Німецький будівельний журнал
Термін "текстиль", як правило, міцно пов'язаний із швейною промисловістю. Текстильні волокна використовуються в будівництві десятки років. Завдяки інтенсивним дослідженням можна було б розпочати розробки щодо доповнення "важких" будівельних матеріалів бетоном, сталлю та керамікою "легкими" матеріалами з метою кращого задоволення будівельної фізики, статичних та енергетичних вимог. Компоненти, посилені технічними текстильними волокнами, також залишають простір для елегантних будівельних конструкцій завдяки своїй меншій вазі.
На сьогоднішній день технічні текстильні волокна обробляються не тільки в тонких, легких бетонних оболонках, але і як захисне зміцнення у фользі (захист, вологозахист, звукоізоляція, дах/фасад тощо), пластикові штукатурки та вікна, захисні окуляри, ізоляційні матеріали, сонячні панелі та безліч інших продуктів Будівництво будівель.
Пошук ресурсозберігаючих та стійких комбінацій будівельних матеріалів призвів до раніше невигаданих застосувань. Приблизно з 1950-х років у Німеччині проводяться інтенсивні дослідження таких конструкцій - перш за все композиційних матеріалів, які можуть бути економічно використані в будівельному будівництві. Результат: волокнисті композиційні матеріали сьогодні використовуються в цивільному будівництві як геотекстиль і в будівельних конструкціях для якісних фасадних конструкцій, тонких бетонних оболонок або стель, а також для будівництва даху або внутрішньої обробки.
Структурні властивості
У публічних дебатах про архітектуру 1950-х і 1960-х років композити з волокон були пов'язані з негативним іміджем "пластмас", так що, незважаючи на свої технічні переваги, вони майже повністю зникли з будівництва до кінця 1970-х. З тогочасних розробок стало відомо, що впровадження нових матеріалів може бути успішним у довгостроковій перспективі лише в тому випадку, якщо воно конкретно обмежується програмами, в яких воно може принести переваги перед традиційними будівельними матеріалами. Наступні властивості волокнистих композиційних матеріалів представляють особливий інтерес для будівельної галузі:
- висока механічна міцність при малій вазі,
- Стійкість до корозії, впливу навколишнього середовища та втоми,
- низька теплопровідність полімерної пластикової матриці,
- Побудова фізичної безпеки та стійкості до вологи,
- різноманітні варіанти архітектурного дизайну з точки зору прозорості, форми та кольору та різноманітні варіанти поєднання окремих компонентів матеріалу.
Приклад бетонної конструкції
Через поточну частоту пошкоджень сталевих армованих компонентів, таких як мости або збірні деталі в будівлях, вимога архітекторів та інженерів-будівельників щодо заміни сталевої арматури армованими волокнами композитами з тривалим терміном служби стає все більш актуальною. Проблеми, пов’язані з виробництвом для досліджень та промисловості, стосуються менш конкретних випадків застосування конкретного об’єкта, ніж стандартизованих будівельних конструкцій, які можуть бути використані в будівельній практиці. Вони не тільки повинні відповідати статичним вимогам, але й задовольняти високі вимоги щодо стійкості, енергоефективності, легкої конструкції та свободи архітектурного дизайну.
Інша область застосування - це опалубна мембрана. Це дозволяє без проблем виробляти гладкі поверхні або фасонні компоненти, наприклад фасонні стінові поверхні, круглі колони, кутові опори, гладкі поверхні тощо. Крім того, на відміну від опалубки з дерева або металу, опалубне масло не потрібно, що покращує захист навколишнього середовища.
Приклад фасаду
Загальний комплекс ROC Leiden від RAU Architecten (Амстердам) демонструє надзвичайно архітектурно оформлений фасад. Великі віконні площі забезпечують проникнення денного світла вглиб будівлі. Вся фасадна поверхня площею майже 10 000 м² обрамлена детально виготовленими індивідуально виготовленими, частково закругленими шторними елементами, виготовленими із залізобетонного бетону, які кріпляться до алюмінієвої або частково до несучої конструкції. Використання більш стійкої конструкції з нержавіючої сталі на деяких частинах фасаду було необхідним через високі вітрові навантаження, що виникають внаслідок геометрії будівлі. Для того, щоб визначити правильні розміри кріплення, заздалегідь були проведені інтенсивні модельні випробування у аеродинамічній трубі.
На додаток до архітектурної свободи дизайну, низька вага була головним аргументом на користь використання текстильного бетону на фасаді РПЦ у Лейдені. Армовані текстилем елементи дозволяють порівняно невеликі бетонні покриття арматури, оскільки використовуваний текстиль, такий як склопластик та вуглецеві тканини, не чутливий до корозії. Елементи 1780 x 624 мм (Hering betoShell ® BIG) виготовляли товщиною лише 30 мм. Низька товщина конструкції та зменшення ваги також дозволили спростити процес виготовлення та складання. Що стосується кольорового та поверхневого дизайну, текстильний бетон зміг досягти бажаного вигляду клієнтом та RAU Architecten. Був обраний високоефективний бетон зеленого кольору, блискучий природний камінь якого виявляється додатковим підкисленням поверхні плити.
