Композитные материалы, армированные стекловолокном, для применения в строительстве 

Традиционные строительные материалы, такие как цемент, сталь и дерево, все чаще не отвечают потребностям человека и окружающей среды. Пластиковые строительные материалы, с другой стороны, могут быть изготовлены с использованием разлагаемых материалов. Поэтому, благодаря своим разрушаемым свойствам и способности улучшать условия проживания и качество зданий, они широко используются в строительстве.
1. Цемент, армированный стекловолокном.
Цементная матрица – это строительный материал, обладающий определенной прочностью на сжатие, изгиб, растяжение и ударную вязкость. Для усиления прочности цементной матрицы с помощью стекловолокна и композитов на его основе в цементную массу или цементный раствор добавляют стекловолокно или композиты из стекловолокна в качестве добавок. Это усиливает передачу напряжения в процессе приложения усилия к стеклопластиковым композитам и значительно уменьшает распространение трещин в цементной матрице, тем самым улучшая общие эксплуатационные характеристики композитного материала. Стекловолокно обладает высокой прочностью на разрыв и высоким модулем упругости, что позволяет значительно повысить прочность и вязкость материалов на основе цемента. Asokan и др. приготовили гранулированный материал из отходов стеклопластика (GFRP) и использовали его для замены песка при производстве бетона. Исследование показало, что при коэффициенте замены 5% и 15% прочность бетона на сжатие и растяжение при растрескивании значительно повышалась. Кроме того, в определенной степени были улучшены некоторые факторы, связанные с долговечностью бетона, такие как показатели усадки, скорость впитывания воды и первоначальная скорость впитывания поверхности.
2. Изоляционные материалы для внутренних и наружных стен
Современные системы утепления внутренних и наружных стен состоят из стенового материала, высокоэластичного строительного клея на цементной основе, пенополистирольной плиты, антипирена, сетки из стекловолокна и финишного слоя. Как правило, в качестве основного материала для стеклосетки может быть выбрано щелочестойкое стекловолокно, которое может эффективно повысить щелочестойкость композитного материала и предотвратить быструю коррозию материала на основе цемента в щелочной среде. Этот изоляционный материал безопасен и надежен, а также обладает отличной поверхностной проницаемостью и трещиностойкостью, защитой окружающей среды, энергосбережением и разнообразными вариантами отделки. Исследования показали, что при добавлении в водорастворимый золь стекловолокна коротких отрезков и золы-уноса можно получать низкотемпературные вспененные стеклокерамические композиты, армированные волокнами. Введение стекловолокна значительно улучшило теплоизоляционные характеристики и прочность композиционного материала на сжатие. При той же насыпной плотности прочность на сжатие этого изоляционного материала увеличилась на 5-38%, а теплоизоляционные характеристики – на 80%. Кроме того, чем больше диаметр стекловолокна, тем выше прочность на сжатие и теплоизоляционные характеристики материала.
3. Проектирование несущих конструкций зданий
Высокая прочность и жесткость композитов, армированных стекловолокном, позволяют удовлетворить требования к несущей способности строительных конструкций. Когда композиты, армированные стекловолокном, используются в качестве основной конструкции здания, разнообразие строительных конструкций может значительно увеличиться. Прочность композитов, армированных стекловолокном, не только соответствует предъявляемым требованиям, но и отличается простотой обработки. Таким образом, в современном строительстве такие конструкции, как балки и кровельные панели, будут широко использоваться для изготовления композитов, армированных стекловолокном. В дополнение к высокой прочности и отличной коррозионной стойкости, усталостная прочность зданий, построенных из композитных компонентов, армированных стекловолокном, также может быть значительно повышена, тем самым продлевая срок службы зданий. Как правило, приклеивание стекловолокна к внешней поверхности строительных элементов, таких как балки и колонны, может значительно повысить общую прочность здания; в то время как строительные материалы на основе композитов, армированных стекловолокном, также обладают такими преимуществами, как легкость и экологичность, оптимизация строительных процессов и снижение стоимости проекта. Кроме того, различные конструкции специальной формы из композитов, армированных стекловолокном, могут снизить риски для качества на более поздних этапах строительства, а также улучшить внешний вид зданий.
4. Проектирование энергосберегающих дверей и окон
Композитные двери и окна, армированные стекловолокном, как правило, изготавливаются с использованием стекловолокна и готовых материалов в качестве арматуры, а также полиэстера, эпоксидной смолы и т.д. в качестве матрицы с использованием пултрузионного формования или горячего прессования и других технологий, дополненных множеством процессов, таких как резка, сборка и напыление. По сравнению с традиционными дверями и окнами, композитные двери и окна, армированные стекловолокном, обладают прочностью дверей и окон из сплавов, таких как сталь и алюминий, и преимуществами дверей и окон из полимерных материалов, такими как устойчивость к коррозии и длительный срок службы. Они также обладают уникальной звукоизоляцией и омолаживающими свойствами. Особые свойства композитных дверей и окон, армированных стекловолокном, обеспечивают их превосходный эффект энергосбережения. Например, их превосходная водонепроницаемость и устойчивость к коррозии позволяют безопасно использовать их в течение длительного времени в дождливых, влажных и прибрежных районах, а размер и структура дверей и окон, изготовленных из них, не изменятся; коэффициент расширения стенового материала и стекловолокна одинаков, поэтому перепады температур не повлияют на качество склеивания стенового материала и стекла, что позволяет добиться эффекта энергосбережения и теплоизоляции. Ученые оценили тепловые характеристики композитных дверей и окон на основе полимеров, армированных стекловолокном, с помощью имитационных расчетов и сравнений. Они обнаружили, что стеклопластиковые двери и окна могут значительно снизить энергопотребление здания. По сравнению с традиционными алюминиевыми и деревянными материалами, стеклопластиковые композиты обладают лучшей теплоизоляцией и энергосберегающим эффектом, при этом ежегодная экономия энергии в здании составляет примерно 6,5 кВт·ч/м2, что является очень существенным преимуществом. Композитные материалы с керамической матрицей, армированные стекловолокном, обладают еще лучшими энергосберегающими и теплоизоляционными свойствами, но из-за сложности их изготовления и высокой стоимости их применение в области строительных материалов не получило широкого распространения.
5. Декоративные материалы
Использование композитных материалов, армированных стекловолокном, вместо традиционных материалов обладает такими преимуществами, как легкость, высокая прочность, хорошая адгезия и удобство конструкции. Это очень удобно для ремонта поврежденных стен. Поверхность отремонтированной стены гладкая, без каких-либо швов или резких визуальных эффектов. Если взять в качестве примера знаменитый городской стадион Basra Sports в Ираке, то для отделки наружных стен стадиона вместо цемента были использованы декоративные панели из белого стекловолокна, которые не только обладают структурной стабильностью, устойчивостью к растрескиванию и осыпанию, но и значительно улучшают эстетику.