Министерство путей сообщения

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА имени академика В. Н. ОБРАЗЦОВА

Кафедра «Строительные материалы»

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ И ПЛАСТМАСС

Методические указания к изучению курса «Строительные материалы»

ЛЕНИНГРАД

МИНИСТЕРСТВО путей сообщения

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА имени академика В. Н. ОБРАЗЦОВА

Кафедра «Строительные материалы»

/

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ И ПЛАСТМАСС

Методические указания к изучению курса «Строительные материалы»

ЛЕНИНГРАД

В методических указаниях дополнительно к лекционному материалу по разделу «Полимеры и пластмассы» приводятся систематизированные данные по физико-механическим свой­ствам используемых в строительстве полимерных материа­лов; современные методики испытаний материалов; указаны рациональные области применения новых материалов в строи­тельстве, их достоинства и недостатки. Приводится перечень стандартов на материалы и некоторые распространенные в строительстве изделия из полимеров и пластмасс.

Предназначены для студентов строительных специально­стей 1202, 1209, 1210, 1212, для которых в рабочих про­граммах предусмотрены самостоятельные практические и ла­бораторные занятия по оценке свойств полимеров и пласт­масс, используемых в промышленном, гражданском и транс­портном строительстве.

Разработали О. С. Попова, Т. Н. Щербакова.

В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на период до 1990 г. намечено развивать производство полимерных материалов с заданными свойст­вами, в том числе и для применения в строительстве.

Полимеры и пластмассы обладают исключительным со­четанием физических и механических свойств — они легки и прочны, коррозионностойки. Поэтому в настоящее время каждая тонна пластмасс экономит: 5,6 т стали; 3,4 т цвет­ных металлов; 485 р. капитальных вложений; 510 р. трудо­затрат.

Особенно эффективно использовать полимеры для изго­товления труб в водохозяйственном строительстве. В этом случае каждая тонна полимерных труб экономит 1800 р. ка­питальных вложений и 7,3 т металла. Каждая тонна поли­мерных пленок экономит в строительстве 28 тыс. руб. ка­питальных вложений и 10 т металла. Следует отметить, что конструкции из полимерных материалов исключительно стой­ки в агрессивных средах.

В связи с этим цель настоящих методических указаний — это создание условий для углубленного самостоятельного изучения студентами перспективных строительных материа­лов и изделий. Ознакомление с новыми материалами, мето­диками их испытаний, стандартами (ГОСТ, СНиП и ТУ) на их свойства и применение позволит сравнить основные физико-механические характеристики полимерных и тради­ционных (сталь, дерево, бетон, стекло) строительных мате­риалов и обосновать выбор наиболее рациональных из них для конкретных конструкций.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛИМЕРАХ И ПЛАСТМАССАХ

Полимерами принято называть высокомолекулярные со­единения, молекулы которых состоят из большого числа по­вторяющихся группировок или мономерных звеньев, соеди­ненных между собой химическими связями.

По происхождению полимеры делят на природные, или биополимеры (белки, полисахариды), и синтетические, по­лучаемые полимеризацией или поликонденсацией.

Макромолекула может представлять собой открытую цепь (линейные полимеры), цепь с разветвлениями (раз­ветвленные полимеры) или трехмерную сетку (сет­чатые полимеры).

По химическому составу различают гомополимеры (содержат одинаковые мономерные звенья) и сополи­меры (содержат разные мономерные звенья). Если глав­ная цепь макромолекулы состоит из одинаковых атомов, то такие полимеры называют гомоцепными, если же раз­ные — то гетероцепными.

Линейные полимеры обладают специфическими свойства­ми, склонны, в частности, к образованию анизотропных вы­сокоориентированных волокон и пленок, а также к большим обратимым (высокоэластическим) деформациям. У развет­вленных полимеров эти свойства становятся менее выражен­ными. Трехмерные (сетчатые) полимеры с очень большой частотой сшивки сетки свойствами высокоэластичности во­обще не обладают.

По фазовому составу полимеры могут быть аморфными или кристаллическими. Аморфные полимеры могут сущест­вовать в двух физических состояниях: стеклообразном и вяз­котекучем.

Если полимеры переходят из высокоэластического состоя­ния в стеклообразное при температурах ниже 20° С, то их относят к эластомерам, если же при высоких температурах — к пластикам. Кристаллические полимеры обычно являют­ся пластиками. Высокая механическая прочность, эластич­ность, электроизоляционные и другие технические свойства полимеров обусловливают их широкое применение в раз­личных отраслях народного хозяйства. Полимеры служат ос­новой пластмасс, химических волокон, резин, лакокрасочных материалов, клеев, герметиков, ионообменных смол.

Пластическими массами (пластмассы, пластики) назы­вают твердые, упругие и эластичные материалы, формуемые в изделия методами, основанными на использовании их пла­стических деформаций. Пластмассы относятся к композици­онным материалам. Полимеры в них выполняют роль свя­зующего вещества. Кроме них в состав пластмасс могут вхо­дить наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, отвердители, красители и другие компоненты. По структуре пла­стмассы разделяют на не наполненные (макроскопические однородные, например органические стекла, полиэтиленовая пленка, фторопласты) и наполненные (макроскопически не­однородные, содержащие кроме полимера модификаторы, пигменты, наполнители и другие вещества). Наполненные

пластмассы наиболее распространены и находят широкое применение в строительстве (это слоистые пластики, рулон­ные и погонажные изделия и др.).

