Полимеры их свойства и применение в строительстве

Применение полимеров в строительстве

Полимеры широко применяются в различных областях человеческой деятельности, удовлетворяя потребности различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта. При этом уместно отметить, что в последние годы несколько изменилась и функция полимерных материалов в любой отрасли, и способы их получения. Полимерам начали доверять все более ответственные задачи.

Сейчас в строительстве используют традиционные материалы, например бетон и сталь, для которых характерна низкая стоимость компонентов, и низкие возможности обработки. Использование полимерных материалов в строительстве дало:

– Сокращение итоговых расходов

– Устойчивость к коррозии

– Простота установки и обработки

– Простота технического обслуживания

При всем разнообразии особенностей для полимерных строительных материалов характерен и ряд свойств, определяющих условия рационального применения их в строительстве. Низкая прочность и относительно высокие прочностные показатели дают возможность создать директивный конструкции из пластмасс. Пластмассы — плохие проводники тепла и электричества. Поэтому они являются хорошими теплоизоляционными материалами и диэлектриками. В большинстве случаев, полимерные материалы устойчивы к кислотам, щелочам и другим хим. реагентам.

Они не требуют дополнительной защиты поверхности и могут быть окрашены в разные цвета. Многие пластические массы непроницаемы для воды, что обусловило их широкое применение для гидроизоляции зданий и сооружений, устройства кровель, трубопроводов. Низкая истираемость позволяет их широко применять для покрытия полов.

Пластмассы очень технологичны, т. е. легко перерабатываются в строительные изделия. Они легко поддаются механической обработке, склеиваются и свариваются.

Но необходимо учитывать и их недостатки, к ним относят, к которым можно отнести низкую теплостойкость, высокий температурный коэффициент линейного расширения, повышенную ползучесть, или способность воспламеняться или подвергаться деструкции под действием огня. Из-за незавершенности процессов образования полимеров, и входящих в их состав токсичных компонентов некоторые пластические массы имеют способность выделять в окружающую среду вредные вещества. Под действием солнечных лучей, повышенной температуры и кислорода в воздухе начинают быстро стареть, т. е. идет ухудшение физико-механических свойств.

Полимерные строительные материалы и изделия наиболее часто квалифицируют по виду полимера и области применения их в строительстве. Все многообразие пластмасс в зависимости от назначения их в строительстве сводится к следующим основным группам:

Материалы для покрытия полов

Низкая истираемость, гигиеничность, необходимые тепло- и звукоизоляционные свойства в сочетании с возможностью индустриализации строительных работ обусловили широкое применение полимерных материалов для покрытия полов.

Из всего объема рулонных, плиточных, мастичных и погонажных полимерных материалов для полов около 70% падает на долю поливинилхлоридного линолеума.

Линолеумы предназначены для устройства покрытий полов в жилых, общественных и некоторых промышленных зданиях. Применение этих покрытий в 5 — 7 раз сокращает длительность работ по сравнению с настилкой дощатых и паркетных полов. При правильной эксплуатации линолеумные полы могут прослужить 20-25 лет. Линолеумы выпускают без подосновы, а также на тканевой, войлочной и других видах подосновы. Наиболее массовыми являются одно- и многослойные линолеумы без подосновы. Они могут иметь поверхность, окрашенную в различные цвета, гладкую, с узором, блестящую, матовую, тисненую. Линолеумы изготавливают 3-мя способами: каланлровым, промазным и экструзионным.

В последние годы в строительстве все шире внедряют синтетические ковровые материалы (ворсолин, ворсонит и д. р. ) Для верха ковров используют тканные нетканые покрытия из синтетических волокон.

Ворсолин — нетканый двухслойный ворсовый материал. Его подосновой служит пленка из эмульсионного поливинилхлорида. Ковры ворсолина сваривают или склеивают в полотнища размером на комнату.

Ворсонит — Сырьем для него являются холсты из полиэфиров, полиамидов и других полимеров. Ворсонит отличается высоким декоративно-художественным, теплотехническим, и акустическим свойствами.

