Строительство

Строительные материалы и изделия

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Характерными отличиями полимерных строительных материалов от обычно применяемых в строительстве являются их малая плотность, высокая прочность, хорошие тепло-, звуко- и гидроизоляционные свойства, а также стойкость против химических веществ.

В качестве конструкционных полимерных материалов используют главным образом армированные пластмассы.

Для строительных конструкций применяют следующие виды материалов и изделий, изготовленных на основе полимеров: стеклопластики, органическое стекло, винипласт листовой, сото-пласты и жесткие пенопласта.

• Стеклопластики — это пластмассы, состоящие из полимера и наполнителя или армирующего материала в виде стеклянного волокна. В зависимости от вида стекловолокнистого наполнителя стеклопластики для строительных конструкций делят на три группы: I группа — стекловолокно непрерывное прямолинейное, расположенное слоями по толщине материала, связующее — модифицированные фенолоформальдегидные, эпоксидно-феноловые и другие полимеры; II группа — стекловолокно рубленое в виде матов или нанесенное напылением, связующее — полиэфирные и другие полимеры; III группа — стекловолокно в виде холстов, связующее фенолоформальдегидные полимеры.

В строительных конструкциях применяют также стеклотексто-литы, в которых в качестве армирующего наполнителя используют ткань из бесщелочного стеклянного волокна, а в качестве связующего — модифицированные фенолоформальдегидные или полиэфирные полимеры.

Стекловолокнистые анизотропные материалы (СВАМ) представляют собой один из видов стеклопластиков, которые получают путем укладки вытянутых стеклянных волокон параллельно друг другу с одновременным нанесением на них связующего Процесс получения готового к формованию материала при способе укладки вытянутых стеклянных волокон сводится к полу-чению стеклошпона. Процесс изготовления стеклошпона идет по следующей схеме. Расплавленное стекло в виде элементарных волокон вытекает из фильер, смачивается жидким связующим из пульверизатора и наматывается параллельными витками на барабан. По окончании процесса намотки полученный лист стеклошпона разрезают вдоль образующей барабана, снимают с него и просушивают. Можно получать и перекрестный стек-лошпон, наматывая один или несколько слоев параллельных волокон перпендикулярно предыдущему слою. Листы стеклошпона дополнительно смачивают связующим, просушивают, а затем складывают в пакеты, после чего подвергают горячему прессованию на многоэтажных прессах.

Листы СВАМ обычно имеют длину до 1 м, ширину до 500 мм и толщину 1...30 мм. Механические свойства СВАМ зависят от вида связующего, толщины стекловолокна, соотношения полимера и наполнителя, расположения волокон стеклошпона и способа укладки стеклошпона в пакеты. Физико-механические свойства СВАМ, имеющего 35% связующего с перекрестным расположением волокон в шпоне, характеризуются следующими данными: плотностью — 1900...2000 кг/м3, пределом прочности при сжатии — 400 МПа, при изгибе — до 700 МПа. Изделия из СВАМа не должны иметь трещин, вздутий и посторонних включений. Стеклопластики I группы применяют для несущих элементов трехслойных плит покрытий и пространственных ограждающих конструкций, а также в качестве арматуры для бетонных конструкций.

Стеклопластики на основе рубленого стекловолокна получают методом напыления или прессования стекломатов. При напылении нарезанные стеклянные нити длиной 25...50 мм смешивают с полимерным связующим и с помощью пистолета-распылителя тонким слоем наносят на поверхность формы.

Изготовление стеклопластиков путем прессования стекломатов осуществляется следующим образом. Исходное сырье в виде стеклянных шариков загружают в стеклоплавильную печь; расплавляясь, оно выходит через фильтры. Тонкие нити расплава распыляются струей горячего воздуха или пара, обрызгиваются из распылителя связующим и осаждаются на движущуюся транспортерную ленту. В местах контакта волокна склеиваются между собой, образуя стеклянный мат толщиной 0,5...2 мм. Стекломат разрезают на полотнища, смачивают полимером и складывают в пакеты, которые подвергают прессованию.

Стеклопластики на основе рубленого стекловолокна производят и непрерывным методом. В этом случае технология изготовления состоит из следующих операций: рубки стекловолокна, распределения стекловолокна на ленте конвейера, пропитки полимером, теплообработки и разрезки на листы определенного размера. Стеклопластики на основе рубленого стекловолокна изготовляют в виде плоских и волнистых листов длиной до 6 м, шириной до 1500 мм, толщиной 1...3 мм, плотностью 1400 кг/м3, пределом прочности при растяжении не менее 60 МПа, при сжатии не менее 90 МПа и светопрозрачностыо ДО 85%.

Стеклопластики применяют для устройства светопрозрачных ограждений и перегородок, световых холодных и полутеплых проемов стен и фонарей верхнего света, а также в качестве наружных слоев панелей цехов с химической агрессией (для светопрозрачного материала).

