СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛАСТМАСС

Виды материалов и их характеристики

Материалы для среднего слоя трехслойных конструкций. Для сред­него слоя трехслойных конструкций применяются в основном пенопла­сты различных видов, а также сотопласты.

Краткое описание этих материалов дано в главе 1. Ниже мы не­сколько подробнее останавливаемся на полистирольных и фенольных пенопластах беспрессового изготовления, имеющих наибольшие перс­пективы развития в ближайшие годы.

Беспрессовый полистирольный пенопласт изготовляется за рубе­жом двумя основными способами: экструзионным, т. е. вспениванием полистирола непосредственно из расплава, разработанным американ­ской фирмой «Дау Кэмикл» (продукт имеет торговое название «стиро - фоум»), и вспениванием полистирола из гранул, содержащих парообра­зователь фирмы «Бадише Анилин унд Сода Фабрик» (БАСФ) в Люд - вигсхафене, ФРГ (продукт имеет торговое название «стиропор»).

Пенопласт типа «стирофоум» имеет более высокие физико-механи­ческие показатели, чем пенопласт, изготовляемый из гранул (большая прочность на растяжение, сжатие, изгиб и срез, более высокий модуль упругости, меньшие водопоглощение и паропроницаемость), и относи­тельно прост в изготовлении. Однако он нашел сравнительно меньшее распространение в строительстве, чем «стиропор», главным образом из - за больших отходов, которые получаются при механической обработке непрерывно выходящего из реактора блока круглого сечения, а также из-за невозможности изготовления этим способом других изделий, кро­ме простейших плит и блоков.

Наиболее широкое применение нашел беспрессовый пенополисти­рол — «стиропор». Исходным материалом для его получения служит вспенивающийся полистирол — твердые прозрачные или матовые сфе­рические частицы белого цвета — продукт суспензионной полимериза­ции стирола, содержащий равномерно распределенный вспенивающий агент (изопентан). Вспенивающийся полистирол поставляется химиче­ской промышленностью в виде гранул с насыпным весом 550— 650 кг/м3.

Процесс изготовления пенополистирола состоит в тепловой обра­ботке гранул с применением преимущественно острого пара (см. главу 7).

Так, по данным фирмы БАСФ, общий объем производства бисер­ного полистирола на предприятиях этой фирмы и по ее лицензиям в дру­гих странах составил в 1966 г. 180 тыс. т. Фирма предполагает, что в ближайшие годы производство и потребление бисерного пенополисти­рола возрастет примерно до 250 тыс. т в год. Производство пенополи­стирола также организовано в Англии (марка «полизот»), Франции, Че­хословакии, Болгарии, ГДР, Японии, Швеции и многих других странах. При этом применяются в основном указанные способы производства, а также ряд других. В частности, и в США применяется способ непре­рывного прессования со вспениванием острым паром.

Большинство производителей уделяет значительное внимание сни­жению горючести пенополистирола путем введения в него различных добавок. Применяются и поверхностные способы защиты пенополисти­рола. Например, в Японии запатентован способ повышения огнестой­кости пенополистирола путем нанесения на его поверхность жидкого стекла с асбестовым волокном с последующим присыпанием порошком асбеста.

Быстрыми темпами растет за рубежом и применение пенополисти­рола в строительстве. Например, в США в 1962 г. в строительстве было применено 18,1 тыс. т жестких пенопластов, из них около 7 тыс. т пено­полистирола. В 1965 г. для этих же целей было израсходовано уже 92 тыс. т1, из них около 30 тыс. т пенополистирола. В 1970 г. предпола­гается применить в строительстве 134—270 тыс. т жестких пенопластов, из них от 60 до 120 тыс. т пенополистирола.

По данным американской фирмы «Дау Кэмикл», применение жест­ких пенопластов в строительстве в 1965 г. значительно возросло по срав­нению с 1961 г., особенно для кровельных покрытий.

