Строители боятся использовать новые материалы

Облик российских городов все более преображается — во многом благодаря разработке и смелому внедрению композиционных строительных материалов, которые соединяют достоинства и одновременно нейтрализуют недостатки нескольких разнородных составляющих: металлических, минеральных, пластических, органических и др. Способы обработки и особая структура придают композиционным материалам новые свойства, отсутствующие у элементов, из которых он состоит. Сегодня практически нет такого материала, который не мог бы быть заменен композиционными составами. На вопросы нашего корреспондента отвечает первый заместитель директора ГУП «НИИМосстрой» Василий Коровяков.

В строительстве композиционными материалами называют материалы из основы, или матрицы, с заданным распределением в ней упрочнителей. Матрицей могут служить волокна или нитевые кристаллы, дисперсные частицы. Отдельные группы формируют слоистые композиты, которые получают с помощью прессования разнородных материалов, а также сплавы с направленной кристаллизацией электрических структур. Как правило, композитными материалами называют армированные пластические массы, а также материалы, которые являются смесью исходных компонентов и не встречаются в естественных условиях. При этом соединение исходных материалов может быть механическим или результатом химических процессов. Во втором случае композитный материал представляет собой вещество, химическое строение которого отличается от химического строения отдельных компонентов.

В наиболее общем виде композитный материал получают путем обработки определенным технологическим процессом смеси вяжущего вещества, армирующего вещества, наполнителя, пигментов и добавок. Сегодня существуют сотни, если не тысячи, рецептур исходных составов. Более 90% упрочняющих веществ, применяемых в производстве изделий из композитных материалов, — это стеклянные волокна. Среди вяжущих веществ 70% занимают ненасыщенный полиэстер, сложный виниловый эфир, эпоксидная смола, фенольные смолы, входящие в состав так называемых термоусадочных связующих веществ. Остальные 30% — это так называемые термопластические связующие вещества, в том числе нейлон (полиамиды), полипропилен и другие.

В каждом виде стройматериалов существует группа композиционных материалов. Смешанные цементы и другие, минеральные вяжущие тоже можно отнести к композиционным материалам, поскольку они состоят из многих компонентов, каждый из которых играет свою роль.

Стеклопластик — тоже композитный материал. Просто пластик — достаточно хрупкий, а если мы добавим стекловолокно, то материал получается очень прочный. Композиционные материалы отличаются рядом свойств, которые невозможно получить из однокомпонентного материала. Есть композитные материалы, свойства которых превышают показатели натуральных материалов.

— Василий Федорович, значение композиционных материалов трудно переоценить. Ведь сегодня строится большое количество высотных домов и зданий, поэтому требуются куда более прочные материалы, чем сталь и железобетон. Композиты должны выдерживать сильные ветровые нагрузки, быть сейсмостойкими и т. д.

— Поскольку появилось множество различных добавок, которые вводятся в бетоны, то получают высокопрочный бетон. А высокопрочный бетон — это тоже композиционный материал, потому что добавки резко улучшают свойства обычного портландцемента. Резко меняется микроструктура, уменьшается количество крупных пор, тем самым повышается прочность и долговечность бетона. Существует масса бетонных смесей, включающих порой до девяти компонентов. Это так называемые сухие строительные смеси. Это тоже композиционные материалы, поскольку они, как правило, содержат и волокно, и целлюлозу, и различные — химические и минеральные - добавки... Компонентов очень много, и каждый из них придает какое-либо определенное свойство материалу. Сухих строительных смесей выпускается большое количество видов.

То же самое происходит и с современными пластмассами. В них вводят массу наполнителей, которые кардинально улучшают свойства пластмасс.

Керамогранит — тот же композиционный материал, куда введены определенные компоненты. Они совершенно меняют свойства этого материала. Но, естественно, все компоненты, которые вводятся в матрицу, имеют определенное назначение. Как правило, два и более.

