Полимеры, применяемые в строительстве
Общие сведения о полимерах
Ответить на следующие вопросы.
Полимерные строительные материалы
Цель изучения темы: Сформировать представление о строительных материалах на основе полимеров, их свойствах ,области применения
При изучении темы рассмотрим следующие разделы:
1 Общие сведения о полимерах.
2 Полимеры, применяемые в строительстве.
После изучения темы необходимо:
Что относится к положительным и отрицательным свойствам полимерных строительных материалов?
Какова рациональная область применения полимерных строительных материалов?
Какие виды изделий из пластмасс вы знаете?
Полимеры – это высокомолекулярные вещества представляют собой цепь или пространственную решетку, последовательно соединенных одинаковых групп атомов, повторяющихся многократно.
Бывают природные (целлюлоза, крахмал) и искусственные, которые используются более широко.
Искусственные – сырье для получения мономер.
Чаще всего полимеры получают из нефти и газа двумя способами.
Часть полимеров получают в виде вязкой жидкости, которая способна в дальнейшем вступать в химическую реакцию, за счет активной группы атомов, катализаторов и температуры. Эти полимеры называются Олигомером.
Имеют относительно не высокую молекулярную массу до 1000.
Полимеры бывают: термопластичные и термореактивные.
Термопластичные, обычно хорошо растворимы растворителями, способны при нагревании легко размягчаться, при этом снижать прочность. При охлаждении восстанавливают свои свойства. Это происходит из- за малой связи между линейными молекулами.
Термореактивные отвердевают необратимо. Происходит склеивание линейных молекул в пространственную решетку. Практически не растворяются растворителями, хотя могут набухать. При определенной температуре происходит деструктуризация (необратимое разрушение).
Полиэтилен получают из газа этилена (продукт переработки нефти), прозрачное вещество, плотность 0,94-0,97г/см³. Размягчается при температуре 80-90°С. Плавится при температуре 100-120°С. Сохраняет эластичность при температуре 70°С. Хорошо противостоят воздействию многих кислот, щелочей, солей, растворов. Из него изготавливают пленку, трубы.
Полипропилен близок по свойствам к полиэтилену, но более прочный, жесткий, температуростойкий. Температура размягчения 160-170°С. Изготавливают трубы, пленки, детали химического оборудования.
Полиизобутилен обладает высокой эластичностью, по свойствам близок к каучуку, морозостоек, хорошо прилипает ко многим силикатным материалам. Из него изготавливают герметики и мастику, в частности для герметизации стыков между стеновыми панелями.
Поливинилхлорид самый распространенный полимер в строительстве. Прозрачный, жесткий, прочный. Температура размягчения 60-100°С. Плавится при температуре 160-200°С. Изготавливают линолеумы, трубы, отделочные и строительные материалы.
Полистирол – продукт полимеризации газа стирола, прочный, легко окрашивается, используется для изготовления пенопласта.
Поливинилацетат – остаток уксусной кислоты предопределен низкой водостойкостью. Используется для приготовления лаков, красок, мастик.
Полиметилметакрилат (оргстекло) — прозрачный, используется в чистом виде, в виде листов или блоков.
Получают совместной полимеризацией нескольких полимеров.
Фенол формальдегидный – получают поликонденсацией фенола и формальдегида. Выпускают в виде олигомера. Используют для получения слоистых пластиков, водостойких лаков, клеев.
Карбамидные получаются поликонденсацией мочевины или карбамида и формальдегида. Наиболее дешевые и прочные в отвердевшем состоянии. Недостаток: низкая водостойкость, склоны к быстрому старению. Используют для красок, лаков, слоистых пластиков.
Полиэфирные, получают поликонденсацией спиртов и органических кислот. Из них изготавливают краски, лаки.
Эпоксидные (смола и отвердитель), очень дорогие, используют для ремонта специальных конструкции.
Кремнийорганические полимеры. Имеют в своем составе кроме органической части кремний. Используют для термостойких красок.
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.