По данным фирмы БАСФ, в строительстве было израсходовано в 1965 г. 20 тыс. т пенополистирола. Хотя он применяется в основном как теплоизоляционный материал (со средним объемным весом 15 кг/м3), Широко используются и его ценные конструктивные свойства. Прове­денное фирмой специальное изучение показало, что в 1965 г. пенополи­стирол был израсходован для следующих нужд:

Для теплоизоляции кровельных покрытий — 22%; для тепло - и зву­коизоляции междуэтажных покрытий — 34%; в строительстве холо­дильных зданий—16%; для утепления стен (в том числе сэндвичей), опалубочных форм, заделки стыков и др. — 28%. Из этого числа на па­нели с алюминиевыми обшивками израсходовано 12%.

Пенополистирол выпускается фирмой БАСФ нескольких марок: об­щего назначения (марки Р), повышенной бензомасло - и теплостойкости (до 95° С) (марки Н), теплостойкий до 95° С (марки Н) и самозату­хающий (марки F). Установки фирмы позволяют изготовлять пенопо­листирол с размерами блоков до 4000X 1500X68 мм.

Отмечается, что с применением стиропора сравнительно просто до­стигается повышенная теплоизоляция ограждений, что обеспечивает улучшение эксплуатационных качеств здания и особенно значительную экономию на отоплении.

В СССР пенополистирол с объемным весом 7= 20ч - 35 кг/м3 широ­ко применяется в качестве теплоизоляционного материала. В трехслой­ных панелях, где пенополистирол выполняет помимо теплоизоляцион­ных также и конструктивные функции, он применяется с объемным ве­сом у = 40-^60 кг/мг.

Сырьем для изготовления пенополистирола является бисерный по­листирол, выпускаемый химической промышленностью (МРТУ № 6—05—1019—66). Он представляет собой твердые прозрачные или матовые гранулы (бисер) белого цвета диаметром 1,3—2 мм, являю­щиеся продуктом суспензионной полимеризации стирола в присутствии парообразователя — изопентана.

Технология изготовления бисерного полистирола марки ПС-Б (сго­раемого) была разработана Ленинградским институтом полимериза- ционных пластмасс (НИИПП) в 1958—1959 гг. Им же в 1961 г. был раз­работан самозатухающий полистирол марки ПС-Бс.

Промышленное изготовление бисерного полистирола (гранул) бы­ло организовано на Кусковском, а в дальнейшем и Горловском химза­водах. Объем его производства растет очень быстро (см. табл. 4), хотя и недостаточно, если учесть соответствующий рост производства этого материала за рубежом.

В 1967 г. из указанного количества было изготовлено около 25% самозатухающего полистирола. В последующие годы предполагается повысить этот процент при общем значительном (в несколько раз) уве­личении объема производства.

Технологический процесс производства пенополистирола обычно со­стоит из двух этапов — предварительного вспенивания (подвспенива- ния) и окончательного вспенивания — формования. Предварительное вспенивание производится с целью получения стабильной структуры пе­нопласта, а также снижения его объемного веса до расчетного, приня­того в изделии (панелях).

Сущность процесса вспенивания заключается в тепловой обработ­ке гранул полистирола. При нагреве гранул выше 80° С полистирол пе­реходит из стеклообразного в эластичное состояние, а изопентан при температуре от 28° С и выше — из жидкого в газообразное, значительно увеличиваясь при этом в объеме. В результате размягчения гранулы вспениваются до насыпного веса, обычно равного объемному весу изде­лия. В качестве теплоносителя используются водяной пар, горячая вода, токи высокой частоты и др. Наиболее распространено применение пара (см. главу 7). Возможность применения пара или воды в качестве теп­лоносителя связано с тем, что стиропор практически не набухает в воде.

Производство плиточного пенополистирола ПС-Б и ПСБ-С органи­зовано на многих предприятиях Министерства промышленности строи­тельных материалов и других министерств в различных городах СССР (в г. Мытищи Московской области, Ленинграде, Киеве, Сызрани, Мин­ске, Томске, Сумгаите, Днепродзержинске). При этом применяется пре­имущественно автоклавный способ изготовления, а на ряде предприя­тий и метод теплового удара.

