СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТМАСС

Трехслойные панели

В трехслойных конструкциях нормальные усилия при изгибе вос­принимаются обшивками, а сдвигающие — обрамлением или средним слоем. Средний слой обеспечивает также функции изоляции, восприятие местных нагрузок и устойчивость сжатых обшивок. Наиболее рацио­нальное использование в трехслойных панелях свойств составляющих элементов делает эти панели предельно легкими и вместе с тем доста­точно прочными, придавая им требуемые тепло-, звуко - и гидроизоляци­онные свойства.

Зарубежный опыт и особенности применения трехслойных конст­рукций в СССР. За рубежом трехслойные конструкции нашли широкое применение: их выпускают как массовую продукцию десятки фирм в различных странах, в том числе США, Англии, Франции, Канаде, Гол­ландии, Италии, ФРГ, Бельгии. Некоторые из предприятий имеют уже сейчас многолетний опыт производства и применения трехслойных пане­лей, например американская фирма «Дери» — свыше 30 лет и француз­ская фирма «Со5^Пболее"10 лет. "Однако начало сравнительно широ­кого применения таких конструкций относится к концу 50-х годов. Испы­тания различных типов трехслойных панелей вели многие производящие их фирмы.

В 1955—1959 гг. исследования конструкций проводились Нацио­нальным центром по строительству и Экспериментальной станцией во Франции, Исследовательским центром национальной ассоциации жи­лищного строительства в США. Панели, проверенные последней органи­зацией в 1959 г., были одобрены Федеральным управлением по жилищ­ному строительству США. Разработка и экспериментальное применение
трехслойных панелей в строительстве начаты и в социалистических странах: ЧССР, ГДР, Болгарии и Польше.

Трехслойные конструкции применяются за рубежом преимущест­венно для навесных панелей наружных стен. За последние годы с при­менением таких панелей построено значительное количество зданий повышенной этажности. '{Таковы, например, 32-этажное общественное зда­ние в Лондоне (рис. 1.1) с обшивками панелей из эмалированной стали

И сведним сдоем из крафт-бумаж - ного сотопласта, заполненного вермикулитом, многоэтажное зда­ние комиссариата по атомной энергии в Париже — с обшивка­ми из стеклопластика и средним слоем из пенопласта (полисти - рольного и полиуретанового), многоэтажное административное здание в Лондоне — с обшивками из асбестоцемента и средним слоем из пенополистирола, 16- этажное здание в Лионе, здание аэропорта в Орли (Париж), 11-этажное здание в Нанси, вы­сотное— в Мейджертере.

Применяются также трех­слойные клееные панели для са­монесущих или несущих стен и плит покрытий одноэтажных зда­ний. Например, в США несколь­кими фирмами выпускаются в массовом порядке сборные одно­этажные дома заводского изго­товления, выполненные с приме­нением трехслойных панелей, ко­торые эксплуатируют как в США, так и в других странах — Брази­лии, Австралии и др. В Канаде такие дома из клееных панелей нашли широкое применение, особенно в северных районах, где трудные условия транспортировки и высокая стоимость рабочей силы делают эти дома особенно эффективными.

Некоторые фирмы выпускают в большом количестве трехслойные панели и для перегородок. Так, например, французский завод Монте производит ежемесячно 20 000 м[1] трехслойных клееных перегородочных панелей с обшивкой из листов сухой гипсовой штукатурки или асбесто­цемента и средним слоем из бумажного сотопласта. Уже к 1958 г. было установлено примерно 800 тыс м2 перегородок из этих панелей. Извест­ны примеры применения трехслойных панелей для ограждений прост­ранственных санитарно-технических кабин.

В связи с легкостью трехслойных панелей в последнее время разви­вается применение объемных блоков из них. Так, например, фирма <<Байер» (ФРГ) приступила к изготовлению объемных блоков, состав­ленных из панелей, имеющих обшивку из асбестоцемента, и утеплите­лей из фенольного пенопласта. Из таких блоков собирается целая квар­тира полезной площадью 50 м2. Эта конструкция прошла всесторонние испытания. Для одноэтажных зданий никакого каркаса не требуется, а для зданий большей высоты применяется каркас стальной или железо­
бетонный. Применение объемных блоков из трехслойных панелей также предусмотрено в проекте здания гостиницы в Нью-Йорке высотой 18 этажей. Ограждением этих блоков служат трехслойные панели толщи - ной 100 мм со средним слоем из пенополиуретана. Для внутренней об­шивки применен стеклопластик, для наружной применена плакирован­ная сталь. Блок имеет высоту на один этаж, ширину 3,4 м и длину 4—5 м. Для обеспечения необходимой жесткости такой объемный блок охватывается двумя железобетонными рамами, которые после монтажа образуют каркас здания. Соединение блоков осуществляют путем на­тяжения канатов, которые пропускают в железобетонные элементы об­рамления. Эти канаты соединяют между собой объемные блоки и обес­печивают предварительное напряжение всей конструкции в целом.

Толщина трехслойных панелей, применяемых за рубежом в каче­стве ограждающих конструкций, обычно составляет от 30 до 80 мм. Ос­новным конструктивным решением является навеска трехслойных пане­лей стен на дополнительный каркас типа фахверка, выполняемый в многоэтажных зданиях из легких штампованных стальных или алюми­ниевых профилей. Фахверк крепится к основному каркасу или к между­этажным перекрытиям.

Решение архитектурных фасадов этих зданий разнообразно. Напри­мер, в качестве основных архитектурных элементов выбирают линии основных колонн зданий и междуэтажных перекрытий, импостов и риге­лей остекления, может быть создан эффект высокой плоской стены.

В малоэтажном строительстве используются обычно деревянные каркасы и каркасы из жесткого поливинилхлорида. Иногда несколько трехслойных плит объединяют предварительно общей обвязкой в пане­ли, размером на две комнаты, высотой на два этажа. Разрезка фасада большей частью делается сравнительно мелкой, без простеночных эле­ментов, с образованием сплошного ленточного остекления. Торцы трех­слойных плит обычно входят в пазы профилей фахверка или (реже) стыкуются между собой. При проектировании стыков и узлов панелей учитывают различное температурное расширение конструкции каркаса, фахверка и самих стеновых панелей. Чаще всего применяются стяжные болтовые стыки, стыки со шпонками, накладками и внахлестку.

