CC BY
3УДК 69
Феоктистов Д.О.
независимый эксперт в области строительства искусственных сооружений (г. Москва, Россия)
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В МАЛОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ЗАВЕС, ВОДООТВЕДЕНИЯ И
ВОДОПОДАВЛЕНИЯ ГРУНТОВЫХ, ТАЛЫХ И ИНЫХ ВОД
Аннотация: статья посвящена применению композитных материалов в малом строительстве для создания фильтрационных завес и систем водоотведения. Рассматриваются уникальные свойства композитов, такие как высокая прочность и устойчивость к коррозии, что делает их эффективными для защиты инфраструктуры от воздействия воды. В работе анализируются различные виды композитных материалов, их преимущества по сравнению с традиционными решениями и конкретные примеры успешного использования в строительных проектах, направленных на защиту от грунтовых вод.
Ключевые слова: композитные материалы, фильтрационные завесы, грунтовые воды, причины подтоплений, талые воды.
Современные методы строительства малых объектов сталкиваются с множеством гидротехнических вызовов, требующих инновационных решений для эффективного управления водными потоками и защиты инфраструктуры от воздействия воды. В данной работе я рассматриваю использование композитных материалов как перспективное направление для решения таких задач.
Композитные материалы обладают уникальными свойствами, такими как высокая прочность, устойчивость к коррозии и гибкость, что делает их идеальными для создания фильтрационных завес и систем водоотведения. Они обеспечивают надежную барьерную функцию, предотвращая проникновение
воды в строительные конструкции и способствуя эффективному отводу избыточной влаги.
В рамках исследования рассматриваются различные виды композитных материалов, их характеристики и преимущества по сравнению с традиционными материалами. Также анализируются конкретные примеры успешного применения композитов в строительных проектах, направленных на защиту от грунтовых вод.
Актуальность проблемы.
Актуальность проблемы подтоплений цокольных, подвальных и полуподвальных помещений при строительстве и эксплуатации зданий в условиях высоких грунтовых вод, а также на берегах водоемов и в районах с обильными осадками необходимо рассматривать с учетом нескольких ключевых аспектов.
В первую очередь, подтопления представляют серьезную угрозу для структурной целостности зданий. Вода, проникающая в цокольные, подвальные и полуподвальные помещения, может вызывать деформацию и разрушение строительных материалов. Это особенно актуально для старых зданий, где возможно нарушение гидроизоляционных слоев из-за старения материалов или несоответствия современным требованиям.
Во-вторых, подтопления угрожают здоровью жильцов и пользователей помещений. Влага способствует развитию плесени и грибковых заболеваний, которые могут стать источником аллергий и других здоровотворных проблем. Кроме того, влажные условия способствуют росту насекомых и микроорганизмов, что дополнительно ухудшает качество внутренней среды помещений.
Третий аспект заключается в экономических потерях, связанных с необходимостью ремонта и восстановления поврежденных конструкций после подтоплений. Высокие затраты на устранение последствий подтоплений могут оказать значительное влияние на бюджеты как частных, так и муниципальных строительных проектов.
Наконец, с учетом изменения климатических условий и увеличения частоты экстремальных погодных явлений, таких как сильные дожди и наводнения, проблема подтоплений становится все более актуальной и требует разработки эффективных и устойчивых технологий для защиты строений от водных воздействий.
Таким образом, понимание и решение проблемы подтоплений цокольных, подвальных и полуподвальных помещений являются ключевыми задачами в современном строительстве и требуют комплексного подхода с применением современных технологий и материалов для обеспечения устойчивости и долговечности строительных конструкций.
Причины проблем.
Часто с этой проблемой сталкиваются собственники жилья из-за ошибок, допущенных при проектировании и строительстве фундаментов, а также из-за попыток сэкономить на материалах, заменяя дорогостоящие материалы на более дешевые и менее качественные. Однако, еще чаще затопления происходят в строениях ветхого и старого жилья, построенного 30, 50, 100 лет назад. В то время не было такого выбора гидрофобных материалов и современных технологий по отводу воды, и агрессивная водная среда год за годом разрушала основания построек.
Последствия подтоплений.
Размывая фундамент, вода создает угрозу осадки и гниения деревянных конструкций, что угрожает здоровью людей. Грибок и плесень, возникающие из-за влажности, могут быть источником множества заболеваний и способствуют появлению различных насекомых и паразитов. Поэтому для качественного решения этой проблемы необходим индивидуальный подход в каждом конкретном случае, чтобы устранить проблему с минимальными затратами.
Опыт и новые технологии.
Имея значительный опыт в применении различных гидрофобных материалов и технологий отвода грунтовых, талых и иных вод при строительстве искусственных сооружений, таких как пешеходные, автомобильные и
железнодорожные мосты, дороги и тоннели, я решил применить свои знания в малоэтажном строительстве и строительстве искусственных сооружений.