Высокая водостойкость пенополистирола делает особенно ценным его применение для наружных ограждений. Однако в связи с ограни­чениями противопожарных норм он применялся вначале в основном в сочетании с железобетонными. Лишь в последнее время в связи с из­вестным смягчением указанных норм (см. главу 7) началось использо­вание пенополистирола и для легких ограждений (утепленный штам­пованный настил, трехслойные панели), в особенности в кровельных по­крытиях, где применение его является наиболее эффективным. В частности, покрытие Волжского автозавода в г. Тольятти решено в виде стального штампованного настила, утепленного пенополистиро - лом (см. рис. 1.3).

Фенольные пенопласты широко применяются за рубежом, в том чис­ле в ФРГ, Англии, США, Италии, Японии, Польше и др. В зависимости от принятого технологического процесса и состава они могут иметь различные физико-механические свойства [62]. Так, фенольный пено­пласт марки «породур», выпускаемый в ФРГ, обладает стойкостью в пре­делах температур от —200 до +130° С, а при кратковременном дейст­вии тепла — до +200° С. Объемный вес его колеблется в пределах 30— 100 кг/м3, а прочность при сжатии— 1,8—8 кГ/см2.

Фенопласт, выпускаемый в Италии, при той же теплостойкости от­личается несколько меньшим сопротивлением сжатию, но повышенным сопротивлением растяжению.

Особый интерес представляет фенольный пенопласт, выпускаемый во Франции (фирма «Пластижюль») на установке непрерывного дейст­вия. Производительность установок — 30 ж3 пенопласта с объемным весом 40—50 кг/мг в час. Пенопласт выпускается в виде непрерывной ленты шириной 1250 мм и толщиной 50—150 мм.

По данным фирмы, этот пенопласт имеет относительно небольшое водопоглощение в связи с тем, что значительная часть его ячеек (око­ло 80%) закрыта. Поверхностное водопоглощение его за сутки составляет в среднем всего а = 0,15 кг/м2, что значительно ниже, чем для других видов фенольного пенопласта и близко к пенополиуретану (и= = 0,1 кг/м2). Однако он по-прежнему сильно уступает пенополистиролу (V ==0,02 кг/м2). Этот пенопласт отличается также относительно высо­кими физико-механическими свойствами, особенно на растяжение.

В СССР фенольный пенопласт применяется в строительстве пока в опытном порядке. Владимирским научно-исследовательским институтом синтетических смол (ВНИИСС) разработано несколько марок феноль - ных пенопластов, из которых наибольший интерес для строительства представляет пенопласт марки ФРП, обладающий минимальной усад­кой, удовлетворительными физико-механическими свойствами и относи­тельно невысокой стоимостью.

Фенольный пенопласт марки ФРП представляет собой мелкопори­стый материал от светло-серого до темно-коричневого цвета. Его по­лучают путем вспенивания резольной фенольной смолы в полости из­делия или в формах.

Технология изготовления фенольного пенопласта сводится к меха­ническому смешению двух жидких компонентов: резольной смолы ФРВ-1А (СТУ 14-169-65), представляющей собой жидкость серебристо­го цвета, и вспенивающего агента ВАГ-3 (ТУ 13-70-66) —низковязкой жидкости от желтого до коричневого цвета. Оба компонента обладают слабым запахом фенола. Вспенивание производится без подвода тепла при нормальной температуре периодическим или непрерывным спосо­бом (см. главу 7). В тех случаях, когда форма или конструкция выпол­нена из теплоемких или теплопроводных материалов, требуется неболь­шой подогрев. В зависимости от свойств исходных компонентов, приня­той рецептуры, конструкции изделия, способов и условий заливки можно получать пенопласт с объемным весом 40—100 кг/м3 и более. Обычно применяется пенопласт с объемным весом 50—80 кг/м3. Об­щая продолжительность цикла от момента окончания смешивания ком­понентов до получения готового пенопласта составляет несколько ми­нут. В процессе вспенивания выделяется небольшое количество фенола и водяных паров, поэтому требуется устройство вытяжной вентиляции. Готовый пенопласт никакого запаха не имеет, физиологически безвре­ден, но обладает слабой коррозионной активностью из-за присутствия в отвердителе кислот. Адгезионная способность фенольного пенопласта, как и полистирольного, незначительна; поэтому при изготовлении изде­лий для повышения адгезии пенопласта к элементам конструкций при­меняют синтетические клеи.