Плиточные материалы для полов являются менее полимероемкими, чем рулонные, и позволяют устраивать покрытия, различные по цвету и рисунку, легко ремонтируются.

Из пластмассовых плиток для полов основные — поливинилхлоридные и кумароновые. Эти виды плиток не рекомендуется применять в помещениях с повышенными тепловым и влажностным режимами эксплуатации и при возможном воздействии масел, жиров и образивных материалов.

Древесно-слоистые пластики (ДСП) — материалы, изготавливаемые в виде листов и плит горячим прессованием пакетов древесного шпона, пропитанного полимером. Технология производства ДСП включает подготовку древесного шпона, пропитку его полимером, сушку и сборку шпона в пакеты, прессирование и обрезку. ДСП по основным свойствам физико-механическим свойствам превосходят исходную древесину и используются для изготовления несущих конструкций, вспомогательных, крепежных и монтажных элементов.

Стеклопластики — пластмассы, содержащие в качестве упрочняющего наполнителя стекловолокнистые материалы. Прочность, легкость, низкая теплопроводность и другие ценные свойства определили широкое использование стеклопластиков в различных строительных конструкциях. Использование легких конструкций, изготовленных на основе стеклопластиков, позволяет снизить массу зданий в 16 раз по сравнению с кирпичными и в 8 раз по сравнению с крупнопанельными железобетонными зданиями. Стеклопластик в несколько десятков раз более стойки к ударным воздействиям, чем стекло, их прочность на изгиб и растяжении в 5 — 10 раз выше стекла, а плотность в 1,5 — 2 раза меньше. Светопропускаемость стеклопластиков может достигать 90% на толщину 1,5 мм, в том числе до 30% — в ультрафиолетовом спектре против 0,5 для обычного и силикатного стекла. Стеклопластики обладают теплопроводностью в 6 -10 раз более низкой, чем такие материалы, как керамика, бетон и железобетон. В строительстве стеклопластики применяют в виде плоских и волнистых листов для устройства светопрозрачной кровли промышленных зданий и сооружений; теплиц и оранжерей; малых архитектурных форм; трехслойных светопрозрачных и глухих панелей, ограждений и покрытий; оболочек и куполов; изделий трубчатого и коробчатого сечений; оконных и дверных блоков; санитарно-технических изделий, форм для изготовления бетонных и железобетонных изделий и др. Для стеклопластиков характерна высокая демпфирующая способность, они могут применяться в конструкциях, подвергаемых к действию вибраций.

Полимербетоны — композиционные материалы, получаемые на основе полимерного связующего, минеральных заполнителей и наполнителей.

Основные свойства полимербетонов определяются химической природой полимерного связующего, видом и содержанием наполнителя и заполнителей. Наиболее высокие физико-механические свойства полимербетоны имеют при использовании в качестве связующего эпоксидных смол. Однако сравнительно большая стоимость и дефицитность эпоксидных полимеров ограничивают возможность их применения. Для уменьшения расхода эпоксидных полимеров их модифицируют каменноугольной смолой. Наибольшее распространение получили полимербетоны на фурановых смолах, отверждаемых добавками сульфокислот. Свойства фурановых композиций улучшают, модифицируя их эпоксидными полимерами.

К достоинствам полимерных бетонов можно отнести их высокую износостойкость, кавитационную и химическую стойкость. Полимерные бетоны, содержащие 5-10% графитового наполнителя, имеют в 20 раз более высокую кавитационную стойкость, чем обычный бетон. Полимер бетоны можно усиливать металлической и неметаллической арматурой.

Полимерные бетоны применяют для возведения износостойких покрытий ирригационных плотин и конструкций портовых сооружений, для изготовления плит, установки химически стойких полов производственных зданий, сточных каналов, лотков и других конструкций , эксплуатируемых в условиях агрессивных сред; сооружения штатных стволов, кольцевых коллекторов подземных сооружений, химически стойких и дренажных труб; траверс ЛЭП, контактных опор и других конструкций с высоким электросопротивлением.