В ходе возведения новых зданий и реконструкции существующих строителям часто приходится сталкиваться с грунтовыми и поверхностными водами. Эффективность и стоимость мероприятий по борьбе с паводками и дренажу непосредственно влияют на итоговую цену объекта. В настоящее время доступны различные системы, которые обеспечивают постоянный и надежный дренаж в основаниях зданий и сооружений. Одним из современных решений является использование геосинтетических материалов в дренажных системах, что позволяет существенно снизить затраты на строительство [1, 2].
Инновации и предложения.
Предлагаемая мной технология с использованием композитных материалов на основе стекловолокна позволит не только сделать основания строений сухими, но и поможет без ущерба для человека и окружающей среды защитить и укрепить их от агрессивной среды. Преимущества стекловолокна включают его экологическую чистоту и прочность. Материал, получаемый при плавлении стекла и последующем растягивании его в волокна, объединяется с эпоксидными или полиэфирными смолами и может быть использован в следующих областях:
• Береговые линии
• Каналы
• Острова
• Причалы
• Плотины
• Шлюзы
• Молы
• Доки
• Коллекторы
• Тоннели
• Водоприемные и водоотводные конструкции
• Укрепление осыпей и склонов
• Траншеи и котлованы
• Обустройство очистных сооружений
Таким образом, применение композитных материалов открывает новые возможности в малом строительстве для эффективного и экологически безопасного управления водными потоками и защиты сооружений.
Сфера применения композитных материалов охватывает широкий спектр областей, где их уникальные свойства делают их предпочтительными по сравнению с традиционными строительными материалами. Вот основные направления использования композитов:
1. Строительство инфраструктуры: Композиты нашли широкое применение в строительстве мостов, тоннелей, путепроводов и дорожных покрытий. Их высокая прочность при относительно низком весе делает их идеальными для создания легких и долговечных конструкций, способных выдерживать значительные нагрузки и агрессивные окружающие условия.
2. Архитектурные решения: В архитектуре композитные материалы используются для создания фасадов зданий, декоративных элементов и кровельных покрытий. Они обеспечивают большую свободу в дизайне благодаря возможности формирования сложных геометрических форм и использования различных текстур.
3. Авиационная и автомобильная промышленность: В авиации и автомобилестроении композиты используются для создания легких и прочных крыльев, корпусов, кузовных элементов и деталей салона. Это позволяет снижать вес транспортных средств, улучшать экономичность и производительность.
4. Энергетические конструкции: В сфере энергетики композиты применяются для создания корпусов ветрогенераторов, солнечных панелей, а также для изоляции и защиты электрических и тепловых систем. Они обладают высокой стойкостью к воздействию внешней среды и обеспечивают долговечность конструкций.
5. Водоотведение и водоснабжение: Композиты используются для создания водоотводных и водоподводных систем, водосточных труб и канализационных коллекторов. Их устойчивость к коррозии и агрессивным средам позволяет обеспечивать надежную и долговечную работу в системах водоснабжения и водоотведения.
6. Морские и подводные конструкции: В морском строительстве композиты применяются для создания корпусов судов, понтонов, причальных сооружений, а также для защиты и укрепления подводных структур. Они обладают высокой устойчивостью к соленой воде и коррозии, что делает их идеальными для использования в морских условиях.
7. Сельское хозяйство и строительство сельскохозяйственных сооружений: В сельском хозяйстве композитные материалы используются для создания теплиц, хранилищ удобрений и водоемов. Их высокая стойкость к воздействию влаги и химических веществ делает их особенно ценными для аграрного сектора [3].
В целом, применение композитных материалов в современном строительстве и других отраслях экономики продемонстрировало их значительные преимущества перед традиционными материалами, обеспечивая высокую производительность, долговечность и устойчивость к внешним воздействиям.
Сфера применения композитных материалов охватывает широкий спектр областей, где их уникальные свойства делают их предпочтительными по сравнению с традиционными строительными материалами. Вот основные направления использования композитов:
1. Строительство инфраструктуры: Композиты нашли широкое применение в строительстве мостов, тоннелей, путепроводов и дорожных покрытий. Их высокая прочность при относительно низком весе делает их идеальными для создания легких и долговечных конструкций, способных выдерживать значительные нагрузки и агрессивные окружающие условия.
2. Архитектурные решения: В архитектуре композитные материалы используются для создания фасадов зданий, декоративных элементов и кровельных покрытий. Они обеспечивают большую свободу в дизайне благодаря возможности формирования сложных геометрических форм и использования различных текстур.
3. Авиационная и автомобильная промышленность: В авиации и автомобилестроении композиты используются для создания легких и прочных крыльев, корпусов, кузовных элементов и деталей салона. Это позволяет снижать вес транспортных средств, улучшать экономичность и производительность.