В настоящее время компоненты фенольного пенопласта изготовля­ются в опытном порядке Владимирским химзаводом. Возможности его выпуска имеются и у многих других предприятий химической промыш­ленности. Отвердитель смолы (ВАГ-3) изготовляется на химических заводах.

Указанные виды среднего слоя, в особенности пенопласты, были подвергнуты всесторонним испытаниям с учетом факторов времени и темпер ату рно-влажностных воздействий К Ввиду того, что результаты этих испытаний, проведенные в период до 1966 г., уже освещены в лите­ратуре [111, 112 и др.], ниже приводятся некоторые результаты послед­них испытаний, полученные в 1967—1969 гг. Они касаются в основном пенопластов пониженной горючести — самозатухающих полистирольных и фенольных, представляющих наибольший интерес для строительства.

Испытывались самозатухающие полистирольные пенопласты, изго­товленные автоклавным способом (марки ПСБс) на Мытищинском ком­бинате стройпластмасс или по методу теплового удара (марки ПСБст) с теплоносителем — острым паром или ТВЧ (см. главу 7) и для срав­нения — сгораемые пенополистиролы того же объемного веса (марок ПСБ и ПСБт), а также пенополистирол прессового изготовления марок ПС-1 и ПС-4. Объемный вес беспрессового пенополистирола принимал­ся равным 20, 40 и 60 кг/м3, а фенольного пенопласта марки ФРП-1 — 60 и 100 кг/м3. Испытывались также поливинилхлоридные пенопласты ПВХ-1 (v = 100 Кг/м3) и ПВ-1 ( 7 = 65 кг/м3).

Наибольший интерес представляют следующие две группы испы­таний:

1) воздействие положительных температур (40, 60 и 80° С и для контроля 20° С) и одновременно длительной нагрузки (до 500 ч) при трех видах напряженного состояния (растяжение, сжатие и сдвиг);

2) циклические воздействия на пенопласты положительных ( + 55° С в течение 10 ч) и отрицательных (—50° С в течение 14 ч) температур с целью изучения прочности при растяжении, формостабильности и во - допоглощения. Изменение прочности изучалось только в воздушной среде, а формостабильности — в трех средах: воздушной, паровоздуш­ной и водной.

В результате указанных испытаний получены следующие основные результаты и выводы.

1 Испытания проводились в ЦНИИСК (К. В. Панферовым, И. Г. Романенковым, К. В. Козловым, А. И. Вахрушевым, В. В. Степаненко) и НИИМосстроя (В. Р. Хлевчу - ком). Испытания на возгораемость проводились ВНИИПО (С. И. Таубкиным и Н. С. Никитиной).

8 А. Б. Губенко 105

1. Установлены основные физико-механические показатели упомя­нутых пенопластов (см. ниже табл. 8, 9 и др.).

2. Сравнительные испытания показали, что самозатухающий поли - стирольный пенопласт с объемным весом 40 кг/м3 и выше имеет несколь­ко пониженную прочность (особенно на растяжение) по сравнению со сгораемым, изготовленным по тому же методу (марки ПСБ). При объ­емном же весе 20 кг/м3 прочность самозатухающего и сгораемого пено­пласта автоклавного изготовления практически одинакова.

3. Теплостойкость самозатухающего пенопласта выше сгораемого. Так, если среднее снижение прочности самозатухающего пенопласта при повышении температуры от 60 до 80°С составляет 4—11%, то для сгораемого пенопласта соответствующие величины составляют 22 и 39%.