Для заделки стыков панелей применяют различные герметизирую­щие мастики и упругие прокладки. Из числа мастик наибольшее распро­странение получили материалы на основе тиокола и силиконовых кау - чуков. Упругие прокладки чаще всего изготовляют на основе эластичных пенопластов и резин (см. главу 3).

Имеющиеся в литературе сведения о типах обрамления и решении стыков не дают полного представления о них. Зачастую эти решения не могут быть применены для условий средней полосы в СССР вследствие возможности образования в стыках «мостиков холода». Такие конструк­ции приемлемы, видимо, тол! йо в более мягких климатических услови­ях средней полосы Западной Европы и США.

Для обшивок трехслойных панелей за рубежом применяются асбе­стоцемент, алюминий, защищенная сталь, реже стеклопластик и дре- веснослоистый пластик. В малоэтажном строительстве используются также водостойкая фанера, твердые древесноволокнистые и древесно­стружечные плиты, сухая гипсовая штукатурка, жесткий поливинилхло - рид (для перегородок) и др.

Листы асбестоцементной обшивки с наружной стороны (со стороны улицы) обычно покрывают эмалью или защищают различного рода пластмассовыми покрытиями. Внешнюю плоскость листа обрабатывают силиконами или на нее наносят тонким слоем (менее 0,5 мм) хлориро­
ванный каучук, акриловые, эпоксидные или полиуретановые смолы. Ча­сто асбестоцемент покрывают слоем стеклопластика толщиной 0,5 мм На основе полиэфирных или эпоксидных смол. Иногда предварительно полимеризованный слой стеклопластика наклеивают на асбестоцемент - ный лист. Подобной защитой часто покрывается обшивка из древесно­волокнистых плит или фанеры. Древесные плиты также защищают пу­тем наклейки алюминиевой фольги или пленки. Для наружной обшивки трехслойных конструкций применяется также стеклопластик, совмеща­ющий в этом случае и несущие и изоляционные функции. Такие панели по весу несколько легче, чем панели с обшивкой из асбестоцемента. Хо­тя они пока более дороги и менее огнестойки, быстрое развитие химиче­ской промышленности делает перспективным и их применение. Для за­щиты стали от коррозии применяются покрытия винипласта (металло­пласт— плакированная сталь), фарфоровой эмалью, водостойкими красками и другими способами. Эмалированная сталь является относи­тельно более дорогой, чем плакированная или окрашенная, но отличает­ся особо высокой стойкостью к атмосферным и другим воздействиям. Например, английская фирма «Карэн» гарантирует долговечность эма­лированной стали на сотни лет. Наибольший практический интерес представляет плакированная, а также окрашенная сталь в связи с ее от­носительной невысокой стоимостью и вместе с тем хорошими эксплуа­тационными свойствами.

В качестве среднего слоя трехслойных панелей за рубежом приме­няют пенопласты различных видов, крафт-бумажные сотопласты, про­питанные фенольной смолой и заполненные теплоизоляционным мате­риалом (например, вермикулитом), пеностекло, асбестолюкс (прессован­ная асбестовая масса, обработанная паром под давлением), пустотные древесностружечные плиты, прессованную пробку, фибролит, холо - пласт (материал коробчатого сечения из бумаги, пропитанной синтети­ческой смолой) и др. Из них наибольшее применение нашли пенопласты, изготовляемые по беспрессовой технологии, в особенности полистироль - ные.

В последние годы все большее развитие находят фенольные и поли­уретановые пенопласты.

Пенополистиролы сравнительно доступны и дешевы. По данным английской фирмы «Бекелит», полученным в 1965 г., они дешевле фе- нольных примерно в 2 раза, а полиуретановых — в 4 раза.

Пенополистиролы выпускаются сгораемыми и самозатухающими, причем в строительстве применяются преимущественно последние. Хотя самозатухающий пенополистирол несколько дороже сгораемого (по дан­ным известной фирмы «Монсанто», примерно на 10%), многие амери­канские фирмы отпускают его по той же цене, что и сгораемый, с целью стимулирования применения пенополистирола в наиболее материалоем - кой отрасли народного хозяйства — строительстве. Он применен, в част­ности, для утепления покрытия по штампованному настилу (рис. 1.2) автомобильного завода в Генке (Бельгия) площадью 150 тыс. м2.

В СССР проведены обширные исследования трехслойных панелей и начато экспериментальное строительство с их применением. На основе всесторонних исследований пластмасс с учетом фактора времени и тем - пературно-влажностных воздействий и комплекса испытаний панелей (статических, теплотехнических, температурно-влажностных, огневых и др.) составлены рекомендации по проектированию и расчету конструк­ций с применением пластмасс [113] и Указания по изготовлению таких конструкций [116] и соответствующие разделы СНиПа.

Ведущие проектные организации (Харьковский Промстройниипро-
ект, ЦНИИПромзданий, Проектстальконструкция, ГСПИ Министерства связи СССР, ЦНИЭП жилища, МИТЭП, Гипронисельхоз и др.) совмест­но с ЦНИИСК разработали чертежи трехслойных конструкций (пре­имущественно навесных панелей стен и плит кровли) для промышлен­ного, жилищного, общественного и сельскохозяйственного строительства, в том числе для наружных ограждений реальных объектов, которые уже частично осуществлены.