•          Органическое стекло (полиметилметакрилат) представляет собой высокопрозрачный, светоустойчивый, относительно легкий материал. С течением времени органическое стекло не мутнеет, не желтеет, не становится хрупким, хорошо противостоит атмосферным влияниям. Органическое стекло эластично и сохраняет это свойство даже при пониженных температурах, когда его прочность на изгиб и растяжение возрастает, не увеличивая хрупкости; оно превосходит по прочности на изгиб силикатное стекло в 7 раз. Органическое стекло термопластично, его свойства очень меняются с колебаниями температуры. При нагреве до 60°С оно деформируется даже при малых нагрузках, а при 120°С приобретает эластичность мягкой резины, при 160°С становится текучим, при температуре выше 300°С оно горит. Органическое стекло выпускают в виде листов длиной 100... 1350 мм, шириной 100...1250 мм и толщиной 2...2,3 мм. Поделочное стекло выпускают цветным, матовым и бесцветным плотностью 1200 кг/м3. Стекло органическое применяют для устройства светопрозрачных ограждений и перегородок, световых одинарных и двойных вертикальных проемов и куполов верхнего света общественных и промышленных зданий, ограждений теплиц.

•          Сотопласты характеризуются регулярно повторяющимися полостями, имеющими правильную геометрическую форму. Полости образуются при формовании или литье исходного пластического материала без его вспенивания. Изготовляют их горячим формованием пропитанных термореактивными полимерами листов бумаги, ткани, шпона и т. д. При этом на материале в прессе выштамповываются гофры. Гофрированные листы покрывают полимером и укладывают в пакеты, а затем склеивают в блоки при нормальной или повышенной температуре и давлении 0,25...0,5 МПа. Сущность новой технологии заключается в получении сотопластов путем приготовления блока из бумаги с одновременным нанесением клея на те участки бумаги, которые склеиваются для образования сот.

Блоки изготовляют на станке, оборудованном вращающейся металлической пластиной и роликом для нанесения клея. Бумагу перематывают из рулона, проходя через систему роликов, которые наносят на полосы клей.  Размер сот зависит от расстояния между соседними роликами; после каждого оборота система роликов смещается на полшага сот. В местах, где нанесены полосы клея, бумага склеивается и получается блок. Снятый с пластины блок разрезают на полосы, растягивают и пропитывают полимером. После пропитки и сушки бумажные сотоблоки становятся полупрозрачными и жесткими с плотностью 15...60 кг/м3.

Сотопласты изготовляют тканевые, крафт-бумажные и из изоляционно-пропиточной бумаги длиной 1... 1,5 м, шириной 550... 650 мм и толщиной 300...350 мм, плотностью 30...140 кг/м3, прочностью при сжатии 0,3...4 МПа.

Сотопласты применяют в основном как заполнитель трехслойных панелей. Теплоизоляционные свойства сотопластов повышаются в результате заполнения сот крошкой теплоизоляционного материала, например мипоры.

• Жестким пенопластом считают материал с системой изолированных, не сообщающихся между собой ячеек, заполненных газом или смесью газов. В СССР находят применение пено-пласты, получаемые на основе термопластичных и термореактивных полимеров, жесткой и эластичной, пенистой и пористой структуры. Отечественная промышленность производит различные виды жестких пенопластов: пенополистирольные, поливи-нилхлоридные и пенополиуретановые.

Пенополистирол как тепло- и звукоизоляционный материал применяют для устройства трехслойных панелей для стен и плит покрытий жилых, общественных и промышленных зданий. Трехслойные панели изготовляют клееными, в качестве наружных слоев используют стеклопластики, асбестоцемент, алюминий и другие материалы, а для приклеивания — фенолоформальде-гидные, карбамидные, эпоксидные и другие клеи. Пенополистирол можно получить несколькими способами: прессовым, беспрессовым (из гранул), автоклавным и т. д. В СССР нашли распространение первые два способа.

Прессовым методом пенополистирол марки ПС-1 изготовляют на основе эмульсионного полистирола марок Б или В; в качестве порообразователя применяют порофор ЧХЗ-57, причем на 100 ч. полистирола берут 2...5 ч. (по массе) порофора. Производство пенопласта прессовым методом начинают, смешивая полимер с газообразователем в шаровой мельнице, снабженной рубашкой охлаждения, в течение 12...24 ч до получения однородной смеси. Приготовленную композицию прессуют на гидравлических прессах в закрытых пресс-формах при температуре 120...180°С и давлении 12...20 МПа. При этом частицы полимера сплавляются в монолитную массу, а газообразователь разлагается. Выделяющиеся газы частично растворяются в полимере, образуя насыщенный раствор, а избыток газа распределяется равномерно в нем в виде мельчайших ячеек. После выдержки заготовка охлаждается и извлекается из пресс-формы. Опрессованные заготовки вспениваются при температуре  Ю0...105°С в среде насыщенного водяного пара. Пенопласт выпускают в виде прямоугольных плит длиной 1,0...1,2 м, шириной 500 мм и толщиной 5,0...8,0 мм. Пенопласт можно получить с различной плотностью (60...220 кг/м3) в зависимости от количества вводимого в смесь газообразователя.

