Пластмассы в строительстве. Производство и применение.
Пластмассы в строительстве. Производство и применение.
Горский Б.З., Беженуца Л.П.
1961 г.
В книге изложена технология производства новых строительных материалов (отделочных, теплоизоляционных, сантехнических и клеящих), а также изделий, конструкций и архитектурных деталей из синтетических смол и пластических масс с различными наполнителями. Приведены экономические показатели и описаны физико-механические свойства готовой продукции и способы эффективного ее применения.
Рассчитана на инженеров- и техников-технологов предприятий строительной индустрии, на проектировщиков и строителей. Может быть использована студентами строительных вузов и специальных факультетов.
ВВЕДЕНИЕ
Партия и правительство нашей страны большое внимание уделяют быстрейшему развитию химической промышленности, особенно производству синтетических материалов и изделий из них. Семилетним планом развития народного хозяйства СССР на 1958—1965 гг. предусмотрено общий объем химической продукции увеличить почти в 3 раза, производство некоторых синтетических волокон — в 12—13 раз, а пластических масс и синтетических смол — более чем в 7 раз. Все это открывает неограниченные возможности для дальнейшего совершенствования строительства.
Индустриализация строительных работ путем широкого использования сборного железобетона дала возможность снизить трудовые затраты в два и более раза по сравнению с обычным способом строительства из кирпича, дерева и монолитного бетона.
Снижение стоимости жилищно-гражданского строительства необходимо искать в применении новых материалов, заменяющих металл, дерево, бетон и другие материалы и обеспечивающих не только сборность, но и резкое снижение веса, высокую законченность, малую трудоемкость при их изготовлении и долговечность. Получить такие материалы можно на основе синтетических смол и различных наполнителей.
Применение синтетических материалов в промышленности и строительстве даст возможность повысить производительность труда, в больших размерах заменять черные и цветные металлы и сплавы и осуществлять дальнейшую индустриализацию строительных работ ‘,
Изделия из пластических масс имеют сравнительно ограниченную номенклатуру для строительных целей. Это, главным образом, изделия, имеющие декоративное назначение. Между тем синтетические смолы в сочетании с различными наполнителями дают возможность радикально расширить перечень теплоизоляционных, звукопоглощающих, конструктивных и других видов строительных материалов. При этом следует отметить особую роль наполнителей из стеклянного волокна, древесно-волокнистых отходов, асбеста и других армирующих составляющих. Так, например, из синтетических (фенолформальдегидных или мочевиномеламиновых) смол в сочетании со стеклянным штапельным волокном можно получить теплоизоляционные материалы весом 30—50 кг/м3. Изделия из них толщиной 5—6 см в ограждениях по теплотехническим свойствам заменяют кирпичную стену толщиной в 51 см. Тонкостенная панель с подобным утеплителем весит 100 кг/м2. Стоимость таких утеплителей значительно ниже стоимости ограждений из обычных материалов, применяемых в жилищном строительстве (10 руб. вместо 140 руб. за 1 м2 для кирпичной стены).
В каркасном домостроении применение подобных утеплителей дает возможность сократить вес сооружений до 100 кг/ж3 и радикально снизить стоимость строительства до 80—90 руб. за 1 ж2 жилой площади.
Материалы из стекловолокна применяются также в качестве звукопоглощающих в жилых зданиях, концертных залах, студиях, аудиториях и т. п. Изоляция крепится к каркасу и в зависимости от толщины слоя может задерживать звук силой от 35 до 55 децибелов (дб). Средняя толщина изоляционного слоя, применяемого для этих целей, составляет 30—45 мм.
Используя стеклянное волокно как арматуру и синтетические смолы как связующее, можно получить несущие волокнистые кровельные материалы весом 2,0—2,5 кг/м2, допускающие полезную нагрузку от 200 до 400 кг/м2, которые способны пропускать до 85% света и ультрафиолетовых лучей, причем резко сокращается проникновение инфракрасных лучей в здание.
Из синтетических полиэфирных смол и стеклянного волокна благодаря его высокой прочности, не уступающей высшим сортам арматурной стали (временное сопротивление 18,0 — 24,0 тыс. кг/см2), можно получить не только тепло- и звукоизоляционные материалы, но и несущие изгибаемые изделия — балки, плиты, напорные трубы, резервуары, тонкостенные сводчатые покрытия и т. д. При этом необходимо прежде всего установить оптимальные условия эксплуатации и область применения конструктивных изделий, где особое значение имеет длительная нагрузка, различные внешние среды (влажность, температура, вредность и пр.) и состав стекломассы.
Вопрос применения стекловолокна в несущих строительных конструкциях и успех внедрения стеклопластмассы в строительство будет зависеть от результатов комплексных исследований ее состава, физико-механических свойств изделий, влияния среды, способа изготовления конструкций.
