Строительные конструкции

Раздел: Строительство

Характеристика пластмасс, применяемых в строительстве.

Пластмассы получили большое распространение в строительстве в качестве ограждающих и декоративных элементов зданий (кровли, навесные стены, облицовка, настилы, полы и др.). Меньшее распространение этот материал получил в несущих конструкциях вследствие своей большой деформативности. Некоторые пластмассы обладают прочностью стали, но имеют в несколько раз меньший модуль упругости и поэтому деформативнее стали. Деформации пластмасс к тому же значительно возрастают во времени (явление ползучести).

Большим тормозом во внедрении строительных несущих конструкций из пластмасс является их сравнительно высокая стоимость. В качестве конструкционного н декоративного материала для несущих конструкций применяются главным образом пластмассы составных структур: стеклопластики и древесные пластики.

Стеклопластики наиболее полно удовлетворяют требованиям, предъявляемым к строительным материалам. Для их изготовления в качестве наполнителя применяют стеклоткань илн стекловолокно, а в качестве связующего — синтетические смолы (в основном эпоксидные полиэфирные и фенольные). Стеклопластики химически стойки, обладают большой прочностью н при этом в 10—12 раз легче железобетона. Эти пластики водонепроницаемы, однако при длительном увлажнении они могут насыщаться влагой и прн этом значительно снижать прочностные качества. Как правило, снижение прочности более значительно, если влажностные условия сопровождаются, повышенными температурами.

Выпускаются стеклопластики в виде листов (плоских) н волнистых толщиной 1—6 мм, швеллеров, уголков, труб, арматуры круглой н периодического профиля для напряженного бетона, листовых стеклотекстолнтов на основе стеклотканей н др. Сравнение работы стеклопластиков и углеродистой стали на растяжение показано на  20.8. Наиболее интересными видами стеклопластиков как конструкционных материалов являются стеклотекстолиты.

Стеклотекстолиты—это стеклопластики, наполнителем в которых служат стеклянные тканн. Стеклотекстолиты изготовляют методом горячего прессования стеклоткани, пропитанной синтетическими смолами;

В стеклотекстолитах недостаточно используется прочность стеклянных волокон, так как текстильная переработка приводит к механическому разрушению части волокон н неравномерному натяжению их в крученых и переплетенных ннтях.

СВАМ—стекловолокнистый анизотропный материал, наиболее прочный из всех видов стеклопластиков. Структура СВАМ выгодно отличается от структуры стеклотекстолнтов отсутствием кручения и переплетения волокон, так как наполнителем в нем является элементарное стеклянное волокно.

В отличие от стеклотекстолнтов в СВАМ обеспечена надежная защита стеклянных волокон от агрессивного воздействия внешней среды. Это достигается нанесением связующего на стеклянные волокна непосредственно в момент нх вытяжки. В качестве связующего при изготовлении СВАМ применяют эпоксидно-фенольные смолы (продукт совмещения эпоксидных и фенольных смол) и бутварофеполь- ные смолы (продукт совмещения резольной фенолоформальдегидной смолы и поливинилбутнрлля).

Материал этот дорогой, стоимость его составляет около 10 руб. за 1 кг. Поэтому применение СВАМ в строительных конструкциях в настоящее время ограничено

Древесные пластики имеют в качестве наполнителя древесное волокно и рашом виде. Наиболее употребляемыми древесными пластиками являются:

1) древеснослоистые (ДСП-Б и ДСП-В), изготовляемые горячим прессованием березовых шпонов, пропитанных фенолоформальдегидной смолой. Помимо высокой прочности этот пластик обладает малой чувствительностью к периодическому увлажнению. Стоимость пластика 500 руб. за 1 т. Область применения нз-за высокой стоимости небольшая;

2)        дргтчноволокнистые плиты ПВ и разного вида строительные И 1лглим н 1 них. а также древесностружечные плиты ПС. Употребля- нч их главным образом для облицовки. Древесностружечные плиты можно употреблять также в качестве конструкционного материала в мллонагруженных элементах конструкций. Основные характеристики свойств этих материалов приведены в [3, 8, 10].