4. Энергетические конструкции: В сфере энергетики композиты применяются для создания корпусов ветрогенераторов, солнечных панелей, а также для изоляции и защиты электрических и тепловых систем. Они обладают высокой стойкостью к воздействию внешней среды и обеспечивают долговечность конструкций.
5. Водоотведение и водоснабжение: Композиты используются для создания водоотводных и водоподводных систем, водосточных труб и канализационных коллекторов. Их устойчивость к коррозии и агрессивным средам позволяет обеспечивать надежную и долговечную работу в системах водоснабжения и водоотведения.
6. Морские и подводные конструкции: В морском строительстве композиты применяются для создания корпусов судов, понтонов, причальных сооружений, а также для защиты и укрепления подводных структур. Они обладают высокой устойчивостью к соленой воде и коррозии, что делает их идеальными для использования в морских условиях.
7. Сельское хозяйство и строительство сельскохозяйственных сооружений: В сельском хозяйстве композитные материалы используются для создания теплиц, хранилищ удобрений и водоемов. Их высокая стойкость к воздействию влаги и химических веществ делает их особенно ценными для аграрного сектора [4].
В целом, применение композитных материалов в современном строительстве и других отраслях экономики продемонстрировало их значительные преимущества перед традиционными материалами, обеспечивая высокую производительность, долговечность и устойчивость к внешним воздействиям.
Сравнение композитных материалов с классическими строительными материалами (такими как бетон, сталь, дерево и кирпич) является важным аспектом при оценке их применимости и эффективности в различных областях.
1. Прочность и вес:
о Композиты: Одно из главных преимуществ композитов заключается в их высокой прочности при низком весе. Например, углепластики имеют высокую прочность при меньшем весе по сравнению с металлами. Это делает композиты идеальными для создания легких конструкций, требующих высокой прочности.
о Классические материалы: Бетон и сталь обладают хорошей прочностью, но их плотность выше, что делает конструкции из этих материалов более тяжелыми. Дерево и кирпич также тяжелые, но их прочность и устойчивость к воздействию окружающей среды различаются в зависимости от условий эксплуатации.
2. Коррозионная стойкость:
о Композиты: Одним из ключевых преимуществ композитных материалов является их высокая устойчивость к коррозии. В отличие от металлов, которые могут ржаветь или корродировать под воздействием влаги и химических веществ, композиты не подвержены этому типу разрушения.
о Классические материалы: Металлы, особенно железо и его сплавы, требуют защитных покрытий или специальных легирующих добавок для предотвращения коррозии. Дерево и кирпич также могут быть подвержены воздействию влаги и гниению.
3. Теплоизоляционные свойства:
о Композиты: Композитные материалы могут обладать хорошими теплоизоляционными свойствами, в зависимости от используемых компонентов. Например, углепластики могут иметь низкий коэффициент теплопроводности, что делает их хорошими для создания теплоизоляционных конструкций.
о Классические материалы: Бетон и кирпич имеют относительно высокий коэффициент теплопроводности, что требует дополнительных мероприятий для обеспечения теплоизоляции. Дерево, в зависимости от видовых характеристик, может обладать хорошей теплоизоляцией.
4. Эстетические свойства и дизайн:
о Композиты: Композитные материалы позволяют создавать сложные формы и текстуры, что дает большую свободу в архитектурном дизайне. Они могут имитировать различные текстуры и отделки без необходимости использования дополнительных отделочных материалов.
о Классические материалы: Традиционные материалы имеют свои естественные текстуры и отделочные возможности, которые могут быть привлекательны для определенных архитектурных стилей. Однако, создание сложных форм может потребовать дополнительных трудозатрат и материалов.
5. Экологические аспекты:
о Композиты: В зависимости от используемых компонентов и технологий производства, композитные материалы могут быть экологически более чистыми, чем некоторые традиционные материалы. Они могут быть устойчивы к воздействию окружающей среды и требовать меньше ресурсов на производство.
о Классические материалы: Дерево является природным материалом, который, если добывается устойчивым способом, может быть экологически устойчивым. Бетон и металлы требуют значительных ресурсов и энергии на производство и могут иметь негативное воздействие на окружающую среду.
Таким образом, сравнение композитных материалов с традиционными материалами показывает, что каждый тип материала имеет свои преимущества и ограничения, которые необходимо учитывать при выборе для конкретных проектов и условий эксплуатации.
Композитные материалы играют важную роль в экологически устойчивом строительстве и промышленности. Они обладают рядом характеристик, которые могут положительно влиять на окружающую среду по сравнению с традиционными материалами. Вот как композитные материалы влияют на экологию:
1. Энергоэффективность в производстве:
о Низкое энергопотребление: Производство композитных материалов, таких как стеклопластик или углепластик, может требовать меньше энергии по сравнению с производством стали или алюминия. Это связано с тем, что процессы, используемые для создания композитов, часто менее энергоемкие и требуют менее высоких температур.