Наполнители прежде всего снижают расход полимеров и стоимость пластмасс, улучшают ряд механических свойств, снижают усадочные деформации. Их классифицируют по способам получения, природе и форме частиц. Так, по спо­собу получения они делятся на природные, искусственные и отходы производства; по природе частиц — на органические, минеральные и металлические; а по форме — на порошко­образные (каолин, мел, кварцевый песок, окислы металлов и др.), волокнистые (асбест, хлопковые очесы, целлюлоза, отходы текстильной промышленности, угольное волокно, стекловолокно и др.), листовые (бумага, древесный шпон, стеклянные и хлопчатобумажные ткани).

Пластификаторы улучшают формуемость пластмасс, сни­жают их хрупкость и жесткость. Отвердители переводят по­лимеры в неплавкое и нерастворимое состояние. Красители служат для получения цветных пластмасс.

Поведение пластмасс под нагрузкой аналогично поведе­нию как твердого идеально упругого тела, для которого на­пряжение пропорционально деформации, так и поведению идеально вязкой жидкости, для которой напряжение прямо пропорционально скорости деформации и не зависит от ве­личины деформации. Поэтому пластмассы относят к вязкоуп­ругим материалам и для описания их поведения в напряжен­ном состоянии используют теорию высокоэластичности.

Вязкоупругость пластмасс проявляется в их способности медленно деформироваться с течением времени под дейст­вием постоянной нагрузки. В случае, если скорость дефор­мирования постоянна, то необходимое для поддержания этой деформации напряжение может постепенно уменьшаться. Считают, что тело релаксирует.

Большая часть конструкционных пластмасс является, как правило, анизотропными материалами, для которых харак­терно высокоэластическое состояние связующего при почти идеально упругом поведении армирующего наполнителя. По­этому механические свойства пластмасс приходится оцени­вать большим числом показателей, применяя различные ме­тоды испытаний и разнообразную аппаратуру.

Классифицируют пластмассы по различным признакам: по виду связующего; по виду наполнителя; по виду проте­кающих реакций; по жесткости; по назначению.

Полимерные строительные материалы наиболее удобно классифицировать по назначению следующим образом:

— для несущих и ограждающих конструкций (конструк­ционные);

— материалы для полов;

— кровельные и гидроизоляционные материалы;

— лакокрасочные материалы;

— тепло- и звукоизоляционные материалы;

— санитарно-технические и погонажные изделия;

— трубы.

2. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ПОЛИМЕРОВ И ПЛАСТМАСС

2.1. Основные определения и методы испытаний физических свойств полимеров и пластмасс

Для полимеров и пластмасс, используемых в строитель­стве, важны не вся совокупность характеристик физических свойств, а лишь такие, как объемная масса или плотность, водопоглощение; коэффициенты линейного теплового расши­рения а, теплопроводности λ, температуропроводности а; теплостойкость.

Плотность (объемная масса)—масса вещества в единице объема, г/см³, определяется по ГОСТ 15139—69 для поли­меров и пластмасс так же, как и для любых строительных материалов. Величина ее колеблется от 0,015 до 2,2 г/см³. Следует отметить, что для традиционных строительных ма­териалов объемная масса обычно выше, чем для полимеров и пластмасс. Так, для бетона она равна 1,8—2,6; для ста­ли— 7,8; для дуба — 0,69—1,03; для сосны — 0,31—0,76; для стекла — 2,6—2,7; для гранита — 2,8—3,0 г/см³.

Водопоглощение полимеров и пластмасс определяют че­рез 24 ч после помещения образца в воду с температурой 20°С и оценивают в % по массе. Для конструкционных пластмасс (стеклопластики) водопоглощение составляет от 0 до 3%. Для традиционных строительных материалов во­допоглощение равно: для сталей — 0%, для бетона до 6— 8%, для древесины до 30—50%.

Коэффициент линейного теплового расширения а — это ве­личина, численно равная удлинению, которое получает при нагревании на 1°С стержень, сделанный из этого материала и имевший при 0°С длину, равную единице:

[ ]

где l — линейный размер тела в заданном направлении;

Т — температура.

Температурные коэффициенты расширения определяют по данным дилатометрии и рентгеноструктурного анализа. Для твердых полимеров характерны большие значения коэффи­циентов теплового расширения, чем для низкомолекулярных твердых тел. Значения а для некоторых изотропных поли­меров при 20° С составляют: для полиметилметакрилата — 0,66-10^-4; для полистирола — 0,66-10^-4, для полиэтилена разной плотности (от 1.06 до 2,0)-10^-4, для натурального каучука — 2,2-10^-4.

Для традиционных строительных материалов коэффи­циент линейного теплового (температурного) расширения значительно ниже. Так, для стали он равен 0,12- 10~⁴, для стекла — 0.04-10~⁴, для чугуна (0,10—0,11)-10~⁴, для бето­на—0,10- 10-⁴.

Теплопроводность — способность полимерных тел перено­сить тепло от более нагретых поверхностей к менее нагре­тым.

Коэффициент теплопроводности X, Вт/(м·К),

Теплопроводность полимеров зависит от температуры, хи­мической структуры и физического состояния и увеличива­ется с ростом давления.

Значения X при 20° С для полистирола — 0,13, полиметил­метакрилата— 0.19. натурального каучука — 0,14, поливи­нилхлорида— 0.17, полиэтилена — 0,38—0,47 Вт/м -К, а для воздуха 0,023; для льда — 2,3; для стекла 0,4—0,82; для су­хой древесины поперек волокон — 0,17, а вдоль волокон — 0,34 Вт/м·К.

Температуропроводность — параметр, характеризующий скорость распространения температуры под действием теп­лового потока в нестационарных температурных условиях и

определяемый соотношением, м² С^-1,

где λ, — теплопроводность;

Ср — удельная теплоемкость при постоянном давлении;

р — плотность.