4. Фенольный пенопласт по основным физико-механическим пока­зателям уступает пенополистиролу того же объемного веса (см. табл. 8 и 9). Так, например, самозатухающий пенополистирол марки ПСБт с объемным весом 60 кг/мъ по сравнению с фенольным пенопластом то­го же объемного веса имеет показатели прочности на растяжение выше в 2,75 раза, на сжатие — в 2 раза и на сдвиг — в 2,5 раза. Лишь при увеличении объемного веса фенольного пенопласта до 100 кг/м? проч­ность его на растяжение и на сдвиг приближается к прочности полисти- рольного пенопласта ПСБ (v=60 КГ/см2)у а на сжатие даже повы­шается на 30%. Кроме того, испытанием подтверждена повышенная хрупкость фенольного пенопласта.

5. В результате циклических воздействий положительных ( + 55° С) и отрицательных (—50° С) температур был получен ряд интересных данных по сравнительным физико-механическим характеристикам пе­нопластов различных видов:

А) наименьшую усадку, как и следовало ожидать, показали поли- стирольные пенопласты. После 50 циклов испытаний величина линейной усадки полистирольных пенопластов различных видов составляла в воз­душной среде 0,3—0,35%, в паровоздушной — 0,1—0,31%, а в водной среде — 0,35—0,58%. Примерно такие же результаты показали испыта­ния пенопласта ПС-4. Пенопласт ПС-1 показал значительно меньшую усадку —0,04—0,06%.

Поливинилхлоридные пенопласты (ПХВ-1 и ПВ-1) показали усад­ку примерно в 1,5 раза больше, чем полистирольные беспрессовые. Фенольные пенопласты, в отличие от других, при испытании в водной среде набухали на 1,2%;

Б) величина объемного влагопоглощения после 25 циклов испыта­ния в паровоздушной среде не превышала для полистирольных пенопла­стов 3%, для поливинилхлоридных — 6,5%, а для фенольных — 56,5%;

В) указанные циклические воздействия не показали заметного влияния на прочностные характеристики полистирольных пенопластов (другие виды пенопластов не подвергались механическим испытаниям). Величины изменения этих характеристик находятся в пределах рассея­ния полученных результатов. Например, для пенопласта ПСБс после 10 циклов испытаний прочность составила 107%, а после 35 циклов — 88% от прочности контрольных образцов.

7. Проведенные ЦНИИПО огневые испытания показали, что по принятому этим институтом калориметрическому методу к категории трудносгораемых могут быть отнесены только лишь фенольные пенопла­сты (отечественный ФРП или польский — типа примененного для зда­ний СЭВа). По своим огнезащитным свойствам приближается к феноль­ным пенопласт ПХВ-1.

Полистирольные же пенопласты всех видов (в том числе самозату­хающие), а также поливинилхлоридный ПВ-1 при испытаниях по ука­занному методу относятся к сгораемым материалам.

8. На основании указанных физико-механических испытаний с уче­том технико-экономических показателей наибольшие перспективы име­ет применение самозатухающего пенополистирола беспрессового изго­товления (марки ПСБст), а при требовании повышенной огнестойко­сти— и фенольного пенопласта (марки ФРП).

При определении перспектив применения фенольного пенопласта следует учитывать возможность повышения его прочности, подтверж­денную зарубежным опытом [62] и последними данными ВНИИНСМ.

Материалы для обшивок и обрамляющих элементов глухих и свето­прозрачных конструкций. Несмотря на многообразие материалов, в ос­новном для обшивок глухих трехслойных конструкций применяются тонколистовые металлы (алюминий, а в перспективе плакированная сталь) и асбестоцемент.

Сравнительно реже, главным образом для малоэтажных зданий, для этой цели применяются обшивки из древесных материалов (фанера, древесноволокнистые и древесностружечные плиты).

Применение стеклопластика представляет наибольший интерес для светопрозрачных конструкций. В этих же конструкциях применяются термопласты (оргстекло, винипласт). Высокопрочные и другие виды не­прозрачных стеклопластиков применяются преимущественно для изго­товления несущих конструкций и панелей повышенной коррозионной стойкости.