— А разве нет такой универсальной добавки, с помощью которой можно было бы сразу получить все требуемые свойства?

— К сожалению, такого универсального компонента не существует. По крайней мере, пока. Поэтому, если надо получить ряд новых каких-либо свойств, приходится вводить соответствующее количество компонентов.

Много композиционных материалов используется для устройства полов. Раньше использовали полиэфирную смолу и в нее добавляли различные камни и получали различные фактуры плиток. Сейчас упор в основном делается на то, чтобы повысить долговечность. Поэтому в смолу добавляют еще массу компонентов. Для того чтобы получить и хороший цвет, и текстуру, а самое главное, повысить долговечность. Потому что если мы строим здание выше 20—40 этажей, ясно, что все материалы должны быть долговечными.

- Традиционно в строительстве используют такие всем известные композиты, как ДСП, МДФ, фанера, цементно-стружечные, гипсоволокнистые, мелкостружечные плиты. Волокна позволяют получить совершенно новые свойства. А волокон сейчас огромное количество. Назовите наиболее «модные»?

— Самые распространённые стеклянные и базальтовые. Базальтовые волокна в нашей стране начали изучать не так давно, но они уже применяются. Скажем, делают железобетонные трубы, армированные базальтовым волокном, что повышает их водонепроницаемость, долговечность, трещиностойкость и т. д. Стекловолокно применяется достаточно широко в отделочных материалах. Одна беда — стекловолокно теряет стойкость в щелочной, то есть в цементной среде. И в России очень мало выпускается щелочестойкого волокна, поэтому приходится ввозить стекловолокно из-за границы - из Японии, Испании и т.д. Страшно дорого, зато можно получить очень хороший материал. И получают! В основном, конечно, отделочные материалы, потому что если изготавливать конструкционные - слишком дорогое удовольствие.

Очень много применяется синтетических волокон, и тоже в основном зарубежного производства. Например, есть такое волокно — фибрин. Этот материал тоже зарубежного производства. Его вводят в пенобетон и другие минеральные вяжущие, тем самым повышают трещиностойкость.

Синтетические волокна — это и полипропилен, и полиэтилен, и целлюлоза и т.д. В том виде, в каком мы их привыкли видеть, они имеют плохое сцепление с матрицей. Ведь самое главное, чтобы волокно крепко сцепилось с матрицей. В противном случае результата не будет. Поэтому исследователи пришли к выводу, что необходимо измельчать волокно очень тонко. Если раньше добавляли волокна, и их было видно невооруженным глазом, теперь волокна настолько тонкодисперсные, что их не видно, они имеют вид порошка. Это связано с тем, что длинное волокно очень трудно правильно распределить в матрице. Края его могут загнутся, кроме того, материал источается неоднородным, в одном месте волокон — больше, в другом — меньше. А когда используются тонкодисперсные волокна, порошок легче и правильнее распределяется, тем самым материал получается однородным. А это немаловажно в композиционных материалах.

Кровельные материалы сегодня практически все композитные. Это так называемые изолы, например фольгоизолы. Они содержат не просто органические связующие, но и обязательно чем-то армированы — либо металлическими сетками, либо наполнителями, либо волокнами и т.д. Поэтому долговечность кровли резко повысилась. Если раньше долговечность используемых кровельных материалов была всего 5 лет, то теперь — 7—9 и более. И дело уже идет к тому, чтобы довести срок долговечности до 15 лет. Практика показывает, что долговечность импортных кровельных материалов не очень существенно превышает долговечность отечественной кровли.

— Каковы объемы производства композиционных материалов?

— Производство композиционных материалов неуклонно расширяется.

Думаю, что в России композиционных кровельных материалов выпускается не меньше, чем импортируется. Это связано с тем, что, во-первых, потребность в них велика, а во-вторых, большинство строительных предприятий использует отечественные кровли. Бурно развивается и производство герметизирующих материалов.