Значения температуропроводности для некоторых поли­меров при 20° С (а-10⁷) следующие: полистирол — 0,99; по- лиметилметакрилат—1,19; поливинилхлорид—1,21; поли­этилен низкой плотности—1,40.

Температуропроводность возрастает с повышением моле­кулярной массы полимера, степени кристалличности и дав­ления. Для аморфных полимеров в стеклообразном состоя­нии и для кристаллических полимеров температуропровод­ность монотонно уменьшается с повышением температуры.

Теплостойкость — способность сохранять твердость (не раз­мягчаться) при повышении температуры. Количественный критерий теплостойкости — это температура, при которой деформация образца, находящегося под воздействием по­стоянной нагрузки, не превышает некоторую величину. Верх­ний предел теплостойкости стеклообразных полимеров — температура стеклования, кристаллических — температура плавления.

Наиболее распространен метод определения теплостойко­сти по Мартенсу. В этом случае образец, находящийся под деформирующей нагрузкой (консольный изгиб при напря­жении 5 МН/м²) непрерывно нагревают со скоростью 1°С/мин. Температура, при которой деформация дости­гает заданного значения (6 мм), характеризует теплостой­кость (ГОСТ 15065—69). Значения теплостойкости по Мар­тенсу для некоторых термопластов, °С, следующие: вини­пласт— 65—70; полиметилметакрилат — 60—80; полисти­рол— 80. Теплостойкость возрастает при усилении меж- и внутримолекулярного взаимодействия, увеличении степени сшивания, при введении в полимер активного наполнителя.

2.2. Основные определения и методы механических испытаний полимеров и пластмасс

Комплекс свойств материала, определяющий поведение полимеров под действием на них внешних сил, принято на­зывать механическими свойствами.

В отличие от большинства материалов для механических свойств полимеров характерно следующее:

1) способность развивать под действием внешних меха­нических сил большие обратимые (высокоэластические) де­формации, достигающие десятков, сотен и тысяч процентов;

2) релаксационный характер реакции тела на механиче­ское воздействие, т. е. зависимость деформаций и напря­жений от длительности (частоты) воздействия, который мо­жет проявляться в чрезвычайно широком временном диапа­зоне;

3) зависимость механических свойств полимера от усло­вий его получения, способа переработки и предварительной обработки. Это связано с существованием в полимерных те-

лах разнообразных форм надмолекулярной структуры, время перестройки которых может быть настолько велико, что по­лимер при одних и тех же условиях способен устойчиво су­ществовать в состояниях с различной морфологией;

4) способность под действием анизотропного механиче­ского воздействия приобретать резкую анизотропию меха­нических свойств и сохранять ее после прекращения такого воздействия;

5) способность претерпевать под действием механических сил химические превращения.

Общий характер механического поведения конкретного полимерного тела определяется тем, в каком физическом состоянии оно находится: в аморфном (стеклообразном, вы­сокоэластическом или вязкотекучем) или в аморфно-кристал­лическом.

Кроме того, в особую группу выделяют ориентированное состояние, в котором могут находиться как аморфные, так и кристаллические полимеры и для которого характерна анизотропия механических свойств.

При использовании полимеров и пластмасс в строитель­стве необходимо иметь сведения относительно следующих механических характеристик материалов:

— модуль упругости, МПа: при растяжении Е_Р; сжатии Ер.с, изгибе Е_и;

— разрушающее напряжение, МПа: при растяжении _р, сжатии р.с, изгибе ;

— временное сопротивление срезу, МПа, _Ср;

— твердость. МПа, Н;

— поедел прочности при разрыве колец, МПа, ;

— предел прочности при отрыве, МПа, _от;

— предел прочности при скалывании по слою, МПа, _ск;

— коэффициент Пуассона

— относительное удлинение при разрыве, %, _р;

— относительная деформация сжатия при разрушении,

%) р.с

— ударная вязкость, кгс см/см³, а.

Подавляющее большинство механических характеристик полимеров и пластмасс зависит от условий опыта (от вре­мени и скрости нагружения, от температуры и др.). По­этому сравнивать поведение различных пластмасс под на­грузкой необходимо в одинаковых условиях и используя унифицированные методики испытаний.

В табл. 2.1 приведены рекомендуемые стандартами фор­ма и размеры образцов для испытаний пластмасс и опре­деления их механических характеристик,

. Таблица 2.1

Стандарты на основные методы определения механических характеристик полимерных материалов

Показатели стандартов	Формы образцов	Формулы для расчетов
1. Прочность и деформативность при	Двойная лопатка а или прямо­
растяжении (ГОСТ 11262—80)	угольная полоска б
		Р — усилие;
		S — площадь сечения
2. Прочность и деформативность	Параллелепипед или цилиндр (h/b,
при:	Ф = 1,5 или 2,9)	σ=P/S
— сжатии (ГОСТ 4651—82)
— изгибе (ГОСТ 4648—71)	Призма размером не менее 80Х
	Х10Х4 мм (l /h≥в20)
3. Модуль упругости при растяжении, сжатии или изгибе (ГОСТ 9550-81, стандарт СЭВ 2345-80).	Образцы по ГОСТ 11262—80, 4651—78 и 4648—71	Е=

4. Ударная вязкость по Шарпи	Параллелепипед с надрезом на 1/3
(ГОСТ 4647—80)	толщины

5. 5.Износостойкость по закрепленно­му абразиву (на абразивный из­нос) (ГОСТ 11012—69)	--	Δ h I h =-------, Δ L Δv I m =------- ΔL I ^т Д/
6. 6.Коэффициент трения по стали (ГОСТ 11629—75)		F µ=-------- P F и P – соответственно тангенциальная и нормальная силы
7. 7.Общие требования к испытаниям (ГОСТ 14359—69)	—	—
8. 8.Технология изготовления образца для испытаний (ГОСТ 12015—66 и ГОСТ 12019—66)	—	—

3. ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ И ПЛАСТМАСС

3.1. Полимерные строительные материалы для несущих и ограждающих конструкций (конструкционные)

Для несущих и ограждающих конструкций могут быть использованы следующие полимерные материалы: стеклопла­стики, древесно-слоистые пластики, древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты, бумажно-слоистые пластики, полимербетоны и пленочные материалы.

