Виды и применеие полимерных материалов и изделий в строительстве.
Полимерные строительные материалы.
1 
Полимеры.
Полимеры (от греч. polymeres — состоящий из многих частей, многообразный), химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев). Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены друг с другом силами главных и (или) координационных валентностей.
По происхождению полимеры делятся наприродные (биополимеры), например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные, и синтетические, например полиэтилен, полипропилен, феноло-формальдегидные смолы.
Полимерные строительные материалы и изделия получают из пластических масс. Пластическими массами (пластмассами) называют материалы, основным связующим компонентом которых является полимер.
Исходным сырьем для получения полимеров служит природный газ, а также «попутный» газ, сопровождающий выходы нефти и каменноугольный деготь, получаемый при коксовании. Состоят они в основном из трех групп химических соединений: связующего (различные смолы, полистирол, фенолоформальдегидные соединения и др.); пластификатора; наполнителя. В качестве вспомогательных веществ в их состав входят также пигменты (красители), стабилизаторы и др.
Пластмассы относятся к наиболее прогрессивным в строительстве материалам, они превосходят по многим показателям традиционные материалы. При замене пластмассами в строительстве металла, бетона, железобетона, древесины достигается во многих случаях высокий технико-экономический эффект. Каждая тонна пластмасс позволяет экономить 5,6 т стали, 3,4 т цветных металлов. Капитальные вложения в производство полимерных строительных материалов в 2—3 раза меньше, чем в производство традиционных строительных материалов. Производство пластмасс позволяет обеспечить высокий уровень комплексной механизации и автоматизации технологических процессов, а применение их — высокий уровень индустриализации строительства и его качества, снижение материалоемкости зданий и сооружений.
1. Относительная легкость. Например, для большой группы поропластов средняя плотность находится в пределах 15. 400 кг/м3. Однако для пластмасс в целом она колеблется в широких пределах от 10 и для некоторых специальных видов пластмасс до 2200 кг/м3.
2. Высокие механические свойства (сопротивление сжимающим, растягивающим, изгибающим, истирающим и ударным воздействиям).
Предел прочности большинства пластмасс с порошкообразными и волокнистыми наполнителями составляет при сжатии 120. 160,0 МПа, а при изгибе 40,0. 60,0 МПа и более. Кроме того, они характеризуются высоким коэффициентом конструктивного качества (1,0 . 2,0).
3. Малая теплопроводность и водопоглощение. Теплопроводность большинства обычных изделий из пластмасс составляет 0,25. 0,70 Вт/(м °С), а у пористых материалов всего лишь 0,03 Вт/(м °С), т. е. приближается к теплопроводности воздуха 0,023 Вт/(м °С). Пластмассы и изделия на их основе имеют.
4. Высокая химическая стойкость к воздействию растворов кислот, щелочей, органических растворителей.
5. Высокая коррозионная стойкость и механическая прочность.
6. Способность прокрашиваться на всю толщину изделия.
7. Способность поддаваться технологической обработке —сверлиться, обтачиваться и свариваться в струе горячего воздуха.
Отдельные виды пластмасс (органические стекла) обладают высокой прозрачностью, которая находится в пределах 85. 94 относительно прозрачности алмаза, принятую за 100. Особые декоративные свойства изделий из пластмасс: гладкая, не требующая полировки поверхность, четко выраженный колер — выгодно отличают эти изделия от других видов отделочных материалов.
Существенными недостатками пластмасс являются малая поверхностная твердость, низкая теплостойкость, горючесть, токсичность некоторых компонентов и повышенная ползучесть. В ряде случаев имеют место малая долговечность вследствие деструкции полимера, недостаточная стабильность структуры в эксплуатационный период, и как следствие, изменение физико-механических свойств во времени.
Виды и применеие полимерных материалов и изделий в строительстве.
