Нет никаких сомнений в том, что композитные материалы превосходят многие традиционные материалы по своим характеристикам. Однако, внедрение волокнистых композиционных материалов в строительную отрасль до настоящего времени проходило медленно. Ниже обсуждаются возможные проблемы, с которыми это связано, а именно, вопросы стоимости, конструктивных характеристик, долговечности, а также экологичности.
1. Стоимость
Стоимость можно рассматривать с точки зрения краткосрочных затрат, таких как проектирование, строительство и установка и долгосрочные затраты, такие как техническое обслуживание, модификация, демонтаж и утилизация. Их можно далее сгруппировать в прямые затраты, такие как материалы и производство, и косвенные затраты, такие как перебои в движении транспорта, амортизация, стоимость при перепродаже и влияние на окружение.
- Краткосрочные затраты на волокнистые композиты
В настоящее время волокнистые композитные материалы относительно дороги по сравнению с обычными строительными материалами по первоначальной стоимости. Есть ряд факторов, способствующих высокой стоимости композитных материалов:
– высокая стоимость сырья;
– высокая стоимость переработки;
– за частую использование импортных материалов;
– всеобщее признание высоких цен на рынках таких как морские и аэрокосмические;
– периодическая низкая доступность материалов.
В соответствии с развитием других применений композитов, таких как спортивное оборудование, некоторые исследователи считают вполне вероятным, что объем производства увеличится в результате использования волокнистых композитов в гражданском строительстве, что приведет к снижению стоимости материалов [1].
Однако на местном уровне это может быть оптимистичный прогноз, поскольку большая часть волокнистых композитных материалов импортируются и поэтому зависят от ряда международных экономических переменных, таких как:
– колебания производственных затрат за рубежом;
– транспортные и импортные расходы;
– колебания обменного курса между странами
- Стоимость изготовления
Помимо относительно высоких материальных затрат, краткосрочная стоимость материалов из стеклопластика зависит от изготовления. Большинство технологий производства волоконных композитов изначально были разработаны для авиационной, морской и / или автомобильной промышленности. Строительная отрасль очень отличается от них, поскольку конструкторы, как правило, занимаются проектированием и строительством довольно масштабных сооружений. Кроме того, спецификации дизайна обычно различаются от проекта к проекту. В результате большинство строительных проектов, как правило, являются «разовыми» работами. Эта ситуация контрастирует с обрабатывающим производством, где распространено массовое производство одного конструкторского решения. Как результат, дизайн и методы производства, которые очень успешны в промышленности, часто нежизнеспособна в гражданском строительстве.
Некоторые краткосрочные затраты могут снизится при использовании легких, модульные компонентов. Меньший вес может привести к уменьшению затрат на транспортировку и использование кранового оборудования. Меньший собственный вес требует меньшего и более легкого основания, а также более легкого строительного оборудования.
- Расчет стоимости волокнистых композиционных материалов
Методы, используемые для расчета стоимости проектов гражданской инфраструктуры, могут варьироваться от проекта к проекту в зависимости от индивидуальных обстоятельств. Часто стороны с финансовыми интересами в строительных проектах будут основывать решения на первоначальной стоимости конструкции. Это происходит в первую очередь из-за ограничений бюджета. Два метода учитывают большинство критических проблем в применении композиты в гражданском строительстве.
Первый использует процесс аналитической иерархии для обеспечения различных уровней
фокусировки для оценки вариантов потребностей проекта, управления, производства и технического обслуживания. Однако этот метод не позволяет сравнивать материальные и нематериальные факторы, такие как влияние на удобства, или анализ затрат / выгод вариантов, что важно для реалистичной оценки композитных материалов.