Гидроизоляционные и герметизирующие материалы. Трубы.

Из полимерных материалов для гидроизоляции особенно широкое применение получили пленки, мастики, лаки и краски. К пленочным относят рулонные материалы, толщиной до 1 мм, получаемые из полимеров путем экструзии, механического, пневмомеханического вытягивания и другими методами. Применение пленок позволяет улучшить условия труда при изоляционных работах, повысить их экономическую эффективность. В промышленности выпускают также полиизобутиленовые, полиамидные и другие пленки.

Гидроизоляционные мастики на основе термопластичных и термореактивных полимеров. Широкое применение получили битумно-полимерные пластики, для которого в виде главного компонента используют различные растворы или водные дисперсии каучуков.

Окрасочные гидроизоляционные составы на основе синтетических полимеров включают хлоркаучуковые, полиизобутиленовые, алкидные, полиуретановые, эпоксидные, силиконовые и т. п. Применять их можно для окраски поверхностей, на которые воздействуют минеральные масла и бензин. Кроме того, они пригодны для окраски помещений, где хранятся продукты и резервуары с питьевой водой.

Герметики — материалы и изделия, обеспечивающие влаго- и воздухонепроницаемость стыковых сопряжений строительных деталей и конструкций.

Мастичные герметики делятся на три группы:

1) Полимерные, нетвердеющие мастики на основе полиизобутилена. Они работают в том состоянии, в котором уложены в нее.

2) Герметики — эластомеры холодного отверждения. Их особенностью является, что после введения их в пастообразном состоянии встык под влиянием отверждающих добавок при температуре окружающей среды они переходят в эластичное резиноподобное состояние.

3) Битумно — полимерные герметики. Они применяются в горячем виде. Из-за своей дешевизны, высоких адгезионных и эксплуатационных свойств получили широкое распространение.

Погонажные герметики — это, как правило, пористые или пустотелые элементы, выполненные в виде жгутов различного поперечного сечения.

Оклеечные (рулонные) герметики представляют собой полосы из стеклоткани с нанесенным на них герметизирующим слоем мастики.

Трубы из полимерных материалов обладают преимуществами по сравнению с трубами из других материалов: легкостью, устойчивостью к электрохимической коррозии, гибкостью, высокими диэлектрическими свойствами. Постоянством пропускной способности, низкой теплопроводностью. Они просты в монтаже и не требуют защитных покрытий. Наибольшее распространение получили ПЭ, ПП, ПВХ трубы. Их применяют для устройства систем водоснабжения и канализаций, вентиляции внутренних коммуникаций химических и пищевых производств, ирригационных трубопроводов, газопроводов.

Для тепловой изоляции в строительстве применяют полимерные материалы, имеющие ячеистую структуру, которая может быть представлена системой изолированных ячеек (пенопласт), сообщающихся пор (пороплаты), регулярно повторяющихся полостей (сотопласты). Такое деление теплоизоляционных пластмасс условно, так как обычно не удается получить материал только с замкнутыми или открытыми ячейками. Полимерные теплоизоляционные материалы подразделяют на жесткие, полужесткие и эластичные. Для строительной теплоизоляции широко применяют жесткие пластмассы. Наиболее распространенная теплоизоляционная пластмасса — пенополистирол.

Полимерные материалы относят к числу наиболее эффективных строительных материалов. Они позволяют существенно снизить вес конструкции, широко внедрять индустриальные методы ведения строительных работ, обладают комплексом положительных особенностей, позволяющих расширить архитектурные возможности, изменить облик интерьеров, сокращать рудовые затраты. Превосходя по свойствам многие материалы, они требуют для производства в 2 — 4 раза меньше капитальных вложений. Каждая тонна пластмасс позволяет экономит в народном хозяйстве 5,6 т стали, 3,4 т цветных металлов, около 500 рублей капитальных вложений и трудозатрат.