3)        бакелизированная фанера представляет собой переходную форму от натурального древесного полимера (древесины) к пластикам. Выпускается листами толщиной до 16 мм и размером 150Х Х480 см. Изготовляется из нечетного числа березового шпона, склеенного синтетической смолой. Бакелизированная фанера обладает высокой прочностью, мало чувствительна к временному увлажнению н не нуждается в периодической окраске. Применяется для изготовления различного вида несущих конструкций: щитов, покрытий, рам, балок, арок и др.

Трехслойные изделия в виде плоских или криволинейных панелей выполняют из тонких и прочных наружных обшивок (листы алюминиевые, из плакированной стали, асбестоцемента, стеклопластиковые, фанерные и др.) и среднего теплоизоляционного слоя (пенопласты — пенополистирол, пенополиуретан, сотопласты). Важнейшим достоинством трехслойных панелей является их малый вес (они в 5—10 раз легче аналогичных железобетонных панелей).

Трехслойные панели используются как ограждающие конструкции зданий и как ограждающие и несущие конструкции для возведения пространственных покрытий в виде складок, оболочек, куполов пролетами свыше 20 м. Созданы установки для изготовления прямолинейных и криволинейных панелей. Установки позволяют производить вспенивание утеплителя непосредственно в плоскости между обшивками. Это дает возможность изготовлять панельные конструкции на автоматизированных линиях.

Весьма перспективны для покрытий и стен трехслойные утепленные асбестоцементные плиты. Они состоят из днух плоских или фигурных асбестоцементных слоев, скрепляемых с деренянным или ас- бестоцементным каркасом (асбестоцементные швеллеры) оцинкованными шурупами (к деревянному каркасу), асбестоцементной мастикой или водостойким клеем (при асбестоцементном каркасе).

Термопластичные материалы (иеиаполнеииые) несоставных структур (оргстекло, винипласт и полистирол в виде листового или профильного материала). Применяются главным образом для изготовления светопрозрачных конструкций фонарей, панелей, обшивок и др.

В качестве конструкционного материала для изготовления нагруженных элементов термопластичные полимеры из-за их вязкотеку- чести применять нельзя.

Плакированная сталь — новый материал, применяемый для изготовления элементов ограждающих и несущих конструкций в строительстве и для других целей в разных отраслях производства. Материал этот представляет собой тонкую сталь (в строительных изделиях это тонкие, плоские, профильные или волнистые листы), облицованную синтетическим материалом (чаще полихлорвинилом) под давлением при температурах, достигающих 200° С. Облицовка ие только увеличивает жесткость изделия, предохраняет ее от коррозии, но также является хорошей звуко- и термоизоляцией. Плакированная сталь используется в виде несущих плит покрытий, облицовочных элементов фасадов зданий, звукоизолирующей оболочки в цехах промышленных предприятий, для изготовления трехслойных панелей, для декоративных покрытий стен и др.

Синтетические ткани и пленки применяют для изготовления пневматических конструкций. Эти материалы должны удовлетворять условиям воздухонепроницаемости, прочности, влагоиепроницаемости, эластичности и устойчивости против воздействия света, температуры и увлажнения. Синтетические ткани изготовляют из капрона, лавсана или льняных и хлопчатобумажных текстилей, пропитанных каучуком или термопластами. Прочность ткани, отнесенная к 1 м длины (или 1 см), больше по основе (вдоль рулона), чем по утку (поперек рулона) .

В последнее время внедряются полиамидные (иайлоновые) пленки, армированные капроновой сеткой; они более прочны и долговечны, чем неармированные, изготовляемые из полиэтилена, поливииил- хлорида или лавсана.