о Использование возобновляемых источников: Некоторые композитные материалы могут быть произведены с использованием возобновляемых источников, таких как растительные волокна (например, лен, джут) и биополимеры. Это снижает зависимость от ископаемых ресурсов.
2. Долговечность и сниженное обслуживание:
о Устойчивость к коррозии: Композитные материалы не подвержены коррозии, что увеличивает их долговечность и снижает необходимость в частом ремонте и замене. Это сокращает потребление материалов и ресурсов на протяжении жизненного цикла конструкции.
о Устойчивость к агрессивным средам: Композиты хорошо сопротивляются воздействию химических веществ, ультрафиолетового излучения и влаги, что также способствует увеличению срока службы.
3. Легкость и уменьшение транспортных затрат:
о Снижение веса: Композитные материалы часто легче традиционных материалов, что снижает затраты на транспортировку. Это
уменьшает выбросы углекислого газа, связанные с транспортировкой материалов на строительные площадки.
4. Утилизация и переработка:
о Переработка композитов: Некоторые композитные материалы могут быть переработаны в конце их жизненного цикла. Например, стеклопластик и углепластик могут быть измельчены и использованы повторно в производстве новых композитов или в качестве наполнителей для других материалов.
о Биокомпозиты: Композиты на основе натуральных волокон и биополимеров могут быть биоразлагаемыми или компостируемыми, что снижает их воздействие на окружающую среду после использования.
5. Снижение углеродного следа:
о Энергоэффективные конструкции: Благодаря своей легкости и высоким изоляционным свойствам, композитные материалы способствуют созданию энергоэффективных зданий и сооружений. Это приводит к снижению энергопотребления на отопление и охлаждение, что уменьшает углеродный след эксплуатации зданий.
о Инновационные решения: Внедрение композитных материалов в такие области, как ветроэнергетика (лопасти ветрогенераторов), солнечная энергетика (панели и крепежные конструкции), транспорт (легкие корпуса автомобилей и самолетов) и строительство (изолирующие панели и фасадные системы), способствует развитию возобновляемых источников энергии и снижению зависимости от ископаемых ресурсов.
Проблемы и вызовы: Хотя композитные материалы обладают множеством экологических преимуществ, существуют и определенные проблемы, которые необходимо учитывать:
• Процесс переработки: Не все композитные материалы легко поддаются переработке, особенно сложные многослойные конструкции. Разработка технологий переработки и утилизации композитов остается актуальной задачей.
• Использование синтетических полимеров: Некоторые композиты содержат синтетические полимеры, которые не являются биоразлагаемыми. Увеличение доли биополимеров в композитах может способствовать решению этой проблемы.
Таким образом, композитные материалы представляют собой перспективное направление в контексте экологически устойчивого развития. Их применение может существенно снизить негативное воздействие на окружающую среду, повысить энергоэффективность и долговечность конструкций, а также способствовать развитию возобновляемых источников энергии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. The use of synthetic materials in the highway engineering in the Urals / A.A. Bartolomey, V.I. Kleveko, V.G. Ofrikhter, A.B. Ponomaryov, A.N. Bogomolov // Geotechnical engineering for transportation infrastructure. Proceedings of the 12th European conference on soil mechanics and geotechnical engineering, Amsterdam, June 1999. - Netherlands, Amsterdam, 1999. - Vol. 2 - Р. 1197-1202;
2. Yun Zhou Geosynthetic Engineering: Geotextile Filters, Federal Highway Administration, Washington D.C., April 1998, 73 p;
3. Carroll R.G., Jr., Geotextile Filter Criteria, Engineering Fabrics in Transportation Construction, Transportation Research Record 916, Transportation Research Board, Washington D.C., Jan 1983, pp. 46-53;
4. Christopher B.R., Holtz R.D. Geotextile Engineering Manual, Report No. FHW A-TS-86/203, Federal Highway Administration, Washington D.C., Mar 1985, 1044 p
Feoktistov D.O.
independent expert in field of construction of artificial structures
(Moscow, Russia)
USE OF COMPOSITE MATERIALS IN SMALL-SCALE CONSTRUCTION FOR CREATION OF FILTRATION CURTAINS, DRAINAGE AND WATER SUPPRESSION OF GROUNDWATER, MELTWATER AND OTHER WATERS
Abstract: article is devoted to the use of composite materials in small-scale construction to create filtration curtains and drainage systems. The unique properties of composites, such as high strength and corrosion resistance, are considered, which makes them effective for protecting infrastructure from water exposure. The paper analyzes various types of composite materials, their advantages over traditional solutions and specific examples of successful use in construction projects aimed at protecting against groundwater.
Keywords: composite materials, filtration curtains, groundwater, flooding causes, meltwater.