Источник

Полимеры и пластмассы в строительстве.

Полимерами называют химические вещества, образованные соеди­нением нескольких, иногда очень многих, одинаковых молекул без суще­ственного изменения их структуры. Пластические массы (пластмассы) -это материалы, в состав которых входят полимеры. Пластические массы состоят из следующих компонентов: наполнитель, краситель, стабилиза­тор, пластификатор.

Положительными свойствами пластмасс являются: малый объемный вес в пределах 20-2200 кг/м 3 , высокие прочностные характеристики (прочность при растяжения до 150 МПа, при сжатии до 400 МПа), низкая теплопроводность, высокая химическая стойкость и устойчивость к корро­зионным воздействиям, технологическая легкость обработки и сварки. К отрицательным свойствам пластмасс относят их низкую теплостойкость (от + 70 до +200°), малую поверхностную твердость, повышенную ползу­честь, особенно при повышенных температурах, горючесть. К недостаткам можно отнести я недолговечность большей части пластмасс, что значи­тельно снижает возможность их применения в строительстве.

Все молекулярные вещества, применяемые в пластмассах, делят на четыре класса в зависимости от способа их получения. Наиболее широко в строительстве применяют полимеры, получаемые: «А» — полимеризацией, «Б» — поликонденсацией. В зависимости от того, как полимеры ведут себя при нагревании, они делятся на термопластичные и термореактивные.

К полимерам класса

К рулонным материалам относятся различные виды линолеумов: поливинилхлоридный линолеум безосновный, на тканевой основе, на тепло и звукоизолирующей войлочной и пористой основе, алкидный линолеум на тканевой основе, резиновый линолеум (релин) на пористой теплоизо­лирующей основе и др. Линолеум приклеивают к основанию специальны­ми мастиками или укладывают насухо, с зажимом плинтусами.

Для устройства полов широко применяют и плиточные материалы, изготовленные на основе полимеров, наполнителей, пигментов и пласти­фикаторов. Распространены поливинилхлоридные, кумароновые, резино­вые плитки. Плитками принято называть изделия с размерами сторон не более 50 см, более крупные изделия называют плитами. По форме плитки могут быть квадратными, прямоугольными, фигурными, по фактуре лицевой поверхности — гладкими или рифлеными. Плитки наклеивают на основание с помощью мастик. Недостатком плиточных покрытий является большое количество швов, что снижает долговечность и гигиеничность пола.

Монолитные мастичные покрытия полов отличаются высокой проч­ностью на истирание, по сравнению с линолеумными и плиточными пола­ми. В зависимости от сырья монолитные полы на основе полимеров делят­ся на три группы: поливинилацетатные, полимерцементные и пластбетоны. Они могут быть одно-двухслойными, в зависимости от качества освоения и условий эксплуатации.

Стеновые материалы на основе полимеров можно разделить на две

группы: конструкционные и отделочные. К группе конструкционных материалов относят древесно-слоистые пластики и стеклопластики. Древесно-слоистые пластики представляет собой плиточные или листовые мате­риалы, получаемые горячим прессованием листов древесного шпона, про­питанных полимером. Длина листов 700-3600, ширина — 900-1200, толщи­на — 3-5 мм. Стеклопластики состоят из стекловолокнистых наполнителей, склеенных полимерами. Наполнителями служат рубленое стекловолокно, стеклоткань. Характерной особенностью стеклопластика является высокая коррозионная и химическая стойкость. Стеклопластики делятся на про­зрачные, пропускающие 60-85 % света, полупрозрачные (30-60 %) и не­прозрачные. Прочность стеклопластиков при сжатии достигает 90 МПа, при растяжении — 60 МПа, при изгибе — 130 МПа. Древесно-слоистые пла­стики и стеклопластики используют для обшивки стен, изготовления трех­слойных стеновых панелей, при строительстве легких временных построек (палатки, навесы, стенды).