Говоря о теплоизоляционных материалах из синтетических смол, следует отметить, что нашей промышленностью освоено производство ряда материалов ячеистой структуры, изготовляемых на основе полиуретанов или мочевиноформальдегидных или полихлорвиниловых смол, полистирола, наполненных газами. Такие материалы как мипора, пенополиуретаны, поропласты нашли применение в авиа-, вагоно- и кораблестроении, мебельной промышленности, но совершенно недостаточно применяются в строительстве. Так как вес перечисленных материалов не превышает 20—30 кг/м3, использование их в жилищном строительстве обеспечило бы резкое снижение веса сооружений по сравнению с обычными кирпичными.
Наибольшее развитие получили строительные материалы из синтетических смол, заменяющие древесину при устройстве полов и изделий для отделки панелей, кухонной мебели, различных штучных материалов для водопроводных и газопроводных работ и т. п. Такое развитие пластических масс можно объяснить:
во-первых, незначительными капитальными затратами на строительство заводов (30—40 коп. на 1 м2 вместо 1 руб. 60 коп. — 1 руб. 80 коп., расходуемых на строительство предприятий по производству каменных и керамических облицовочных изделий или материалов для полов);
во-вторых, в несколько раз меньшей стоимостью отделочных материалов из пластических масс по сравнению с аналогичными материалами, получаемыми путем обжига глин, и из древесины.
Внешний вид пластмассовых изделий гораздо лучше и эксплуатационные качества намного выше. Так, если стоимость
1 м2 паркетного пола в деле составляет 5—6 руб., а облицовка панелей глазурованными керамическими плитками около 5 руб., то 1 м2 изделий из синтетических смол для пола (линолеум или пластмассовые плитки) стоит всего 2 руб. — 2 руб. 50 коп., а покрытие панелей облицовочными пластмассовыми плитками в зависимости от принятого исходного сырья — 80 коп. — 2 руб. 50 коп. Преимущество производства отделочных материалов из синтетических смол объясняется также природой исходного сырья, которое при определенных температур-
?ых и механических воздействиях легко приобретает заданную юрму.
Широкое развитие в СССР получает производство двухслойного линолеума (релина), основание которого изготовляется из отходов резины, а лицевая сторона — из синтетических цветных материалов. Стоимость 1 м2 релина (при толщине 2,5—3,0 мм) составляет 1 руб. — 1 руб. 20 коп.
Большой интерес представляют пленочные материалы. Пленки, изготовленные на основе полиэтилена, полиизобутилена, поливинилхлорида, имеют высокие физико-механические свойства и являются хорошим изоляционным материалом. Поэтому применение их при производстве железобетона дает возможность более полно использовать цементное связующее, обеспечивая глубокую гидратацию его при сохранении влаги. Благодаря незначительному весу (3,5—10 кг на 1000 м2) стоимость пленок сравнительно высока.
Как отделочные материалы, обладающие большой прочностью, нечувствительностью к агрессивным средам и высоким температурам, большой интерес представляют слоистые пластики. Изготовляют ;их толщиной 1,0—1,5 мм в виде многослойных листов, средние слои которых пропитаны фенолформальдегидной смолой, а отделочные — мочевиномеламиноформальдегидной. Такие пакеты из бумаги, или шпона, будучи спрессованы под давлением 200 кг/см2 при температуре 140—150°, образуют декоративные листы большой прочности, причем лицевая сторона может иметь рисунок, имитирующий древесину ценных пород и др. Они в течение неограниченного периода сохраняют внешний вид и свежесть отделки и служат для оформления ванных и умывальных комнат, кухонной мебели, а также для устройства панелей в коридорах и других помещениях.
Нашей промышленностью начато производство моющихся обоев для отделки внутренних стен. Изготовляют их на обычной обойной фабрике, в грунтовую краску и в краску для печати вместо клея вводят поливинилацитатную или метакриловую эмульсию.
Таким образом, синтетические смолы открывают неограниченные возможности для использования их в строительстве и других отраслях народного хозяйства. В связи с этим перед научно-исследовательскими институтами ставится ряд вопросов по разработке конструктивных решений с наиболее эффективным применением пластмасс, исследованию физико-механических свойств их и др.
Техническая литература значительно пополнилась изданиями по производству синтетических материалов (о преимуществах пластических масс в промышленности и всевозможных видах материалов и изделий из них), но еще совершенно недостаточно освещены вопросы производства и применения их в строительстве. Поэтому авторы данной книги ставят своей целью осветить вопросы получения исходного сырья для производства новых строительных материалов, а также изложить методы переработки и применения его в строительстве.
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.
К полимерам класса
Полимерные материалы, используемые для покрытия полов, должны быть достаточно прочными, устойчивыми против истирания, мало поглощать воду и не набухать при увлажнении, не содержать токсичных примесей и иметь красивый внешний вид. Полимерные материалы для полов можно разбить на три типа: рулонные, плиточные и монолитные.
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.
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
Полимеры широко используют для выпуска кожаных изделий: плинтусов для полов, поручней для лестниц, накладок на проступи ступеней лестниц, раскладок для крепления листовых материалов, панельщиков.
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.
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.
I степень предполагает эксплуатацию здания в течение более чем 100 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.
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.
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 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.
Конструктивные элементы определяют структуру здания, к ним относятся фундаменты, стены, перекрытия.
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.