Синтетические клеи для склеивания древесины должны удовлетворять требованиям прочности (прочность клееного шва должна быть не меньше прочности древесины на скалывание вдоль и на растяжение поперек волокон), обладать достаточной водоустойчивостью и гри- боустойчивостью, не терять прочности в процессе эксплуатации сооружения. Теплостойкость шва должна быть не менее теплостойкости склеиваемой древесины.

Клей должен быть безвреден для здоровья людей и устойчив к воспламенению.

В элементах деревянных конструкций всех групп должны применяться водостойкие (резорциновые, фенольно-резорциновые и карбамидно-меламиновые) клеи, которые наиболее полно удовлетворяют перечисленным выше требованиям.

Для конструкций групп Al, А2, Б1 (см.  1 Норм [1]) допускаются только карбамидные клен.

Для склеивания древесины с металлом (например, арматура, вклеиваемая внутрь деревянного элемента в армированных балках, а также в клеештыревых соединениях) применяются эпоксидные и фенольные клеи по синтетическому подслою на металле.

Все конструкционные клеи изготовляют из фенольно-формальде- гидных, фенольно-резорциновых, карбамидных и меламиноформаль- дегидных смол. Смолы эти обладают способностью необратимо переходить при нагреве из вязкотекучего в неплавковое, твердое и нерастворимое состояние. Называются эти смолы термореактивными. При использовании клеев необходимо соблюдать установленные режимы.

Факторы, влияющие на механическую прочность конструкционных пластмасс. Расчетные сопротивления.

Прочность и деформационные свойства почти всех пласт-1 масс зависят от их структуры, температурно-влажностного режима в период эксплуатации, длительности за- гружения и воздействия агрессивных сред.

Конструкционные пластмассы могут состоять из одного полимера без наполнителя или полимера, связанного с разного рода наполнителями (порошки, волокна, сетки). Механическая прочность таких пластмасс зависит от связующего и состава наполнителей. Разрушение их может быть хрупким или вязким.

Конструкционные пластики меняют свои механические качества также и в зависимости от температуры и влажности среды. Под воздействием длительно приложенных неизменных статических и пульсирующих нагрузок прочность и модуль упругости пластмасс снижаются, а деформации нарастают. Коэффициент длительного сопротивления разных конструкционных пластмасс находится в пределах 0,4—0,8. Есть пластмассы вязкотеку- чие, у которых ползучесть под воздействием постоянных нагрузок не прекращается до разрушения. К таким пластмассам относятся термопластичные материалы: оргстекло, винипласт и полистерол. Применение этих пластмасс для изготовления нагруженных элементов строительных конструкций недопустимо. Применяются они для декоративных целей, а также для устройства ограждающих, ненагруженных светопрозрачных конструкций.

Пластмассы менее долговечны, чем дерево, металл и железобетон. Старение некоторых видов пластмасс под влиянием атмосферных условий (температура, влажность, пыль) наступает довольно быстро. Так, срок службы полиэтиленовых пленок составляет 2—3 года, а тканевых — не более 10 лет. Поведение многих пластмасс при воздействии длительно и многократно приложенных нагрузок, а также внешних сред еще недостаточно изучено.

Нормативные сопротивления полимерных материалов, так же как фанеры и древесины, определяют по средним значениям временных сопротивлений (пределов прочности) большого числа лабораторных образцов с учетом коэффициентов изменчивости при кратковременном действии нагрузки.

Расчетные сопротивления определяют по нормативному сопротивлению, деленному на коэффициент безопасности по материалу. Для конструкционных пластмасс расчетные сопротивления приводятся в соответствующих Нормах и Указаниях.

Определение расчетных напряжений в элементах из пластмасс при разных силовых воздействиях производят по общим правилам и формулам строительной механики. Указания, по расчету элементов из пластмасс при разных напряженных состояниях изложены в соответствующих разделах учебника, где рассматриваются подобные расчеты деревянных элементов.