Отделочными стеновыми материалами на основе полимеров являют­ся облицовочные плитки (полистирольные, поливинилхлоридные, фенолитовые), рулонные материалы (линкруст, моющиеся обои, пленочные ма­териалы). Линкруст состоит из плотной бумажной основы, на которую с одной стороны наносят тонкий слой пасты, состоящий из синтетического полимера (обычно поливинилхлорида), наполнителя (пробковой или дре­весной муки), пластификатора и красителей. Лицевая сторона может быть гладкой или с рельефным рисунком. Линкруст используют для отделки стен, перегородок, встроенной мебели, Моющиеся обои — это бумажные обои, покрытые с лицевой стороны слоем поливинилацетатной эмульсии.

Полимеры широко используют для выпуска кожаных изделий: плинтусов для полов, поручней для лестниц, накладок на проступи ступе­ней лестниц, раскладок для крепления листовых материалов, панельщиков.

Для тепло- и звукоизоляции применяют газонаполненные изделия из пластмасс — пенопласта, поропласты и сотопласты. Пенопласт (пенополи-стирол, пенополивинилхлорид, мипора, пенополиуретан) представляет со­бой материал с системой изолированных ячеек, не сообщающихся между собой. К поропластам относят материалы с системой сообщающихся ячеек или полостей, заполненных газом. Сотопласты отличаются регулярно по­вторяющимися полостями, имеющими правильную геометрическую фор­му в виде пчелиных сот.

Полимеры также широко используют для производства труб и санитарно-технических изделий. Полиэтиленовые, поливинилхлоридные тру­бы и соединительные детали из этих пластмасс отличаются большой мо­розостойкостью, гибкостью при низких температурах, хорошо поддаются механической обработке, они значительно легче стальных. К санитарно-

техническим изделиям на основе пластмасс относятся ванны, умывальни­ки, раковины, душевые кабины и множество мелких деталей оборудования ванных комнат, уборных, моечных помещений, кухонь.

Понятия о зданиях и сооружениях

Сооружением принято называть все, что искусственно возведено человеком для удовлетворения его материальных и духовных потребностей.

Зданием называют наземное сооружение, имеющее внутреннее пространство и предназначенное для того или иного вида человеческой деятельности.

Все сооружения, кроме зданий, принято называть инженерными, т.е. сооружения предназначены для выполнения сугубо технических задач (мосты, телебашни, подземные переходы и т.д.).

Требования, предъявляемые к зданиям и сооружениям.

При проектировании и строительстве зданий и сооружений должны быть учтены ряд требований.

функциональная целесообразностьпредполагает, что здание должно отвечать тому процессу, для которого оно предназначено. В частности, в жилых зданиях должно быть обеспечено удобство проживания, отдыха, в производственных зданиях — удобство труда.

Техническая целесообразностьопределяется его конструктивным решением и должна учитывать все внешние воздействия (силовые и не силовые), воспринимаемые зданием в целом и его отдельными элементами (рис 2.1).

С учетом возможных воздействий при проектировании здания должны быть удовлетворены требования по прочности, устойчивости и долговечности к отдельным конструкциям и всему зданию в целом.

Прочность здания — способность его воспринимать нагрузки без разрушения и существенных остаточных деформаций.

Устойчивость (жесткость) — способность здания сохранять равновесие при внешних воздействиях.

Долговечность — способность сохранять прочность, устойчивость как здания, так и его отдельных элементов в течение определенного времени. По долговечности здания проектируются в зависимости от требуемой степени:

I степень предполагает эксплуатацию здания в течение более чем 100 лет;

II степень — от 50 до 100 лет;

III степень — от 20’до 50 лет; IV степень — от 5 до 20 лет.

Пожарная безопасность представляет собой сумму мероприятий, уменьшающих возможность возникновения пожара и уничтожения элементов здания и его самого в целом. Используемые в зданиях конструкции могут быть несгораемыми, трудносгораемыми и, сгораемыми. Кроме этого, конструкции характеризуются пределом огнестойкости, т.е. временем в

часах воздействия огня или высокой температуры на конструкцию до потеря ею несущей способности или обрушения. По огнестойкости все здания подразделяются на пять степеней. Для того чтобы проектировщик правильно ориентировался в вопросах выявления требований, предъявляемых к конкретному зданию, установлено такое понятие, как класс здания по капитальности.