Второй подход известен как подход «Whole Of Life» (WOL) [1], который основан на оценке стоимости жизненного цикла. Стоимость жизненного цикла представляется более полной и включает первоначальную стоимость, техническое обслуживание, стоимость, эксплуатационные расходы, затраты на замену и ремонт, затраты на вывод из эксплуатации и утилизацию и другие расходы, такие как налоги, амортизация и дополнительные управленческие расходы. Стоимость определяется исходя из ожидаемого срока службы здания. Этот метод можно использовать для сравнения с экономической точки зрения преимуществ новых и существующих материалов в конструкциях, которые спроектированы в соответствии с одинаковыми критериями эффективности, такими как минимальный срок службы, прочность и жесткость.
- Перспектива
Некоторые волокнистые композитные материалы могут быть предпочтительнее, чем традиционные строительные материалы, поскольку экологическая устойчивость становится все более важной в долгосрочной перспективе. Вполне вероятно, что выбор материала станет более целенаправленным по экологическим вопросам, таким как сокращение использования невозобновляемых природных ресурсов и потребляемой энергии.
Эта тенденция к усилению экологической ответственности за материалы уже существует в других отраслях. Например, европейский автопром принимает меры для принятия системы «от колыбели до могилы» (cradle to the grave) (или «от колыбели до колыбели» (cradle to the cradle), если материалы переработаны) философия использования материалов [3]. Каждый из традиционных строительных материалов обладает некоторыми характеристиками, но ни один из них не обладает всеми. Конечной целью было бы разработать материал, который не только отвечает основным требованиям строительных материалов, но и характеристиками экологически устойчивого материала. Композиционные материалы могут предложить решение. Их уникальная адаптируемость позволяет использовать практически любую комбинацию свойств, но стоимость такой универсальности высока. Однако гораздо большее беспокойство вызывает то, что нынешний ассортимент материалов нельзя считать экологичным.
Например, производство армирующие волокон, таких как стекло, углерод и арамид, требуют огромного количества энергии и, в случае со стеклом, получают его из невозобновляемых ресурсов. Смолы более экологичны, чем такие материалы, как металл, потому что они получены из побочных продуктов нефтяной промышленности. Тем не менее сама нефтяная промышленность не является экологичной. Точно так же некоторые наполнители получают из отходов угольных электростанций; это
промышленность не может быть экологичной в долгосрочной перспективе из-за осведомленности общественности о загрязнении и несмотря на огромные запасы угля.
Особенностью композитных материалов является их способность сочетать два и более основных составляющих для производства сыпучего материала с характеристиками, лучшими по сравнению с исходными материалами. Это может позволить изготавливать подходящий строительный материал из основных материалов, которые являются более экологически чистыми. Биокомпозиты, или биоволокна, не новость. Натуральные волокна, такие как лен, хлопок, конопля и солома, использовались в качестве армирующих материалов долгие годы. С другой стороны, натуральные материалы могут представлять большую проблему. Небольшое количество продуктов из натуральных смол все же доступны. Например, каучук, растительная смола и клеи животного происхождения. Однако им обычно не хватает технологических и эксплуатационных характеристики, востребованных в смоле. Это не означает, что усилия, затраченные на разработку современного волокнистого композита, технологии тратятся зря. Напротив, крайне важно будет облегчить внедрение технологий биокомпозитов в будущем.
К тому времени, когда натуральные материалы и связанные с ними методы дизайна станут достаточно зрелыми чтобы обеспечить их широкое использование, вопросы, связанные с устойчивостью строительных материалов, вероятно, станут первостепенными при выборе материала. Совпадение этих трех факторов позволят увидеть явное преимущество природных композитных материалов перед традиционными материалами.
Литература:
- Хастак М., Халпин Д., 2000 г. «Оценка выгод и затрат жизненного цикла композитов в строительстве» август, ASCE, США
- Увес М., 2000 Лабораторные и полевые испытания композитной мостовой надстройки», Журнал композитов для строительства, том 4 № 3, август, ASCE, США
- Уивер, A., 1999, «Композитные материалы: Мировые рынки и возможности», Карс, A., 1997, «Щелочно-кремнеземная реакция», Австралии