Інші бетонні фабрики також пропонують архітекторам можливість виготовляти залізобетонні елементи, армовані текстильним волокном, за індивідуальними архітектурними проектами. До цього часу, зокрема, міжнародні архітектурні фірми використовували цю технологію. Наприклад, за допомогою так званої технології 3D фасадів створюються ефектні будівлі. Ці фасонні фасади можуть бути спроектовані лише із залізобетонних деталей із текстилю.
Приклади навісів
Наприклад, теплоізоляція мембранних конструкцій була покращена за допомогою нових покриттів та багатошарових мембранних оболонок, щоб задовольнити підвищені вимоги EnEV 2014. Використання сонячної енергії - часткова вимога EnEV 2014 - може бути досягнуто в таких будівлях шляхом інтеграції фотоелектричних модулів на основі кремнію або друкованих органічних сонячних елементів на фасаді або на даху. Вони також є продуктом для розробки з технічними текстильними волокнами і нарівні із загальними конструкціями покрівлі та фасаду з ізоляційними матеріалами. У приміщенні Інституту текстильної та технологічної промисловості в Денкендорфі (ITV) проводяться дослідження в рамках проекту «Eisbärhaus» щодо того, як мембранні конструкції можуть інтенсивно використовуватися з точки зору конструкції та дизайну. За цей проект ITV отримав премію Techtextil Innovation Award 2013.
Приклад будівельної фізики
Для того, щоб відповідати вимогам EnEV 2014 та DIN 4108 щодо захисту від вологи та герметичності в будівлях, протягом десятиліть використовуються спеціальні фольги, виготовлені з композитних волоконних матеріалів. Ущільнювальні фольги, виготовлені з текстильних волокон або неорганічних технічних волокон, доступні у вигляді одношарових штапельних волокон або багатошарових волокон. Залежно від специфікації, вони використовуються в сенсі будівельної фізики як пароізоляція, вологозахист та для забезпечення герметичності в будівельних конструкціях. Крім того, такі технічні плівки не мають електропровідності - якщо вони не обладнані відповідним чином. Такі електропровідні спеціальні плівки використовуються, наприклад, для захисту від крадіжок, протипожежного захисту або для позначення шляхів евакуації.
Пошук практичних рішень
Волокна для будівельної інженерії
У технічній галузі волокнами вважають конструкцію, виготовлену з волокнистого матеріалу із співвідношенням довжини до діаметра від 3: 1 до 1000: 1 для текстильних волокон. Вони не можуть поглинати сили стиску в поздовжньому напрямку, лише сили розтягування. Волокна поділяються на натуральні та штучні. Пряжані волокна - це волокна обмеженої довжини, а нитки - волокна необмеженої довжини.
Термін "натуральне волокно" означає всі текстильні волокна та волокнисті матеріали, які отримують з рослинної та тваринного сировини без хімічних модифікацій. На відміну від них, «штучні волокна», які часто називають синтетичними волокнами, виробляються синтетичним шляхом. Натуральні волокна можуть бути на органічній (рослинній, тваринній) та неорганічній (мінеральній) основі.
Для використання в будівництві використовуються різні групи волокон. Одним із напрямків досліджень, який займається використанням природних ефектів при проектуванні компонентів, є будівельна біоніка. Наприклад, самонесучі конструкції даху з комбінаціями виробів, виготовленими з технічних волокон, засновані на принципі природи.
Натуральні волокна
Рослинні волокна використовуються для опису всіх волокон, основним матеріалом яких є рослинне походження. У будівельному секторі вони в основному використовуються для тепло- та звукоізоляції. Наприклад, у земляному будівництві використовують солому та траву, які додають до земної маси. У так званих природно ідентичних ізоляційних матеріалах використовуються бавовняні волокна, волокна капок, конопель, льону або кокосового горіха, які зазвичай обробляються у вигляді ізоляційних плит.
У тварин волосяні фолікули утворюють волокна, які можна використовувати для текстилю. Зокрема, шерсть овець (нова шерсть) використовується для виробництва теплоізоляційних матеріалів. Нова шерсть технічно стискається (валяється), поки не утворює тверде тіло вовни. Це просочується хімічними речовинами. Це необхідно для задоволення вимог пожежо- та вологозахисту та для утримання хижаків (наприклад, молі).
Технічний текстиль з натуральних волокон використовується в якості геотекстилю в гідротехніці, як фліси та килимки для зелених дахів або в так званій «природно-ідентичній конструкції» як килимки та фольга для дахів та стін та як тепло- чи звукоізоляція.