Капитальность-это совокупность свойств, присущих зданию в целом, его народнохозяйственное и градостроительное значение, его значимость. С другой стороны — это комплекс важнейших требований к зданию и его отдельным элементам. Установлены четыре класса зданий по капитальности. В частности, к зданиям первого класса относятся крупные общественные здания (музеи,
театры), правительственные учреждения, жилые дома высотой более девяти этажей и т.д., к зданиям четвертого класса — малоэтажные жилые дома,
временные общественные здания, производственные здания, рассчитанные на эксплуатацию в течение короткого времени.

Архитектурно-художественные качества предполагают, что здание будет привлекательно по экстерьеру и интерьеру. При проектировании здания проектировщик должен стремиться к поднятию его архитектурно-художественных качеств до уровня художественного образа. Особенно, в последнее время, это относится к зданиям массовой постройки.

Техническая целесообразность предполагает отбор наиболее оптимальных для данного вида здания затрат средств, труда и времени на его возведение и содержание. Это выражается стоимостью 1 м 2 , 1 м 3 здания, которая должна быть в определенных пределах.

Классификация зданий.

В зависимости от назначения здания делятся на несколько видов.

I. Гражданские здания предназначены для обслуживания бытовых и общественных потребностей людей. Они могут быть жилыми (жилые дома, общежития, гостиницы) или общественными (административные, учебные здания и т.д.).

1. Промышленные здания возводят для размещения в них различных орудий производства и выполнения в них определенных трудовых процессов (производственные цеха, склады и т.д.).

3. Сельскохозяйственные здания предназначены для обслуживания потребностей сельского хозяйства (теплицы, птичники, коровники).

По числу этажей гражданские здания делятся на малоэтажные (1-3 эт.), средне-этажные (4 — 5 эт.), многоэтажные (6-9 эт.), повышенной этажности (10-25 эт.), высотные (26 эт. и более).

По виду и размерам строительных конструкций различают здания из мелкоразмерных элементов (из кирпича, мелких блоков, деревянные из бревен) и из крупноразмерных элементов (крупноблочные, крупнопанельные, объемно-блочные).

По степени распространенности различают здания массового строительства и уникальные, имеющие особо важное общественное к народно-хозяйственное значение.

От места расположения в здании различают этажи подвальные, цокольные, надземные, мансардные (чердачные).

Объемно-планировочные элементы и параметры зданий

В зданиях выделяют три группы взаимно связанных частей и элементов, дополняющих друг друга.

Объемно-планировочные элементы — крупные части, на которые делится все здание (секция, этаж, отдельное помещение).

Конструктивные элементы определяют структуру здания, к ним относятся фундаменты, стены, перекрытия.

Строительные изделия — мелкие элементы, из которых состоят конструктивные элементы (колонна, плита перекрытия и т.д.).

Объемно-планировочными параметрами здания являются шаг, пролет, высота этажа (рис 2.2).

Пролетом в плане называют расстояние между координационными осями стен или отдельных столбов (колонн) в направлении, соответствующем длине основной несущей конструкции перекрытия или покрытия.

Шагом в плане является расстояние между координационными осями вертикальных несущих элементов в направлении перпендикулярном пролету. Шагом определяется расположение на плане здания стен, колонн.

Координационные оси — линии, проведенные во взаимно перпендикулярных направлениях на плане здания и определяющие местоположение вертикальных несущих элементов. Оси маркируются в одном направлении (обычно более протяженном) цифрами, в другом — заглавными буквами русского алфавита.

Высота этажа — расстояние по вертикали от уровня пола нижерасположенного этажа до уровня пола вышерасположенного, а в верхних этажах и одноэтажных зданиях — до верхней отметки чердачного перекрытия.

Источник