В будущем композиты будут применять все больше и больше, и особенно в таком сегменте, как отделочные материалы. Хорошие перспективы у стекло-фибробетона, базальтофибробетона, сталефибробетона. Мне представляется, что наибольшие перспективы имеют композиты на минеральной основе.

— Разработкой новых композитов занимаются научно-исследовательские институты?

— Все композиционные материалы и технологии идут из-за рубежа. Это не есть хорошо. Хотя есть примеры и в нашей стране. Например, концерн «Суперкомпозит» разрабатывает довольно оригинальные составы, совершенствует технологии листовых материалов на основе цементного вяжущего, волокон и оригинальных добавок. Назначение этих листов достаточно широко — от отделочных материалов и ограждающих конструкций до конструктивных элементов. Но у предприятия проблемы с внедрением. Выпускаются опытные образцы, но нет промышленного производства. Дело застопорилось...

— Может быть, причина в дороговизне?

— Композиты, естественно, дороги. Мы тоже подключились к работе концерна «Суперкомпозит», подыскиваем для них более дешевые волокна и добавки, проводим испытания. Чтобы повысить конкурентоспособность, нужно, чтобы материалы стоили подешевле. В то же время, композитные материалы, которые поставляются из-за рубежа, тоже стоят очень дорого. Отечественные все равно будут стоить дешевле. Просто строители боятся использовать новые материалы. Скажем, созданы композиционные гипсовые вяжущие, которые являются и водостойкими, и быстротвердеющими. Но они применяются очень мало. Хотя при нынешней высокой стоимости энергоносителей эти вяжущие являются, особенно эффективны, так как производство изделий на их основе не требует тепловой обработки. Все боятся новизны.

— Деньги выделяются на научные цели?

— На фундаментальные научные исследования деньги выделяет государство. А вот прикладные исследования, к сожалению, никто не финансирует. Хорошо, что в Москве есть Комитет по науке и технологиям, и из бюджета города всегда выделяются средства на научные прикладные исследования, в том числе и на разработку композитных материалов. Сам Комплекс архитектуры, строительства, развития и реконструкции Москвы выделяет деньги на исследования, но все это крохи. Настоящие крохи!

- И что? Ситуация — тупиковая?

- Ни в коем случае. Есть ряд фирм, которые заинтересованы в производстве новой продукции. Например, заводы по производству сухих строительных смесей на месте не стоят. Каждый из них буквально ежегодно выпускает несколько новых смесей. Это и «Старатели», и Опытный завод сухих строительных смесей, и ряд других фирм. Деньги на разработку новых видов материалов они регулярно выделяют из прибыли. И правильно делают.

Наша справка

Для мирового производства композитных материалов в последние годы характерен высокий и стабильный темп роста на уровне 5,2% ежегодно. При всем существующем разнообразии технологий развитие индустрии композитных материалов находится на начальной стадии. В общем объеме промышленного потребления стали, алюминия и пластмасс доля композитов составляет только 1,1%.

Отечественная промышленность пока не выпускает композиты в достаточном количестве и ассортименте. Композиты, произведенные в Западной Европе или Северной Америке, по карману далеко не всем нашим заказчикам и строительным компаниям. Практической альтернативой является сотрудничество с «молодыми тиграми» — странами Юго-Восточной Азии. Эти страны весьма заинтересованы в расширении экспорта своей доброкачественной и относительно недорогой продукции. В списке их деловых приоритетов Россия стоит на одном из первых мест. Поэтому нашим специалистам, проектировщикам и заказчикам полезно знать, какой композитный материал является лучшим по критерию «цена—качество», кто его производит и поставляет на российский рынок.

В настоящее время в странах Европы, Америки, Азии широко используются композиционные материалы на основе синтетических смол, армированных стекловолокном, углеволокном, арамидным волокном и другими высокопрочными волокнами. В мире также выпускается большая номенклатура оборудования и оснастки для производства изделий из композиционных материалов.

Дата публикации: 11:07 07 октября 2005