Основные данные по исходному сырью, маркировке, стан­дартам на материалы, областям их применения и физико­механическим свойствам приведены в табл. 3.1—3.4.

Стеклопластики — это пластмассы, содержащие стеклян­ные наполнители (нити, жгуты, ткани, короткие волокна, холсты или маты).

Изделия из стеклопластиков с ориентированным распо­ложением волокон СВАМ, АГ-4В, АГ-4С в виде нитей, жгу­тов, тканей получают послойной укладкой наполнителя, про­питанного связующим, с последующим прессованием или формованием: автоклавным, пресскамерным, вакуумным или контактным методами.

Изделия из стеклопластиков с неориентированным рас­положением волокон изготовляют прессованием, литьем под давлением или напылением в зависимости от типа пласт­массы.

Стеклопластики обладают исключительно интересными с точки зрения инженера сочетаниями свойств (табл. 3.1 и 3.2). Специальные стеклопластики, изготовленные на эпоксидном связующем и на однонаправленных алюмоборосиликатных волокнах, при плотности 1,9—2,0 г/см³ имеют проч­ность при растяжении 1300—1700 МПа, при изгибе— 800—1200 МПа, при сжатии — 400—600 МПа; модуль упругости — 45—56 МПа, коэффициент теплопроводности — 0,25—0,45 Вт/(м·К). Аналогов им среди традиционных ма­териалов нет.

Полиэтилен — термопластичный полимер, обладающий аморфно-кристаллической структурой. Для пленок исполь­зуют полиэтилен высокого или низкого давления, имеющий следующие физико-механические характеристики: плотность от 0,91 до 0,97 г/см³, температуру плавления от 102—137° С, модуль упругости от 100 до 200 МПа, предел прочности при растяжении от 7 до 45 МПа, относительное удлинение от 100—1200%. Он химически стоек (но не в окислителях), имеет низкую газо-и паропроницаемость.

Стеклопластики и пленочные материалы

Таблица 3.1

Наименование материала, стандарты	Исходное сырье	Марки­ ровка	Основные области применения
Листовой стеклопластик (плоский, волнистый) ГОСТ 15809—70 и ГОСТ 10292—74	Полиэфирмалеинфталаты (ПН-1, ПН-3, ПН-10); руб­леное стекловолокно	ПСК-20 ПСК-5	Светопроницаемые панели и пере­городки, наружные ограждения, кровли и покрытия
Стеклотекстолит ГОСТ 10292—74	Фенолоформальдегидные, по­лиэфирные и эпоксидные смо­лы; стеклоткань	КАСТ-В КАСТ-Р ВФТС	Плоские и профильные элементы для конструкций: напряженных, под­верженных динамическим нагрузкам; эксплуатируемых в условиях повы­шенных до 200° С температур и в агрессивных средах
Анизотропные стеклопласти­ки ГОСТ 20437—75	Карбамидные, мочевино-ми- ламиновые, фенолоформальде­гидные и совмещенные смолы; стекловолокно	СВАМ АГ-4В АГ-4С	Крупногабаритные панели и пли­ты; стены и перекрытия обществен­ных и промышленных зданий; высо­копрочные профили; оконные пере­плеты и двери
Полиэтиленовые пленки ГОСТ 10354—82	Полиэтилен высокого давле­ния и низкого давления	—	Для остекления временных соору­жений; для надувных конструкций

Таблица 3.2 Физико-механические свойства стеклопластиков

Наименование характеристик	Единица измере­ нии	Стекло­ тексто­ лит	Листо­ вой стекло­ пластик	Фено­пласты стскло- напол­ненные	С ВАМ
Объемная масса	г/см^3	1,85	1,4	1,3-2,0	1,9
Теплостойкость по	°С	200-330		190-300	200-300
Мартенсу
Водопоглощение	%	0,1-0,8	3,0—3,5	0,05-0,2
Коэффициенты:	Вт/м·К	0,28	0,40	0,24	0,20
теплопроводности
линейного теплового	^0 С-‘	1,06	0,66	0,5+1,2	1,3
расширения Предел прочности при:		230-ЗС0		30-100
растяжении	МПа
изгибе				60—700	635-700
сжатии				100-200	240-300
срезе	.
Модуль упругости		15-31		13-35	28,0
(Е-10^3)
Коэффициент Пуассона		0,4	0,4	0,13	0,13

Полиэтилен подвержен старению, т. е. при действии кислорода воздуха, ультрафиолетовых лучей и тепла его свойства ухудшаются. Старение проявляется в увеличении хрупкости, появлении трещин, снижении показателей меха­нических свойств. Температурный интервал эксплуатации из­делий, несущих нагрузку, находится в пределах от 4-60 до —80° С. Полиэтилен обладает значительной ползучестью уже при комнатной температуре.