На основе исследований и опытного проектирования определены направления применения трехслойных конструкций в СССР. Эти на-

I — стальной лист толщиной 0,75 мм; 2 — деревянный брус 90X40 мм, при­крепленный к швеллеру винтами через I м по длине; 3 — нахлестка 400 мм; 4 — винт 50 мм; 5 — два слоя рубероида на битумной мастике с посыпкой песком; 6 — слой рубероида на битумной мастике с посыпкой песком; 7 —слой пенополистирола толщиной 19 мм и объемным весом 40 кг/см2 на точечной приклейке; 8 — стальной оцинкованный лист толщиной 1 мм; 9 — стальной настил из штампованных оцинкованных листов на точечной сварке; высота профиля 38 мм; 10 — слой крупного песка, покрывающий битумную покраску;

II — стеновые листы из волнистой стали толщиной 0,75 мм; листы оцинкованы

С обеих сторон, снаружи — цветная покраска

Правления несколько отличаются от принятых за рубежом. Трехслой­ные панели применяют за рубежом главным образом для жилых домов, у нас такие панели используют и в ограждениях стен и кровли промыш­ленных зданий.

В условиях СССР с его обширными территориями применение лег­ких и высокотранспортабельных трехслойных панелей представляет осо­бый интерес преимущественно для отдаленных районов, в связи с рацио­нальностью доставки их из промышленно-развитых районов при суще­ственной экономии на транспортных расходах.

Несомненно перспективным является также применение легких трехслойных плит в покрытиях промышленных зданий по металличе­ским фермам, применение которых в последние годы быстро разви­вается.

Навесные стеновые трехслойные панели помимо промышленного строительства разрабатываются у нас главным образом для много-

2*
Этажных жилых и общественных зданий и особенно зданий повышен­ной этажности, где наиболее эффективно сказывается легкость панелей.

Хотя обшивка из древесных плит в СССР относительно недефицит­на, трудно рассчитывать на широкое применение пенопластов для обыч­ных малоэтажных зданий. Однако применение их несомненно перспек­тивно уже сейчас в специальных случаях, например для жилых посел­ков в отдаленных районах, для инвентарных зданий и т. п.

Иное, чем за рубежом, направление появилось и в практике отече­ственного проектирования и строительства с применением легких пане­лей. Максимальное укрупнение конструкций; привязка разработанных панелей к существующему сравнительно крупному шагу несущих кон­струкций (для промышленных зданий 6—12 м); применение относитель­но толстых панелей (в связи с более суровыми климатическими условия­ми и большим пролетом); осторожное отношение ко всякого рода сквоз­ным теплопроводным включениям, образующим «тепловые мостики» в панели, — вот тенденции, о которых можно говорить.

Следует, однако, отметить, что по сравнению с простыми «сэндви­чами» небольшой толщины, преимущественно применяемыми за рубе­жом, крупноразмерные трехслойные панели с обрамлением имеют ряд серьезных недостатков. Технология изготовления панелей усложнена в связи с наличием обрамления и большей их толщиной; в обшивках возникают сравнительно большие напряжения, затрудняющие примене­ние таких относительно доступных, но менее прочных материалов, как асбестоцементы. Повышается расход материалов и стоимость панелей.

В связи с этим применительно к массовому строительству, где не предъявляются столь высокие, как на Севере, требования к теплотехни­ческим свойствам ограждений и повышенной их транспортабельности, разрабатывались панели небольшой толщины (в ряде случаев без об­рамления), более экономичные и простые в изготовлении.

Материалы для трехслойных конструкций[2]. Для трехслойных кон­струкций применяются два основных вида материалов: для_£реднего Слоя — материалы (^нопласты, сотопласты и др.), обладающими высо­кими теплоизоляционными показателями и достаточной прочностью, не­обходимой для восприятий усилий сдвига, отдира и т. п.; для обшивок и обрамления — материалы (асбестоцемент, алюминий, фанера, стекло­пластики др.) относительно высокопрочные, воспринимающие основные нормальные, а часто и сдвигающие усилия.

Основным материалом, влияющим на долговечность трехслойных панелей, являются также клеи, которые подробно рассматривают­ся ниже.

В качестве среднего слоя трехслойных панелей в СССР применя­ются преимущественно пенопласты. беспрессового изготовления, пено­стекло'и "реже сотопласты. Особый интерес представляют пенопласты, обладающие легкостью и соответственно высокими теплотехническими свойствами. Так, по теплоизоляционной способности 2,5-сантиметровые пенополистиролы эквивалентны 60-сантиметровым кирпичным, 18-санти­метровым пенобетонным, 15-сантиметровым древесным и 8-сантиметро­вым древесноволокнистым изоляционным плитам. Меньший объемный вес пенопластов обусловливает вместе с тем низкий расход синтетиче­ских материалов на единицу продукции.

К важным преимуществам пенопластов относится и сравнительно достаточная их прочность (при объемном весе более 30—50 кг/м3), и высокая водостойкость.

Рспективы для применения в строительстве ближайших лет имеют додисхирольные и Фенольные пЕнопласта. С точки зрения прочности и технико-экономических показателей наиболее приемлем пе-^ нополИстиРол (стиропор), представляющий собой мелкоячеистые сфери­ческие частицы, сплавленные в гомогенную массу. Объем плотного ма­териала — полимера, в зависимости от объемного веса пенопласта, со­ставляет от 1,5 до 6%, объем открытых пор и пустот между частицами— 3—6%. Пенополистирол может быть получен любого объемного веса от 18 до 200 кг/м3, но для строительных трехслойных конструкций он при­меняется преимущественно с объемным весом 40—GOjce/M^.

Благодаря наличию в основном закрытых пор пенополистирол об­ладает минимальным водопоглощением. По данным основного произво­дителя этого материала (фирмы БАСФ в ФРГ), было установлено, что при непрерывном выдерживании в воде в течение 150 суток величина объемного водопоглощения пенополистирол а составила около 2%, при­чем нарастание водопоглощения прекратилось через 8—10 суток. За 8 лет эксплуатации под водой пенополистирол не претерпел изменений в отношении поглощения влаги и не потерял плавучести. По данным американской фирмы «Дау Кемикаль», накопление влаги в пенополи - стироле после 20 лет его эксплуатации в самых жестких условиях не превышало 25% [62].

Данные ВНИИНСМ [14] показали хотя и небольшое, но относи­тельно повышенное водопоглощение отечественного полистирола, что, очевидно, связано с нестандартным качеством сырья.