Рукотворні волокна
Промислово виготовлені неорганічні волокна, які використовуються в будівельному будівництві, включають скляні волокна; вони слабо еластичні і крихкі. У технічному текстилі вони використовуються для зміцнення пластмас або як тепло- і шумозахист, а також як теплоізоляційний матеріал. Інша область застосування - використання скловолокна як оптичних хвилеводів для оптичної передачі даних у телефонних, телевізійних та EDP-мережах (ключове слово: волоконно-оптичні кабелі). Скляні та базальтові волокна, що мають подібні властивості, в основному використовуються як тепло- та звукоізоляція та для протипожежного захисту. Вони постачаються у вигляді пухких ізоляційних волокон або ізоляційних плит.
Цікавою групою неорганічних технічних текстильних волокон для будівництва є вуглецеві волокна. Вони дуже легкі, мають високу міцність і тому добре підходять як заміна арматури в бетонному будівництві. Їх використання в авіаційному та автомобільному будівництві для посилення пластикових деталей є поширеним сьогодні, і вони також з’являються як текстильне підсилення в композитній кераміці. Як волокнистий фетр вони зарекомендували себе як теплоізоляція високотемпературних захисних газів або вакуумних печей. Що стосується застосування в загальному будівельному будівництві, дослідження та конструктивне застосування все ще перебувають у початковій стадії. Через все ще високі ціни на ці технічні текстильні волокна, вони досі використовуються нерішуче в будівництві.
Керамічні волокна складаються з волокнистої керамічної структури. Вони зустрічаються як оксидні (оксид алюмінію, муліт) та неоксидні (SiC, SiCN, SiBCN) типи волокон. Як технічний текстиль алюмосилікатна вата також відома як теплоізоляція при високих температурах.
Найвідоміші технічні текстильні волокна - це волокна, виготовлені із синтетичних полімерів. Вони поділяються на 3 групи:
Поліконденсаційні волокна
Сюди входить поліестер, здебільшого відомий як поліетилентерефталат (ПЕТ) для виробництва високоякісних матеріалів, таких як діоли, тревіра тощо. Поліефірні волокна дуже стійкі до розривів і стирання і майже не поглинають вологу. Поліамідні волокна (ПА) дуже еластичні і можуть постійно деформуватися при нагріванні. Для використання в технічному текстилі Полімід (PI) використовується, наприклад, у фільтруючих середовищах, оскільки це високотемпературне синтетичне волокно. Поліфеніленсульфід (PPS) є хімічно стійким і температурно стійким, а також використовується у фільтруючих середовищах.
Полімеризаційні волокна
Полімеризаційні волокна включають поліакрилонітрил (PAN) з його хорошою стійкістю до світла та хімічних речовин. Це важливий базовий матеріал для виготовлення вуглецевих волокон. Поліпропілен (ПП), навпаки, є найлегшим текстильним волокном. Він практично не вбирає вологу, еластичний і стійкий до стирання. Застосовується в геотекстилі, підлогових покриттях та в автомобільному секторі. Полівінілхлорид (ПВХ) зігріває. У будівництві він застосовується, зокрема, для покриття підлоги.
Поліаддіційні волокна
Поліуретан з поліаддитивного волокна (EL) обробляється як еластомер завдяки високому еластичному подовженню у зв'язку з іншими волокнами швейної промисловості. У будівництві поліуретан в основному відомий як спінений теплоізоляційний матеріал.
Планування та застосування
Як показано, існує не тільки широкий спектр волокна як основного матеріалу, але також широкий спектр структурних застосувань. Не тільки з цієї причини планувальнику доцільно на ранньому етапі уточнити у спеціаліста-інженера, чи підходить і яким чином використання технічних текстильних волокон. Також варто проконсультуватися з одним з інститутів або відповідних університетів з цього питання, де інженери-спеціалісти доводять практичні будівельні програми - часто разом з промисловістю - до готовності виробництва.
Важливо, щоб усі товари, що подаються на тендер, мали марку CE, відповідали європейським стандартам та мали дійсне схвалення в Німеччині для сфери застосування. Проектувальники та виробники отримують ці дані від відповідного виробника продукції. Більшість виробників допомагають із загальнообов’язковими документами технічних спеціалістів, щоб технічний опис був правильним у LV для спеціальних областей застосування.
Висновок
Асортимент технічного текстилю широкий. Цей короткий уривок показує, що для всіх професіоналів, які беруть участь у будівництві - планувальників, спеціалістів-інженерів, переробників - необхідне постійне навчання, щоб мати змогу йти в ногу зі швидкими технічними розробками. Виставка Techtextil пропонує огляд застосування текстильних рішень для будівництва будівель. Тут архітектори та інженери, а також експерти з досліджень та розробок мають можливість знайти рішення конструктивних питань, що очікують на розгляд.