Полимербетон — композиционный материал на основе вы­сокомолекулярного связующего (фурановых, эпоксидных, по­лиэфирных и других смол), грубодисперсных заполнителей, наполнителей, пластификаторов, растворителей и отвердителей. Устойчив к кислотам, щелочам, солям, нефтепродук­там; морозостоек. Основные недостатки — деформируемость под нагрузкой (ползучесть) и горючесть. Полимербетон, ар­мированный металлом (сталеполимербетон)—высокопроч­ный конструкционный материал.

Пластмассы, содержащие в качестве наполнителя древе­сину (древесно-слоистые пластики, древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты), также используют в качестве

Таблица 3.3

Конструкционные материалы, наполненные древесиной, и полимербетсны

Наименование материала, стандарты	Исходное сырье	Маркировка	Основные области применения
Дрсвесно-слоистые пластики ГОСТ 25288—82	Фенолоформальдегидные полимеры; березовый лущеный шпон	ДСП-А ДСП-Б ДСП-В ДСП-Г	Обшивка трехслойных панелей; пе­регородки, обшивка и декоративная облицовка внутренних поверхностей стен; опалубка бетонных и железо­бетонных конструкций; несущие эле­менты конструкций; подвесные по­толки, профильные изделия
Древесно-волокнистые плиты ГОСТ 4598—86 и стандарт СЭВ 4188—83	Фенолоформальдегидные • смолы; целлюлозные волокна	Т, Т-С; Т-П; Т-СП; СТ	Перегородки, облицовка стен; об­шивка потолков; настил полов; двер­ные полотна; средний слой трехслой­ных плит покрытий и стеновых па­нелей
Древесно-стружечные плиты ГОСТ 10632—77	Мочевино- или фенолоформальдегидные смолы, древесные стружки	П-1 П-2М П-2Т П-20 П-3	Полы, потолки, перегородки внут­ренних помещений, дверные полот­на, опалубка, панели, несущие кон­струкции
Полимербетоны	Фурановые, полиэфирные, эпоксидные карбамидные смолы; минеральный наполнитель		Рамная крепь горизонтальных под­земных выработок; канализационные коллекторы, крепление шахтных створов; фундаменты под тяжелое оборудование; полы в цехах с по­вышенной нагрузкой и в коррози­онных средах, колонны и ригели в цехах химического производства; ванны в гальванических цехах, тю­бинги

конструкционных материалов, но преимущественно для внут­ренних помещений. Изготовляют их путем горячего прессо­вания наполнителя, смешанного со связующим (табл. 3.3, 3.4). Однако вид наполнителя, его расположение, давление прессования и температура отверждения полимера в каж­дом случае различны.

Так, для приготовления древесно-слоистых пластиков ис­пользуют листы или плиты, изготовленные из тонкого бе­резового лущеного шпона с влажностью 9—12%. Допуска­ется применение в смеси с березовым букового, ольхового и липового шпона. Листы пропитанного шпона прессуют при давлении до 15—16 МПа и температуре 145—150° С.

Древесные слоистые пластики изготовляют следующих марок:

ДСП-А — во всех слоях волокна шпона параллельны или через каждые 4 слоя с параллельным направлением воло­кон укладывается один слой с направлением волокон под углом 20—25°;

ДСП-Б — через каждые 10—20 слоев с параллельным на­правлением волокон укладывается один слои с перпендику­лярным направлением волокон;

ДСП-В — все слои шпона имеют взаимно перпендикуляр­ное направление волокон;

ДСГТ-Г — в смежных слоях волокна древесины шпона располагаются под углом 45°.

Древесно-слоистые пластики толщиной менее 15 мм на­зываются листами, а толщиной 15 мм и более — плитами.

Древесно-волокнистые плиты получают путем горячего прессования (температура 150—165°С, давление—1 — 5 МПа) волокнистой массы, состоящей из целлюлозных во­локон, воды, наполнителей и синтетических полимеров. Во­локна изготовляют из древесной щепы или дробленки (от­ходы деревообрабатывающих производств и лесозаготовок) или же используют стебли тростника, льняную костру и другие материалы. В качестве конструкционных применяют твердые (объемная масса не менее 0,850 г/см³) и сверх­твердые (объемная масса не менее 0,95 г/см³) плиты, имеющие размеры, мм, соответственно (1200—2500) X (1000—1200) X (3—6) или (2700—3600) X (1600— 1800) X (3—4).

Древесно-стружечные плиты изготовляют путем горячего прессования (при 140—150°С и давлении 1,0—1,2 МПа) древесных стружек, смешанных с термореактивным жидким олигомером. Сырьем для производства древесно-стружечных плит служат отходы лесопиления и деревообработки (от-

резки бревен, короткие доски, горбыли, рейки и т. п.), от­ходы мебельного и фанерного производства, неделовая дре­весина. Стружки получают на специальных стружечных станках. Оптимальными признаны следующие размеры стру­жек: длина 15—20 (30—40) мм, ширина 2—4 (2—8) мм, толщина 0,15—0,20 (0,7—1,0) мм. Значения размеров приве­дены для наружных (внутренних) слоев плит.