Пенополистирол обладает теплостойкостью пониженной, но доста­точной для работы строительных конструкций в условиях эксплуатации. Так, по данным фирмы БАСФ, при прогреве в течение 8 недель при тем­пературе 75° С размеры пенополистирола остались без изменения. При­мерно такие же результаты были получены в ВНИИНСМ и в НИИ Мос - строя. Даже в случае прогрева в течение 16 ч при температуре 85° С величина объемной усадки не превысила 0,5% [74].

Серьезный недостаток пенополистирола — его горючесть; поэтому в строительстве преимущественное применение находит самозатухаю­щий пенополистирол, куда введены огнезащитные добавки, дающие, впрочем, ограниченный эффект.

В связи с ограничениями противопожарных норм плиточный пено­полистирол применялся пока в строительстве, в первую очередь для утепления ограждений из железобетонных элементов. Однако наиболее эффективно применение плиточного полистирола для создания легких ограждений, особенно для совмещенных покрытий по металлическим фермам, которые сейчас все шире применяются вместо железобетонных.

Примером такого ограждения может служить покрытие Волжского автомобильного завода в г. Тольятти в виде стального оцинкованного штампованного настила с теплоизоляционным слоем из плиточного пе­нополистирола с средним объемным весом 35 кг/м3 и трехслойным ру­лонным ковром по нему (рис. 1—3). Принципиально возможно также устройство штампованного настила с припененным (приклеенным) к нему пенопластом (см. главу 7). В таком решении снижаются требо­вания к защите от коррозии поверхности стального настила и повышает­ся его жесткость. Однако оно более трудоемко и требует организации специального производства.

Наибольший интерес представляет применение пенополистирола в
трехслойных панелях, где используются одновременно его конструктив­ные и теплоизоляционные свойства. При изготовлении этих конструк­ций, особенно в отдаленных районах, целесообразно производить вспе­нивание полистирола на месте изготовления непосредственно в полости панелей, что уменьшает трудоемкость их изготовления и повышает ка­чество, дает большую экономию транспортных расходов, позволяет све­сти к минимуму отходы столь ценного материала.

Применение такого способа требует специального оборудования, которое было разработано в ЦНИИСК и уже частично испытано (см. главу 7).

/ — стальной штампованный настил; 2 — пенопласт марки ПСБс толщиной 50 мм; 3 — стальная стропильная ферма; 4 — железобетонная каркасная плита; 5 — стена; 6 — рулонный ковер с защитным слоем из гравия

В основном же трехслойные конструкции изготовлялись до настоя­щего времени из плиточного пенопласта беспрессового изготовления ма­рок ПС-Б и ПС-Бс. Пенополистиролы прессового изготовления (марок ПС-1 и ПС-4), обладающие сравнительно высокой прочностью, нашли лишь весьма ограниченное применение в строительстве из-за относитель­ной дефицитности и высокой стоимости. Значительно лучшими огнеза­щитными свойствами, чем пенополистирол, обладает фенольный пено­пласт. Имеется ряд способов его изготовления, отличающихся как по составу, так и по характеру термообработки, но во всех случаях основ­ным его компонентом являются фенольные смолы.

В СССР в основном применяется фенольный пенопласт марки ФРП, изготовляемый из фенольной смолы и отвердителя (ВаГ-3). Серьезным преимуществом фенольного пенопласта наряду с огнестойкостью яв­ляется также повышенная теплостойкость, широкая сырьевая база и относительная простота технологического процесса. В отличие от поли - стирольного пенопласта он не требует подогрева при изготовлении, ко­торое в данном случае происходит за счет химической реакции при сме­шивании исходных компонентов.

Основные недостатюгд-фенольного пенопласта — хрупкость и повы­шенное водопоглощение. По этим и некоторым другим показателям он существенно уступает пенополистиролу. В связи с указанными недос­татками фенольный пенопласт применяется преимущественно в стено­вых панелях с толстыми асбестоцементными обшивками, где отдираю­щие усилия сравнительно невелики. Для возможности применения фе - нольного пенопласта в кровельных панелях, в том числе с тонкими обшивками (из металла и др.), нами был осуществлен ряд конструктив­ных мероприятий (предварительное напряжение и др.), которые позво­лили в значительной степени локализовать его недостатки (см. главу б).

Пенополиуретаны (жесткие) представляют собой лучший вид бес­прессового пенопласта из применяемых в качестве среднего слоя трех­слойных панелей. Они сочетают большинство достоинств других видов пенопластов. По сравнению с пенополистиролами они обладают боль­шей простотой технологии изготовления (заливочные композиции) и бо­лее высокой теплостойкостью. Вместе с тем они имеют сравнительно высокую (близкую к полистиролу) прочность и не являются хрупкими. Существенное достоинство пенополиуретана — высокая адгезия к боль­шинству материалов (в том числе к металлам), благодаря чему он ча­сто применяется в трехслойных панелях без дополнительных клеящих веществ. Пенополиуретан изготовляется путем перемешивания (без по­догрева) исходных компонентов: дилзоционатов и полиэфиров или ал - гидных смол.

Недостатки пенополиуретана — его пока еще высокая стоимость и дефицитность. Кроме того, пенополиуретан горит, в связи с чем в не­го вводятся различные добавки. Пенополиуретан нашел в трехслойных панелях сравнительно ограниченное применение, тем не менее имеется явная тенденция к быстрому его росту (особенно в США[3]). В СССР жесткий пенополиуретан для трехслойных строительных панелей пока не применяется из-за его дефицитности и высокой стоимости. Перспек­тивы его развития на ближайшие годы также ограничены. Владимир­ским институтом синтетических смол (ВНИИСС) разработан жесткий пенополиуретан, твердеющий после заливки в полости конструкций. Объемный вес его колеблется в пределах 45—180 кг/м6.

Предварительные испытания этого пенопласта дали хорошие ре­зультаты, хотя и выявили, что по ряду показателей он уступает зару­бежным образцам.

Учитывая высокие достоинства пенополиуретана, необходимо фор­сировать работы по расширению его производства и добиваться сниже­ния стоимости.