Беспрессовый метод получения пенополистирола заключается в вспенивании не отдельного блока (заготовки), а небольших гранул с последующим их спеканием (склеиванием). Технологический процесс производства пенополистирола ( 15.7) осуществляется в следующем порядке. Пенистый полистирол, полученный полимеризацией стирола суспензионным способом в присутствии инициатора и легколетучего порообразователя (изопентана), подвергают предварительному вспениванию путем нагрева гранул до 100°С в кипящей воде, паром или смесью пара с воздухом. Следующим процессом является подсушивание вспененных гранул на открытом воздухе и выдерживание их в течение 24 ч. Окончательное вспенивание производят несколькими способами: в формах при действии пара; в автоклавах при давлении 0,12...0,15 МПа в течение 10...15 мин; в формах, которые проходят через посты загрузки, прогрева, остывания и извлечения изделий; между движущимися непрерывными лентами, образующими прямоугольный канал для вспенивания; методом совмещенного формования в массивной форме, в которую по-дают-острый пар, и т. д. Пенополистирол изготовляют в виде прямоугольных плит размером 1000X700X100 мм, плотностью 30...200 кг/м3, теплопроводностью 0,031...0,054 Вт/(м-°С), водо-поглощением не более 3% по объему, пределом прочности при 10%-ном линейном сжатии 0,13...0,7 МПа.

•   Жесткий пенополивинилхлорид используют главным образом в качестве тепло- и звукоизоляционного материала для среднего слоя трехслойных панелей стен и плит покрытий жилых, общественных и промышленных зданий. Жесткий пенопласт ПХВ-1 изготовляют прессовым методом на основе поливинилхлорид-ного полимера марки М, смеси газообразователей порофора ЧХЗ-57,   углекислого   аммония   и   бикарбоната   натрия.   Состав пенопласта ПХВ-1 следующий (ч. по массе): поливинилхлорид 

100, метилметакрилат — 25, порофор ЧХЗ-57 — 0,3...0,8, углекислый аммоний— 10...16 и бикарбонат натрия — 8. Метилметакрилат вводят в первой стадии прессования для повышения текучести. К концу прессования он в основной массе полимеризуется и его пластифицирующее действие прекращается. В процессе вспенивания заготовки низкомолекуляриый полиметакрилат и небольшое количество мономера способствует получению пенопласта с малой плотностью.

Технология получения пенопласта ПХВ-1 аналогична технологии получения пенополистирола, изготовленного прессовым методом. Технологические параметры следующие: смешивание — 18...20 ч; прессование при температуре 160...170°С и удельном давлении 15...18 МПа. При получении пенопласта плотностью менее 70 кг/м3 применяют вспенивание, которое производят в паровой камере в формах, имеющих конфигурацию и размеры изделия. Для охлаждения используют воду. Пенополивинилхло-рид выпускают в виде прямоугольных плит длиной и шириной не менее 500 мм и толщиной 45...70 мм, плотностью 60...200 кг/м3, пределом прочности при сжатии 0,2...1,0 МПа и очень малым водопоглощением, температуропроводностью 0,035...0,052  Вт/(м- °С).

•          Пенополиуретан получают в результате сложных реакций,

протекающих при смешивании исходных материалов (полиэфира,

диизоцианата и воды) в присутствии катализаторов и эмульга

торов. Жесткие пенополиуретаны изготовляют по непрерывному

или периодическому беспрессовому методу.

Технологический процесс производства пенополиуретана периодическим методом состоит в следующем. Приготовляют две смеси при температуре 50...80°С: одну — из изоцианата и замещенного изоцианата; другую — из полиэфира, эмульгатора, катализатора и воды. Смеси затем выдерживают при температуре 28...35°С. К полиэфирам с добавками приливают изоцианаты и смесь перемешивают в смесителе в течение 0,5...2,5 мин. В результате реакции увеличивают температуру смеси на 7...10°С и объем смеси начинает возрастать. Приготовленную смесь заливают в формы, где она окончательно вспенивается. Далее смесь прогревают от 80...150°С в течение 4...6 ч, и полимер полностью отверждается.

Пенополиуретан выпускают в виде прямоугольных плит длиной и шириной не менее 450...550 мм и толщиной до 69 мм, плотностью 30...200 кг/м3, прочностью при сжатии до 3,5 МПа, теплопроводностью 0,032...0,058 Вт/(м-°С).

•          Пенополиуретан применяют для среднего слоя трехслойных

ограждающих  конструкций   (панелей  стен   и   плит  покрытий),  в виде скорлуп для изоляции трубопроводов, холодного и горячего водоснабжения. Предельная температура применения 150...160°С.