Таблица3.4 3.4

Физико-механические свойства конструкционных пластмасс и полимербетонов

Наименование характеристик	Единицы измерения	Древесно-слоистые пластики	Древесно- волокнистые плиты	Древесно-стружечные плиты	Полимер- бетоны
Объемная масса	г/см^3	1,3	0,85-1,1	0,65—0,85	2,1-2,2
Теплостойкость по Мартенсу	°С	180—200	180-200	180-200	выше 200
Водопоглощение	%	2,0-3,0	9/6	60-90	0,01
Коэффициенты:					68-75
— теплопроводности (^•10^2)	Вт/м • К	18-20	14-20	10-12
—линейного теплового расширения (а-10^ч) Предел прочности при:	°С	30-35	35-40	25-60	70—100
— растяжении	МПа	112-260	20 30		6-11
— изгибе	»	150-280	40 50		13-25
— сжатии		120-160	20 30		40-120
— срезе	»	8-41	12/17	—	—
Модуль упругости (Е-10^3)	»	9,2-21,2	30/50		100 и выше
Коэффициент Пуассона		0,12	—	0,10-0,12	0,4

Примечание. Для древесно-волокнистых плит в числителе при­ведены данные для твердых плит, в знаменателе — для сверхтвердых. Для полимербетонов приведены характеристики, измеренные через 28 су­ток твердения.

3.2. Полимерные материалы для полов

Полимерные материалы широко используются для изго­товления полов, и объясняется это в первую очередь эконо­мическими и эксплуатационными показателями (табл. 3.5).

В настоящее время для устройства полов промышленных и гражданских зданий и сооружений применяют:

— линолеумы — поливинилхлоридный, грифталевый (ал- кидный), коллоксилиновый (нитроцеллюлозный), резиновый (релин);

— ковровые материалы — ворсолин, вореонит;

— плиточные материалы — поливинилхлоридные, инден- кумароновые, каучуковые, резиновые, фенопластовые (фено- литовые), полимербетонные;

— мастичные бесшовные полы на основе поливинилаце- татной дисперсии и латексов и полимерцементные полы.

Таблица3.5

Сравнительные показатели устройства 1 м² полов

Материалы	Себестои­мость, руб.	Эксплуатацион­ные, руб./год	Трудовые затраты, чел./день
Дощатые полы	4,65	0,26	0,49
Паркет	7,0	0,19	0,51
Безосновный поливинилхло­ридный линолеум	3.7	0,24	0,22
ПВХ — линолеум на тепло­звукоизоляционной основе	3,6	0,21	0,12

Каждый из указанных материалов имеет свои достоин­ства и недостатки как по технологии устройства полов, так и по физико-техническим и эксплуатационным характери­стикам. Около 70% общего выпуска полимерных материа­лов для пола приходится в настоящее время на долю по­ливинилхлоридного линолеума. Основные физико-техниче­ские свойства плиток и линолеумов, наиболее широко ис­пользуемых в строительстве, приведены в табл. З.б.

3.3. Кровельные и гидроизоляционные материалы на основе полимеров

Большая часть долговечных кровельных, гидроизоляцион­ных и герметизирующих материалов изготовляется на ос­нове каучуков, резинобитумных материалов, каучукоподоб­ных термопластичных полимеров. По способу нанесения на поверхности конструкций их различают на плиточные, ма­стичные, пленочные.

Физико-технические свойства, области применения и стандарты на кровельные и гидроизоляционные материалы приведены в табл. 3.7 и 3.8.

Физико-технические свойства материалов для покрытия полов

Т а б л и ц а 3.6

Примечание. * — размеры для плиток даны в мм.

Наименование характеристик	Единица измерения	Поливинилхлоридный линолеум	Релин	Поливинилхлоридные плитки
Объемная масса	г/см^3	1,2—1,9	1,1—1,2	1,9
Водопоглощение (не более)	%	1,0—1,5	1,0	1,0
Гибкость (диаметр)	ММ
Потери массы при ис­тирании (не более)	г/см^2	0,05	0,05	0,05
Твердость на приборе ТШМ-2 (не более) Размеры:	мм	0,5	1,0	0,3
ширина	мм	1200—1600	1000—1600	150; 200; 300
толщина		1,6—2,5	3,0	1,5—3,0
длина рулона	м	10—12	10—12	150; 200; 300*
Исходное сырье		Эмульсионный поли­винилхлорид; ткань, бумага, войлок	Синтетические каучуки; асбест, древесная мука, каолин, мел, отходы хлопчатобумажного волокна	Эмульсионный поливинилхлорид
Номера ГОСТ		7251—77	16914—71	16475—81

Большинство рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов изготовляют на основе смеси битума и резины с введением в нее наполнителей и добавок. При высокотем­пературной обработке смеси измельченной резины и битума происходит девулканизация резины, она приобретает свой­ства полимерного связующего, а при пластификации и на­полнении его образуется новый вид полимерного материала (изол, бризол, фольгоизол, стеклоизол). Высококачествен­ным и долговечным является гидроизоляционный материал на основе полиизобутилена, он обладает химической стой­костью, биостойкостью и эластичностью. Кровельные плитки изготовляют из изола и стеклоизола, они предназначены для покрытия кровель с уклоном 10—80° и могут укладываться на деревянные и бетонные основания.

Мастичные составы, наносимые механизированным спо­собом, имеют преимущество с точки зрения индустриали­зации строительства. Наиболее распространены полимербитумные и битумно-латексные композиции. Находят примене­ние и составы на основе битумов и резинобитумов, модифи­цированных эпоксидными, фурановыми, полистирольными и инден-кумароновыми полимерами, полихлорпреновым кау­чуком.

К числу эффективных гидроизоляционных материалов от­носятся полимерные пленки (поливинилхлоридные, полиэти­леновые, полипропиленовые, полиамидные, полиэтилентере- фталатные), армированные и неармированные.