Пенополивинилхлорид изготовляется обычно прессовым методом; есть и беспрессовые методы. В его состав входят: поливинилхлоридная смола, пластификатор, стабилизатор и поверхностно-активное вещест­во. Объемный вес пенополивинилхлорида колеблется в значительных пределах — от 50 до 300 кг/м3 и более. Производство его организовано в США, ФРГ, Англии, Франции и других странах. Применение его в строительстве невелико, несмотря на повышенную огнестойкость и от­носительно высокие физико-механические свойства. Это объясняется его дороговизной и сложностью технологии.

В СССР пенополивинилхлорид многие годы выпускался лишь прес­сового изготовления (марки ПХВ). Он имеет относительно большой объ­емный вес — 100 кг/м3 и более. Известную перспективу для строитель­ства представляет поливинилхлоридный пенопласт беспрессового изго­товления марки ПВ-1, значительно более дешевый, чем пенопласт мар­ки ПХВ, и имеющий меньший объемный вес — 50—60 кг/м3 (соответст­вующее значение для ПХВ — 100 кг/мг) при высоких физико-механиче­ских показателях. Однако он выпускается пока в ограниченном количестве и огнестойкость его меньше, чем пенопласта марки ПХВ.

Сотопласты — пластмассы с регулярно повторяющимися пустотами, имеющими в поперечнике форму, близкую к шестиграннику, что прида­ет им вид пчелиных сот. Расстояние между параллельными сторонами шестигранника сотовой ячейки обычно равно 12 мм. Для строительства применяют преимущественно сотопласты из крафт-бумаги, пропитан­ные фенольными или мочевинными смолами и антипиренами.

Сотопласты, пропитанные мочевинными смолами, отличаются хруп­костью и значительно уступают в этом отношении сотопластам на ос­нове фенольных смол, нашедшим преимущественное применение за ру­бежом в качестве среднего слоя трехслойных конструкций. Как пока­зали исследования, прочность сотопластов на фенольных смолах примерно в два раза выше, чем на мочевинных.

Основным достоинством сотопластов по сравнению с пенопластами является повышенная прочность (см. ниже) и относительно большая ог­нестойкость. Однако для получения теплоизоляционных свойств сото­пласты следует заполнять эффективными теплоизоляторами (феноль - ным пенопластом, вермикулитом и др.)- Производство трехслойных па­нелей с средним слоем из сотопласта организовано во Франции, США и других странах.

В СССР сотопласт изготовляется пока в опытном порядке в г. Куй­бышеве[4] в качестве среднего слоя для панелей, кровли и стен сборно - разборных зданий. Технология изготовления сотопласта разработана НИИ пластмасс, ВНИИКерамзит и СКВ Строммашина.

Сотопласт — перспективный материал для среднего слоя трехслой­ных конструкций. Организация производства таких панелей требует прежде всего наладки массового выпуска сотопласта требуемого качест­ва и достаточно экономичного в первую очередь на основе крафт-бума­ги и фенольных смол.

Пеностекло — один из немногих неорганических материалов, на­шедших довольно широкое применение в качестве среднего слоя трех­слойных панелей. Это объясняется сравнительно малым (для неоргани­ческого материала) его объемным весом (7 = 200 кг/мг) и удовлетвори­тельными теплотехническими свойствами (Я = 0,08^-0,09), в связи с чем такие панели в 3—5 раз легче керамзитобетонных.

Пеностекло значительно уступает пенопластам по весовым и тепло­техническим показателям (для пенопласта 7 = 40-^60 кг/м'6, X =0,03 - т - н - 0,04), по механическим и технологическим свойствам (хрупкость, труднообрабатываемость); поэтому его нельзя рассматривать как перспективный материал в качестве среднего слоя трехслойных па­нелей.

В качестве наружных обшивок трехслойных панелей в СССР при­меняют преимущественно асбестоцемент и алюминий, реже — стема - лит и стеклопластик, а для панелей облегченных зданий (малоэтажных жилых, сельскохозяйственных и т. п.) и перегородок — также и древес­ные плиты (фанеру, древесноволокнистые и древесностружечные пли­ты), защищенные от увлажнения (см. гл. 3). Стемалит обычно приме­няют для наружной обшивки в зданиях повышенной капитальности при высоких архитектурных требованиях. Для внутренних обшивок стен и перегородок применяют также сухую гипсовую штукатурку.

Панели с асбестоцементной обшивкой сравнительно наиболее деше­вы и обладают повышенной огнестойкостью. Однако в связи с хрупко­стью и относительно невысокой прочностью они могут применяться пре­имущественно в ограждениях стен, а также в качестве плит кровли про­летом до 3 м. Серьезно тормозит применение таких панелей, особенно в гражданском строительстве, отсутствие достаточно эффективного от­делочного слоя. В связи с этим в ряде капитальных зданий Москвы при­меняют дополнительный отделочный слой (на относе) из стемалита или алюминия (см. главу 4). Целесообразнее совмещение отделочного слоя с наружной обшивкой. Как указывалось, для этой цели за рубежом при­меняют асбестоцемент, покрытый стеклопластиком, защищенную сталь, алюминий.

Наша страна занимает первое место в мире по выпуску асбестоце - ментных изделий и запасам асбеста. Объем выпуска асбестоцемента в ближайшей перспективе должен еще более возрасти. Пятилетним планом народного хозяйства на 1966—1970 гг. предусмотрено достигнуть в 1970 г. производства листовых асбестоцементных изделий в объеме 6,8 млрд. условных плиток, или 7360 тыс. г, что в 2,3 раза превышает уровень 1958 г. В 1941 г. наша промышленность выпускала преиму­щественно мелкоразмерные волнистые листы и прессованные плитки; в послевоенные годы начато было производство крупноразмерных вол­нистых и плоских листов, полых и лотковых плит для покрытий промыш­ленных зданий.

Для трехслойных конструкций основной интерес представляют круп­норазмерные плоские асбестоцементные листы. Действующие листофор - мовочные машины позволяют пока получать асбестоцементные непрес­сованные листы размером 5X1,5 м и толщиной 6—10 мм. В опытном порядке выпускаются также листы длиной до 6 м.