В современном строительстве полимерные строительные материалы находят все более широкое применение. Промышленное производство полимеров началось в 20—30-е гг. ХХ в. , когда в массовом порядке стали производить мочевиноформальдегидные и некоторые другие виды полимеров. С внедрением методов полимеризации (начиная с 30-х гг.) были получены новые их виды: поливинилхлорид, полистирол, поливинилацетат и др. Еще позднее появились поликонденсационные пластики: полиуретановые, полиамидные. Крупномасштабное производство полимерных материалов и широкое их использование в строительстве началось в 60-е гг. В настоящее время в мире производится более 100 млн. т. полимеров, значительная часть их используется в строительстве. Например в СIIIА и Германии более 25% полимеров идет на изготовление строительных и отделочных материалов. В последнее десятилетие резко возрос выпуск таких важнейших полимеров, как полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и полистирол. Полимеры все чаще используют как важнейшую составную часть композиционных материалов, Например, полимербетонов, полимерцементных бетонов и т. Широчайшее применение полимеров в строительстве, помимо таких положительных свойств, как антикоррозийность, эластичность, гибкость, технологичность, обусловлено в первую очередь возможностью создавать из них материалы с заданными разработчиками свойствами. Спектр применения полимеров в строительстве весьма широк. Они повсеместно используются для: покрытия полов (линолеум, релин, поливинилхлоридные плитки и др.), внутренней отделки стен и потолков, гидроизоляции и герметизации зданий, изготовления тепло — и звукоизоляционных материалов (поропласты, пенопласты, сотопласты), кровельных и антикоррозионных материалов и покрытий, оконных блоков и дверей, конструкционно-отделочных и ограждающих элементов зданий, лаков, красок, эмалей, клеев, мастик (на полимерном связующем) и для многих других целей.
В зависимости от назначения полимерные строительные материалы подразделяют на конструкционные (для несущих и ограждающих конструкций), отделочные (для отделки стен и покрытия полов), гидроизоляционные и герметизирующие, тепло- и звукоизоляционные, материалы для трубопроводов, санитарно-технических изделий и др.
Применение полимерных материалов в строительстве
На сегодняшний день полимерные материалы стали пользоваться довольно-таки высоким спросом. Их стали использовать в различных промышленных и строительных областях, которые как раньше так и сейчас были очень важны для производства тех или иных изделий.
Производство полимерных материалов
Так, такой полимерный материал как пластик, благодаря своим особым свойствам, таким как приемлемая стоимость, устойчивость к различным повреждениям и превосходные светоизоляционные качества стал применяться в самых разных сферах строительства.
Разного рода же пластмассы и пластмассовые изделия нашли своё применения в проектировании.
Современные полимерные материалы
На данный момент чаще всего полимерные материалы используются именно в строительстве. Как правило, они благодаря своей особой прочности к имеющемуся удельному весу помогают получить такую немаловажную характеристику для строй материалов как коэффициент качества самой конструкции. И если данный коэффициент качества такого строительного материала как кирпич равен 0,02, то коэффициент тех или иных пластиков составляет порядка 2-2,5. Аналогов такому показателю не существует.
Говоря же о преимуществах полимерных материалов следует сказать, что их существует немало. В первую очередь хочется отметить высокую стойкость полимеров к разного рода химическим воздействиям, благодаря чему различные пластмассовые изделия используют в строительстве всевозможных канализационных трубопроводов а также разных химических промышленных объектов.
Помимо этого полимерные материалы являются незаменимыми для изоляции швов в тех или иных сооружениях и объектах. Ещё одним достоинством полимерных материалов является простота окрашивания. Если, к примеру нужно окрасить металлопластиковые двери можно без труда подобрать более подходящий оттенок, от белого цвета и до цвета естественного камня.
Неплохая и эстетичная замена керамической черепицы и прочих материалов на различные полимерные части из фаолита, поливинилхлорида и всевозможных стеклокомпозитов — вот ещё один бонус от полимерных материалов, который можно по достоинству оценить.
Что же касается основных ценных свойств самих полимерных материалов то это: очень малая объёмная масса (которая позволяет в несколько раз снизить вес любой из строительных конструкций), высокая прочность строительных пластмасс, пределы которой при растяжении и сжатии в несколько раз превосходят даже бетон, превосходная стойкость к влаге, органическим растворителям и щелочным растворам, способность довольно легко окрашиваться в разные цвета как органическими, так и неорганическими пигментами а также низкая истираемость и очень высокая устойчивость к губительным коррозионным воздействиям.
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.