Армируют пленки стеклотканью или синтетическими во­локнами или соединяют с основой — бумагой или тканью. Пленки можно наклеивать на изолируемые поверхности. Например, полиэтиленовую пленку к бетону приклеивают, используя резинобитумную мастику, полиизобутиленовый или эпоксидный клей. Пленки сваривают с помощью горя­чего воздуха или инфракрасного излучения или ультразвука и другими методами. Поливинилхлоридные пленки выпуска­ют самоприклеивающиеся, покрытые с одной стороны пер- хлоовиниловым клеем.

Выпускаемые в стране герметизирующие материалы (гер­метики) для строительства подразделяются на пастообраз­ные массы и готовые изделия.

Пастообразные или мастичные герметики разделяют на нетвердеющие полимерные мастики, герметики-эластомеры холодного отверждения и битумно-полимерные мастики. Гер­метики в виде готовых изделий могут быть листовыми или пленочными: лентами, полосами, прокладками, жгутами и другими материалами.

Таблица 3.7

Физико-технические свойства кровельных и гидроизоляционных материалов

				Показатели			-
Наименование материала				Теплостой­кость, °С			Размер полотнищ, мм
Средняя плотность, г,см^8	Прочность при растяжении, МПа	Относи­ тельное удлинение, %	Водоног- Лощение, %	Нижняя темпера­турная г пина, °С	Длина	Ширина	Толщина
Бризол	1,3—2,2	0,8 -1,5	75—100		1,0	-15	50,0	0,4-1,0	1,5—2,5
Фольгоизол	1,9	4-15	2-10		0,3	—30	10,0	1,0	2,0
Стеклоизол	2,3	7,0	2-10		1,0	-60	10,0	1,0	2,5
Г идроизол	1,1—1,2	0,5—0,9	18-40		8,0	—25	10,0	0,950	2.0
Пленки:
полиэтиленовые	0,90	10-15	300-400		1,5	—70	—	0,8—1,4	0,06—0,2
полипропиленовые	0,92	25—30	500—700		1,5	—20	—	0,8-1,4	0,06-0,2
поливинилхлорид­	1,35-1,43	10-15	100-300		0,15-0,2	-20	—	0,8-1,4	0,06-0,2
ные Герметики:
пороизол	0,2-0,5	—		ЬО	1—5	-50	—	—	—
УГС	1,3	],0			0,1	-50	—	—	—
гернит	0,25-0,60	0,5			5,0	-40	—	—	—
Мастики:
полиизобутиленовые	1,3-1,4	0,07			0,8	—70	—	—	—
тиоколовые	1,4-1,7	1,5—4,5	150—300			-60

Таблица 3.8

Стандарты, сырье, маркировка и области применения для кровельных гидроизоляционных полимерных материалов

Наименование материала, маркировка

Изол

ГОСТ 10296—79

Бризол (БО, БМ, БТ) ГОСТ 17176—71

Фольгоизол ГОСТ 20429—84

Стеклоизол ГОСТ 15879—70

Гидроизол (ГИ-Г, ГИ-К)

ГОСТ 7415—86

Пленки:

— полиэтиленовые ГОСТ 10354—82

— полипропиленовые

— поливинилхлоридные ГОСТ 16272—79

Исходное сырье

Битум, инден-кумароновый поли­мер, полиизобутилен, наполнители, регенерированная резина

Битум, регенерированная резина, озокерит, зеленое масло, асбест

Рифленая или гладкая алюминие­вая фольга и изол

Стеклохолст и изол

Битум, полиизобутилен, фенолфор- мальдегидная смола, тальк, асбест

Полиэтилен высокого давления

Полипропилен, фенолы

Поливинилхлорид, сланцевый пла­стификатор

Области применения

Гндроизоляция кровли

Гидроизоляция подземных соору­жений, трубопроводов и промышлен­ной кровли

Сложные кровли, экраны, гидро­изоляционные прокладки в плоти­нах, дамбах, подпорных стенках

Гидроизоляция кровли и подзем­ных сооружений

Гидроизоляция кровель, тоннелей, плотин, трубопроводов

Остекление парников, теплиц, вре­менных сооружений, гидроизоляция фундаментов, плоских и пологих по­крытий, силосных траншей, иррига­ционных каналов

Изоляция подземных сооружений, сохранение влаги в твердеющем бе­тоне

Гидроизоляция любых сооружений и труб

Герметики:

— гернит

— пороизол ГОСТ 25621—83

— уплотнитель горизонтальных сты­ков (УГС)

Мастики:

— тиоколовые У-ЗОМ, ГС-1, УТ-31, УТ-34

ГОСТ 24285—80,

ГОСТ 13489—79

— полиизобутиленовые УМС-50 ГОСТ 24064—80

Полихлоропреновый каучук

Измельченная резина, нефтяной ди­стиллят

Регенерированная резина, полиизо­бутилен, вулканизирующие агенты, порообразователь, наполнитель

Тиокол, наполнитель

Полиизобутилен, регенерированная резина, наполнитель

Герметизация вертикальных и го­ризонтальных стыков панелей на­ружных стен; зазоров между дере­вянными или металлическими окон­ными коробками и примыкающими к ним поверхностями панелей

Гидро- и пароизоляция швов кон­струкций из любых материалов

Герметизация стыков наружных панелей, зазоров между оконными и дверными блоками, заделка швов- различных конструкций

Герметики предназначены для уплотнения стыковых со­единений и должны воспринимать многократные деформации элементов конструкций, обладать высокой атмосферостой- костью, иметь хорошую адгезию к сухим и влажным по­верхностям, сохранять эластичность при низких температу­рах. Исходное сырье для изготовления герметиков и рацио­нальные области применения в строительстве приведены в табл. 3.8, а основные физико-механические свойства — в табл. 3.7. Технология уплотнения стыков с использованием каждого из герметизирующих материалов имеет свои осо­бенности. Например, рулонные герметики (полосы из стекло­ткани с нанесенным слоем мастики) приклеивают к уложен­ному в стык герметику соответствующими мастиками.