В ближайшей перспективе планируется организация производства на комбинате Главмоспромстройматериалы на ст. Железнодорожная близ Москвы крупноразмерных прессованных листов и трехслойных па­нелей на их основе (в том числе сэндвичей), для чего закуплено специ­альное оборудование.

К недостаткам асбестоцемента относится прежде всего его хруп­кость, определяемая малой удельной вязкостью (1,5 кГсм/см2), слабая работа при растяжении и значительные деформации при высыхании и увлажнении. Покрытие асбестоцемента стеклопластиком существенно улучшает его физико-механические свойства [115].

Алюминиевые сплавы в настоящее время еще дефицитны, но объем их производства в нашей стране быстро возрастает (с 1958 по 1965 г. он вырос примерно в 3 раза), что определило расширение применения алю­миния в ряде отраслей, в том числе и в строительстве. Целесообразность применения алюминия для обшивок трехслойных конструкций, прежде всего в отдаленных районах, определяется прежде всего его высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

Алюминий несгораем, легко обрабатывается, имеет меньший, чем сталь, объемный вес (7=2,7 г/см3) и хороший внешний вид, так что до­полнительной отделки лицевых поверхностей часто не требуется. Стои­мость пока высока, модуль упругости его примерно в три раза мень­ший, чем у стали, и в два раза больший, чем у стали, коэффициент ли­нейного расширения.

Учитывая, что напряжения в обшивках трехслойных конструкций обычно невысоки (300—400 кГ/см2), следует применять для них пре­имущественно отожженные и полунагартованные сплавы типа АМц и АМг, а также термически упрочняемые сплавы типа авиаль АВ-Г, АД31-Т, сравнительно дешевые и обладающие повышенной коррозион­ной стойкостью. Однако для предварительно напряженных плоских па­нелей (см. главу 6), где напряжения растяжения могут достигать зна­чительных величин, должны в ряде случаев применяться и сплавы по­вышенной прочности типа АД-ЗЗ-Т-1.

Повышенная деформативность алюминия затрудняет устройство стыковых соединений панелей (см. ниже) и вызывает дополнительные напряжения в клеевых швах под влиянием температурных воздействий.

С этой точки зрения целесообразнее применять защищенную сталь (плакированную винипластом или покрытую водостойкими красками), особенно учитывая еще ее меньшую стоимость и повышенные механиче­ские свойства по сравнению с алюминием. В соответствии с решениями руководящих организаций развернуто широкое производство защищен­ной стали; в частности, на металлургическом заводе «Запорожсталь» — плакированной стали. Предварительные результаты испытаний первых образцов металла, проведенных в НИИЧермет и ЦНИИС, положитель­ные (см. главу 3).

В качестве обшивок трехслойных панелей малоэтажных зданий можно также применять древесные плиты (в первую очередь водостой­кую фанеру), производство которых быстро развивается (см. главу 3).

Основные типы клееных трехслойных панелей. Схемы, размеры и другие данные по трехслойным панелям для промышленного, граждан­ского, сельскохозяйственного и других видов строительства приведены в табл. 3[5]. Они разделяются на две группы — с металлическими (алю­миний, защищенная сталь) и неметаллическими (асбестоцемент, фанера, стеклопластик и др.) обшивками. В качестве среднего слоя панелей применяется главным образом пенопласт, реже сотопласт.

Трехслойные панели с обшивками из металла представляют наи­больший интерес для промышленного строительства, особенно в покры­тиях по металлическим фермам. Важнейшим их преимуществом, особо существенным для нашей страны с относительно суровым климатом, яв­ляется возможность устройства, безрулонной кровли. В связи с их не­большим весом значительно облегчаются несущий каркас зданий, а также расходы на их транспортировку и монтаж.

С учетом облегчения каркаса стоимость плит кровли с обшивкой из защищенной стали ниже стоимости железобетонных плит, приближаясь к стоимости плит с обшивкой из асбестоцемента (см. главу 8). Благо­даря всем этим достоинствам плиты с обшивками из защищенной стали должны явиться, по нашему мнению, одним из основных решений кро­вельных ограждений по металлическим фермам.

Плиты с алюминиевыми обшивками значительно дороже плит со стальными обшивками и железобетонных плит (см. главу 8). Тем не менее для отдаленных и северных районов применение их (для кровли и стен) выгодно: они исключительно легки, очень транспортабельны, монтаж их относительно прост. Трехслойные панели с металлическими обшивками устраивают с обрамлением для получения полноценного стыка. В стеновых же панелях обрамление может отсутствовать (см. главу 4).

Наиболее удобны в транспортировке и монтаже панели повышен­ной толщины с обрамлением (тип 4, табл. 1). Такие панели дороги,

И применяются они для ограждения стен и кровли преимущественно в отдаленных и северных районах.

Для строительства же в центральных районах разработаны трех­слойные панели небольшой толщины (40—60 мм), работающие обычно при пролете до 3 м. В стеновых ограждениях эти панели (тип 1, табл. 1) прикрепляются непосредственно к стойкам фахверка[6] или предварительно собираются в укрупненную панель, усиленную сталь­ным каркасом (тип 1,6).

В кровельных ограждениях они применяются в виде тонких плит, с обрамлением по контуру, опертых на прогоны (тип 2), или укрупнен­ных плит (тип 3). Основная трехслойная часть укрупненных плит гото­вится предварительно и прикрепляется к стальному каркасу на болтах. Опирание каждой ее ячейки производится по четырем сторонам.

Укрупненные плиты типа 3 размерами ЗхбиЗхЗж подкрепляются гнутыми профилями, а 3x12 м — прутковыми прогонами. Плита 3x3 м Предназначена в основном для висячих покрытий. В панелях типа 3 трехслойный пакет работает в более благоприятных условиях (опира­ние на четыре стороны), чем в панелях типа 2.

