии, ФРГ и США широкое распространение также нашли емкости в виде складов и резервуаров для воды значительной высоты. Наряду с указанными крупногабаритными изделиями в ряде стран (США, Англия) в серийном порядке из стеклопластиков изготовляются трубы, секции воздуховодов и другие подобные элементы, предназначенные для эксплуатации в условиях агрессивных сред.
Статья рассказывает о том, какими свойствами обладает стеклопластик и насколько он применим в строительстве и в быту. Вы узнаете, какие компоненты нужны для изготовления этого материала и их стоимость. В статье приведены пошаговые видео и рекомендации к применению стеклопластика.
С момента открытия эффекта быстрого окаменения эпоксидной смолы под действием кислотного катализатора стеклопластик и его производные стали активно внедрять в бытовые изделия и детали машин. На практике он заменяет или дополняет исчерпаемые природные ресурсы — металл и дерево.
Что такое стеклопластик
Принцип действия, заложенный в основу прочности стеклопластика, аналогичен железобетону, а по виду и структуре ближе всего к армированным слоям современной «мокрой» отделки фасадов . Как правило, вяжущее — композитный, гипсовый или цементный раствор — имеет свойство ссыхаться и трескаться, не удерживая нагрузку, а иногда даже не сохраняя целостности слоя. Чтобы этого избежать, в слой внедряют армирующий компонент — стержни, сетки или холст.
В результате получается уравновешенный слой — вяжущее (в высохшем или полимеризованном виде) работает на сжатие, а армирующий компонент работает на растяжение. Из таких слоёв на основе стекловолокна и эпоксидной смолы можно создать объёмные изделия, либо дополнительные усиливающие и защитные элементы.
Компоненты стеклопластика
Армирующий компонент*. Для изготовления бытовых и вспомогательных строительных элементов обычно используется три типа армировочного материала:
- Стеклосетка . Это сетка из стекловолокна с ячейкой от 0,1 до 10 мм. Поскольку эпоксидный раствор — агрессивная среда, для изделий и строительных конструкций настоятельно рекомендована сетка с пропиткой. Ячейку сетки и толщину нити следует подбирать, исходя из назначения изделия и требований к нему. Например, для армирования нагруженной плоскости стеклопластиковым слоем подойдёт сетка с ячейкой от 3 до 10 мм, толщиной нити 0,32-0,35 мм (усиленная) и плотностью от 160 до 330 г/куб. см.
- Стеклохолст. Это более совершенный вид основы стекловолокна. Он представляет собой очень густую сетку, изготовленную из «стеклянных» (кремниевых) нитей. Его применяют для создания и ремонта бытовых изделий.
- Стеклоткань. Имеет те же свойства что и материал для одежды — мягкий, гибкий, податливый. Этот компонент очень разнообразен — он различается по прочности на разрыв, толщине нити, густоте плетения, спецпропиткам — все эти показатели ощутимо влияют на конечный результат (чем они выше, тем прочнее изделие). Главный показатель — плотность, в пределах от 17 до 390 г/кв. м. Такая ткань значительно крепче даже знаменитого военного сукна.
* Описанные виды армировки применяются и для других работ, но в паспорте изделия обычно указывается их совместимость с эпоксидной смолой.
Таблица. Цены на стеклоткань (на примере продукции компании «Интеркомпозит»)
Вяжущее. Это и есть эпоксидный раствор — смола, смешанная с отвердителем. По отдельности компоненты могут храниться годами, но в смешанном виде состав твердеет от 1 до 30 мин, в зависимости от количества отвердителя — чем его больше, тем быстрее твердеет слой.
Таблица. Наиболее распространённые марки смолы
Популярные отвердители:
- ЭТАЛ-45М — 10 у. е./кг.
- ХТ-116 — 12,5 у. е./кг.
- ПЭПА — 18 у. е./кг.
Дополнительным химическим компонентом можно назвать смазку, которую иногда наносят для того, чтобы защитить поверхности от проникновения эпоксида (для смазывания форм).
В большинстве случаев баланс компонентов мастер изучает и подбирает самостоятельно.
Как применить стеклопластик в быту и в строительстве
В частном порядке этот материал чаще всего применяется в трёх случаях:
- для ремонта стержней;
- для ремонта инвентаря;
- для усиления конструкций и плоскостей и при герметизации.
Ремонт стержней из стеклопластика
Для этого потребуется рукав из стеклоткани и высокопрочная марка смолы (ЭД-20 или аналог). Технически процесс подробно описан в этой статье . Стоит отметить, что углеволокно значительно прочнее стекловолокна, а значит, второе не подойдёт для ремонта ударного инструмента (молотков, топоров, лопат). При этом из стеклопластика вполне можно изготовить новую ручку или рукоятку для инвентаря, например, крыло мотоблока.
Полезный совет. Стеклопластиком можно усовершенствовать свой инструмент. Оберните пропитанным волокном рукоять рабочего молотка, топора, отвертки, пилы и сожмите в руке через 15 минут. Слой идеально примет форму вашей руки, что заметно отразится на удобстве в работе.
Ремонт инвентаря
Герметичность и химическая стойкость стеклопластика позволяют ремонтировать и герметизировать следующие изделия из пластика:
- Канализационные трубы.
- Строительные вёдра.
- Пластиковые бочки.
- Дождевые отливы.
- Любые пластиковые детали инструмента и техники, не испытывающие больших нагрузок.
Ремонт при помощи стеклопластика — пошаговое видео
У «самодельного» стеклопластика есть одно незаменимое свойство — он точно обрабатывается и хорошо держит жёсткость. Это значит, что из холста и смолы можно восстановить безнадёжно испорченную пластиковую деталь, либо изготовить новую.
Усиление строительных конструкций
Стеклопластик в жидком виде имеет прекрасную адгезию к пористым материалам. Иными словами, он хорошо сцепляется с бетоном и деревом. Этот эффект можно реализовать при монтаже деревянных перемычек. Доска, на которую нанесён жидкий стеклопластик, приобретает дополнительно 60-70% прочности, а значит, для перемычки или перекладины можно использовать доску вдвое тоньше. Если усилить этим материалом дверную коробку, она станет более устойчивой к нагрузкам и перекосам.
Герметизация
Ещё один способ применения — герметизация стационарных ёмкостей. Резервуары, каменные цистерны, бассейны, покрытые изнутри стеклопластиком, приобретают все положительные свойства пластиковой посуды:
- нечувствительность к коррозии;
- гладкие стены;
- сплошное монолитное покрытие.
При этом создание такого покрытия обойдётся около 25 у. е. за 1 кв. м. О прочности изделий красноречиво говорят реальные испытания продукции одного из частных мини-заводов.
На видео — испытания стеклопластика
Особо стоит отметить возможность починки кровли. Правильно подобранным и нанесённым эпоксидным составом можно отремонтировать шифер или черепицу. С его помощью можно моделировать сложные светопрозрачные конструкции из оргстекла и поликарбоната — навесы, уличные светильники, скамейки, стенки и многое другое.
Как мы выяснили, стеклопластик становится простым и понятным ремонтно-строительным материалом, который удобно применять в быту. При развитом навыке из него можно создавать интересные изделия прямо в собственной мастерской.