3.4. Тепло- и звукоизоляционные материалы

Тепло- и звукоизоляционными свойствами обладают пла­стмассы с ячеистой и пористой структурами, а также с гео­метрически правильными пустотами — сотами. Соответст­венно различают пенопласты, поропласты и сотопласты. Ячеистая структура может быть получена химическим, фи­зическим и механическим путем. В первом случае вспени­вание жидкого или размягченного полимера происходит вследствие термического разложения в нем газообразователей или взаимодействия компонентов с выделением газов. Во втором случае ячеистая структура образуется за счет интенсивного расширения растворенных в полимерной ком­позиции газов при изменении внешних условий. При меха­ническом пенообразовании ячеистая структура образуется вследствие интенсивного перемешивания. Ячеистая структура обычно представлена замкнутыми ячейками, наполненными газом или смесью газоз.

К пористой структуре относят систему сообщающихся ячеек или полостей, заполненных газом. Для получения га­зонаполненных пластмасс применяют термопластичные (по­листирол, поливинилхлорид, полиэтилен, полиакролонитрил) и термореактивные (фенолоформальдегидные, мочевинофор- мальдегидные, эпоксидные, полиуретановые, кремнийоргани- ческие, фурановые) полимеры. Газообразователи или вспе­нивающие вещества могут быть твердыми, жидкими и газо­образными. Физико-технические свойства, маркировка, ис­ходное сырье для получения, области применения для наи­более распространенных звуко- и теплоизоляционных мате­риалов приведены в табл. 3.9 и 3.10.

Таблица 3.9

Физико-технические свойства тепло- и звукоизоляционных материалов

Наименование характеристик	Единицы измерения	Пеиополис- тирольные	Феноло- форм аль­дегидный пенопласт	Карбамид- ные поро- пласты	Дренесно- волокнис- тые плиты	Сотоплас- ты	Стеклово­ локнистые плиты	Пенопо­ лиуретаны
Объемная масса Предел прочности:	КГ/М^3	25-60	70—200	10-25	250-400	60-90	30-200	40—350
при сжатии	МПа	0,4—3,0	0,5-2,0	0,025	—	1,2—1,4	—	0,2-3,0
при растяжении	МПа	0,6—4,2	0,7-1,5	—	—	—	—	0,12
при изгибе	»	0,7-1,8	0,8-2,6	—	0,5-2,0	—	—	0,5—0,9
Водопоглощение (не более)	%	5,0	0,3	1,1	не	нормируется	0,3
Звукопоглощение при 500 Гц		0,03- 0,2	0,25	0,46-0,69	0,08—0,15	—	—	0,9
Теплопроводность	Вт м • К X X 10^3	0,33-4,5	3,6-4,0	2,6-2,8	5-9		3-5	2-3
Температура эксплуа­тации Размеры:	°с	-60 — +70	-60 — +100	-60- +НЮ	_60 — +100	-60 — +60	-60— + 100	-60 —+60
длина	м	1,0-1,2	—	—	1,2-3,6	—	0,5—1,0	1,2—2,0
ширина	м	0,5	—	—	1,2—1,6	—	0,45-1,0	0,2-1,0
толщина	мм	45-75			4-25		30-100	10-300

Тепло- и звукоизоляционные материалы

Таблица 3.10

Наименование материала, стандарты, маркировка	Исходное сырье	Области применения
Пенополистирол (ПСБ, ПСБС), ГОСТ 15588—70	Эмульсионный полистирол	Утепление стеновых панелей, шат­ровых перекрытий большепролетных оболочек; при нанесении перфорации или рифления; эффективный звуко­изоляционный материал
Пенополиуретаны (ПУ-101, ППУ-3, ППУ-9Г, ППУ-305, ППУ-Э) ГОСТ 16381—77	Простые полиэфиры	Универсальный тепло- и звукоизо­ляционный материал. Наносят путем напыления на поверхность сложной конфигурации в закрытых и подзем­ных помещениях. Эластичные пено­полиуретаны применяют для утеп­ления полов, герметизации стыков панелей и дверных блоков как про­кладочный и амортизационный ма­териал
Фенолоформальдегидный пенопласт (ФФ, ФК-20, ФК-40, ФРП-1) ГОСТ 20916—75, ГОСТ 622546—77	Фенолоформальдегидные олигомеры	Хороший звукоизолятор, легко за­полняет любые полости строитель­ных конструкций, может быть изго­товлен на строительной площадке. Теплоизолятор для труб
Карбамидные поропласты (МФП-1, мипора) ГОСТ 16381—77	Мочевиноформальдегидные смолы	В панелях каркасного типа с де­ревянным каркасом и обшивками из асбоцементных и древесных плит. Для утепления грунтов и чердачных перекрытий

Древесно-стружечные плиты (ПС-1, ПС-3, ЭСС)

ГОСТ 16381—77, ГОСТ 10632—77

Древесно-волокнистые плиты (М-1, М-2, М-3)

ГОСТ 4598—86

Сотопласты

Стекловолокнистые плиты (ПЖЕ-175, ПЖ-200, ППС-50, ППТ-40)

ГОСТ 25288—82, ГОСТ 10499—78

Фенолоформальдегидные смолы; древесная стружка

Фенолоформальдегидные смолы; целлюлозные волокна

---

Дата добавления: 2015-08-28