К преимуществам укрупненных плит относится также возможность укладывать их непосредственно по фермам. Однако они требуют не­сколько большего расхода стали и дороже, чем панели типа 2, уклады­ваемые по прогонам (см. главу 8). Основное преимущество послед­них — простота и минимальное количество стыков поперек ската или даже их отсутствие таковых (при укладке панелей вдоль ската зданий ограниченной ширины).

Панели типа 2, а иногда и типа 3 могут применяться и для отда­ленных, северных районов с укладкой их на прогоны с шагом 3 м. При этом для повышения транспортабельности можно уменьшить их ши­рину, а для улучшения теплотехнических свойств — увеличить толщину.

Путем стыкования плит типов 2 и 4 по длине и ширине могут быть созданы пространственные конструкции (своды, складки, оболочки) пролетом 12 м и более (см. ниже раздел 4 настоящей главы). Для этой цели в перечне конструкций (табл. 1) предусмотрены трехслойные бло­ки криволинейного очертания с металлическими обшивками (тип 6), из которых могут возводиться своды и цилиндрические оболочки.

Исследования и проектные разработки этих конструкций проводи­лись с применением среднего слоя из пенополистирола и частично пе- нополивинилхлорида (марки ПХВ и ПВ-1). Для этой цели может прин­ципиально применяться и пенополиуретан, но практически он для строи­тельства пока недоступен.

Применение в указанных конструкциях относительно доступного фенольного пенопласта, обладающего к тому же повышенной огнестой­костью, затруднено из-за повышенной хрупкости этого материала и по­ниженной его прочности на растяжение. В связи с этим разрабатыва­лись предварительно напряженные конструкции, где пенопласт рабо­тает на сжатие (см. главу 6).

Применение этих конструкций, хотя бы и несколько более слож­ных, чем указанные, представляет интерес при использовании не толь­ко фенольного, но и других видов пенопластов, если учесть повышен­ную их надежность, связанную со спецификой работы клеевых швов в этих конструкциях (преимущественно на сжатие).

Основные типы клееных трехслойных панелей для

I. Панели с металлической обшивкой

Простейшие панели без обрамления (сэндвичи) и конструкции на их основе а) Навесные стено­вые панели с обшивкой 1 из металлических ли­стов и средним слоем 2 Из пенопласта или сото­пласта

Б) Навесные стено­вые панели с обшивкой 1 из металлических ли­стов и средним слоем 2 Или пенопласта или со­топласта и ребрами из стальных гнутых про­филей 3

Плиты покрытий с обшив­кой из металлических ли­стов 1 средним слоем 2 из пенопласта (сотопласта) и швеллерообразным обрам­лением 3, опертые по двум сторонам вдоль или поперек пролета

То же, опертые по четы­рем сторонам:

А) Плиты покрытий мембранного типа с об­шивкой из металличес­ких листов, средним слоем из пенопласта и ребрами из стальных профилей

Б) Плиты покрытий с обшивкой 1 из металли­ческих листов, средним слоем 2 из пенопласта, швеллерообразным об­рамлением 3 и ребрами 4 из стальных профилей

Наименование и краткая характеристика панели

1

А) Плиты покрытий или навесные стеновые панели с обшивкой 1 из плоских листов асбесто­цемента, средним сло­ем 2 из пенопласта, со­топласта или пеностек­ла, обрамлением из ас­бестоцемента 3 или без обрамления

Б) Укрупненные пли­ты покрытий из трех­слойных панелей /, с обшивкой из асбесто­цемента, средним слоем из пенопласта или сото­пласта и ребрами из стальных гнутых про­филей 2

В) Укрупненные пли­ты покрытий из трех­слойных панелей 1 с об­шивкой из асбестоце­мента, средним слоем из пенопласта и ребра­ми в виде стальных прутковых прогонов 2

Г) Стеновые панели с обшивкой из асбесто­цемента 1, средним сло­ем 2 из пенопласта или сотопласта и ребрами 3 из стальных гнутых профилей

Д) Навесные стено­вые панели, состоящие из несущей и обрамляю­щей рамы 5, выполнен­ной из стальных (или алюминиевых) профи­лей или древесины, и заполняющих ее окон­ных блоков 4 и глухих трехслойных простен­ков 3 с обшивкой из асбестоцемента 1 и сред­ним слоем 2 из пено­пласта, сотопласта, пе­ностекла

Навесные стеновые па­нели длиной до б ж с об­шивкой 1 из асбестоцемента, средним слоем 2 из пено­пласта или сотопласта и об­рамлением из асбестоце - ментных профилей 3

Б. Для малоэтажных Жилых И облегченных сельскохозяйствен­ных зданий с обшивками из древесных плит или стеклопластика

Навесные стеновые пане­ли с обшивкой 1 из древес­ных плит или стеклопласти­ка, средним слоем 2 из пе­нопласта (сотопласта) и об­рамлением 3 из деревянных брусков

Из ограждений с металлической обшивкой следует отметить плиты подвесных потолков для цехов точного приборостроения радиотехниче­ской и тому подобной промышленности (тип 5). Они отличаются высо­кой жесткостью и экономичностью. В качестве среднего слоя этих па­нелей применяются древесноволокнистые плиты (решетки из древесно­волокнистых плит), пенопласт и сотопласт.

Панели с неметаллическими обшивками (асбестоцемент, а также древесные плиты и стеклопластик и др.) применяются как в граждан­ском, так и в промышленном строительстве. В качестве среднего слоя этих конструкций применяют пенопласт, пеностекло (только для стен) и сотопласт. Область применения плит кровли — преимущественно про­мышленное строительство, а панелей стен — гражданское и промыш­ленное строительство. Асбестоцементные плиты кровли покрываются рулонным ковром.

Панели пролетом 3 м небольшой толщины (тип 7, а) применяются в качестве плит покрытий с прогонной системой или панелей стен по ригелям. Они устраиваются с обрамлением из асбестоцемента или без него (см. главу 4). Преимущественно применяются панели с обрамле­нием, обладающие повышенной огнестойкостью, а также позволяющие применить менее прочные виды среднего слоя.

Панели без обрамления (сэндвичи) могут применяться в менее напряженных частях зданий, например в стеновых панелях, а также в качестве элементов укрупненных плит покрытий пролетом 6 и 12 м (типы 7, б, в) или укрупненных панелей стен промышленных (тип 7, г) или гражданских (тип 7, д, е) зданий.

Определенный интерес представляет использование в гражданском и промышленном строительстве стеновых панелей пролетом 6 м с ас - бестоцементной обшивкой и обрамлением (тип 8). Они имеют повышен­ную толщину и требуют несколько большего расхода пенопласта, но сравнительно просты и не требуют расхода металла. Обрамление в этих панелях пролетом 6 м имеет швеллерообразное очертание; в па­нелях же пролетом 3 м, где устройство швеллерообразных профилей не всегда возможно из-за небольшой толщины панелей, помимо швеллеро­образных применяются также зетообразные профили. При этом могут быть использованы обрезки волнистых листов. Соединение асбестоце - ментных листов со средним слоем осуществляется на клею, а с обрам­лением — на клееметаллических креплениях.

Панели с обшивкой из древесных плит (типы 9—11), в первую оче­редь из водостойкой фанеры, представляют несомненный интерес для малоэтажного, жилого, облегченного сельскохозяйственного строитель­ства, инвентарных сборно-разборных зданий, перегородок и т. п. Для этой цели может также в отдельных случаях применяться и стеклопла­стик. Обшивки из древесных плит должны быть защищены от увлаж­нения, например путем окраски или оклейки фольгой (см. главу 3).

Трехслойные панели применены в опытном строительстве для про­мышленных и гражданских зданий. Должны быть прежде всего отме­чены трехслойные плиты кровли и панели стен из алюминия и пенопла­ста, примененные для наружных ограждений обогатительной фабрики (рис. 1.4) в Якутии по проекту ГПИ Проектстальконструкция и техни­ческих зданий связи в северных районах по проекту ГСПИ Министер­ства связи (рис. 1.5 и 1.6). Подобные же панели (по проекту Ленин­градского отделения ГПИ Проектстальконструкция) были применены для покрытия телескопического купола в Тбилиси.

Общая площадь установленных в указанных зданиях панелей пре­вышает 300 тыс. м2.

На основании успешного в целом1 опыта намечается применение трехслойных панелей из алюминия и пенопласта для других объектов, из которых следует отметить здания для приискового строительства, ограждения обогатительной фабрики в районе «Удачное», покрытие тен­нисного корта в Харькове и др. (см. главу 4).

Трехслойные панели со средним слоем из пе­ностекла, с наружными обшивками из стемалита и внутренними обшивка­ми из асбестоцемента или стемалита применены для наружных стеновых ог­раждений 2-го Московско­го часового завода (рис. 1.12). Такое решение, где отделочный слой (стема - лит) является одновре­менно обшивкой, наибо­лее экономично, но при этом возникают повышен­ные требования к жестко­сти конструкции панели, которая непосредственно подвергается температур­ным воздействиям.

В этих конструкциях плиты кров­ли воспринимают лишь местные на­грузки в пределах своего пролета. За­служивают внимания попытки исполь­зовать эти панели в работе на основ­ные нагрузки в качестве верхнего сжа­того пояса комбинированной фермы - панели. Такая конструкция пролетом 18 м была разработана Всесоюзным институтом легких сплавов — ВИЛС и применена для покрытия спортивного зала (рис. 1.7) под Москвой.

Трехслойные навесные стеновые клееные панели также применены в Москве в качестве подоконных вста­вок зданий повышенной капитально­сти — гостиницы «Россия» (рис. 1.8), административного здания Гидропро­екта (рис. 1.9), здания СЭВ (рис. 1.10) и здания ЦК КПСС (рис. 1.11). Они имели асбестоцементные обшивки, а на относе устанавливался декоратив­но-защитный слой из стемалита или гофрированного алюминия. В качестве среднего слоя этих панелей применя­ли пеностекло или фенольный пено­пласт. Последний был использован лишь в здании СЭВ и на небольшом участке в здании ЦК.

Панели для здания СЭВ изготов­лялись в Польской Народной Респуб­лике, а для здания ЦК — в ЦНИИСК с применением заливочной компози­ции ФРП.

Опыт показал, что панели с фенольным пенопластом (ФРП) значи­тельно проще в изготовлении и дешевле, чем с пеностеклом.

В настоящее время ведется подготовка к применению панелей с фе­нольным пенопластом в стеновых ограждениях 13-этажного здания научно-технического информационного центра ГНТК в Москве, а также некоторых промышленных объектов.

Трехслойные панели подвесных потолков со средним слоем из дре­весноволокнистых сот (решеток) применены в производстве (рис. 1.13). По сравнению с аналогами (рис. 1,13, г) такая конструкция требует в 5 раз меньше алюминия и примерно на 40% дешевле.

Изготовление панелей с металлической обшивкой для указанных зданий производилось под Москвой (на Карачаровском и Талдомском

3 А. Б. Губенко

Заводах), в Иркутске и других городах. К сожалению, производство этих панелей было недостаточно механизировано, а для средних слоев применялись менее эффективные виды пенопласта блочного типа (ПХВ, поролон, ПСБ), сравнительно дорогие и малотранспортабельные.

Как показали испытания и подсчеты, применение новой техноло­гии, разработанной ЦНИИСК, со вспениванием пенопласта непосред­ственно внутри панели, с одновременным его припениванием к обшив­кам (см. главу 7) позволяет значительно удешевить стоимость панелей и повысить их качество. Эта технология уже успешно опробована на полузаводской установке в ЦНИИСК и принята за основу при органи­зации производства трехслойных панелей из алюминия и пенопласта В Магадане, Братске и др.

Значительно хуже обстоит с изготовлением трехслойных панелей из асбестоцемента и пенопласта. Они изготовлялись под Москвой (г. Же­лезнодорожный и ст. Кучино) и в Саратове в полукустарных условиях и с минимальной механизацией. Внедрение в производство разработан­ных в ЦНИИСК механизированных процессов (см. главу 7) позволит значительно снизить стоимость панелей и повысить их качество.