Из неорганических материалов асбестоцемент (СНиП I-B. 14-62), как указывалось (см. главу 1), является в настоящее время одним из наиболее доступных и эффективных материалов для трехслойных пане­лей. Он огнестоек, биостоек и в нормальных условиях эксплуатации не подвергается коррозии. Как показали огневые испытания, даже после сгорания клея и частично материала среднего слоя асбестоцементные обшивки продолжают препятствовать распространению пламени и про­никанию его через конструкции, что повышает предел огнестойкости по­следней.

Водопоглощение непрессованного асбестоцемента согласно ГОСТ не должно превышать 25%; практически он водонепроницаем, хотя погло­щение им воды в первый период вымачивания происходит очень быст­ро. Для воздуха асбестоцемент проницаем в небольшой степени, а про­питанный водой практически газонепроницаем.

Асбестоцемент обладает высокой стойкостью к атмосферным воз­действиям. После 50 циклов замораживания (согласно ВТУ) при тем­пературе —17° С и оттаивания +17° С он показывает снижение проч­ности не более 25%. Тем не менее применение крупноразмерных асбес­тоцементных листов и панелей без защиты рулонным ковром (в кровле) или окраской (в стенах) недопустимо в связи с большими их де­формациями под влиянием температурно-влажностных воздействий.

Применение асбестоцемента целесообразно в первую очередь в сте­новых ограждениях, где требования к прочности обшивок сравнительно невысоки и вместе с тем предъявляются повышенные требования к ог­нестойкости. Асбестоцемент также найдет применение в плитках кровли длиной до 3 м.

В настоящее время отсутствует массовый выпуск крупноразмерных асбестоцементных плоских листов, требуемых для трехслойных панелей. Эти листы, только непрессованные, длиной до 5—6 м и шириной до 1,5 м Выпускаются лишь в опытном порядке на комбинате «Красный строи­
тель». В ближайшей перспективе намечается также организация выпу­ска прессованного асбестоцемента (см. выше).

Относительно невысокие физико-механические характеристики ас­бестоцемента, в особенности повышенная хрупкость, затрудняют его использование для отдаленных районов, где легкие конструкции получа­ют в настоящее время растущее применение. Для этих целей особенно эффективно применение тонколистовых металлов — алюминия, а в перс­пективе — плакированной стали.

Алюминий (СНиП II-B.5-64, II-A. 10-62) по ряду важных характери­стик значительно уступает стали; модуль упругости его меньше в 3 ра­за, коэффициент линейного расширения больше примерно в два раза, значительно ниже огнестойкость. Однако легкость и особенно высокая коррозионная стойкость делают его ценнейшим материалом для ограж­дающих, в том числе трехслойных, конструкций. Особенно высокую кор­розионную стойкость имеет технический алюминий (99,5%), чем и объ­ясняется его широкое применение для кровель. Весьма устойчивы про­тив коррозии также сплавы алюминия без содержания меди. Так, например, АМц и АМг хорошо сопротивляются атмосферной коррозии даже в промышленных условиях. Образование на поверхности алю­миния его окиси создает надежное защитное покрытие. Несмотря на малую толщину, измеряемую долями микрона, пленка, являясь сплошной, прекращает доступ воздуха и практически останавливает коррозию.

В зарубежной литературе для доказательства высокой коррозион­ной стойкости алюминия в качестве примера приводится опыт успешной эксплуатации в течение 40 лет покрытия правительственного здания в г. Сиднее. По данным американских фирм, коррозионные потери пос­ле 20 лет эксплуатации алюминия в атмосфере морского воздуха не превышают 0,2 мм и в условиях металлургического завода со свойствен­ными ему вредными испарениями, газами и дымом — 0,11 мм.

По данным ЮжНИИ сплавы типа АМц можно применять для кро­вель, например, над горячими цехами металлургии, без особой защиты от коррозии при минимальной толщине листов.

Алюминий очень чувствителен к электрохимической коррозии, воз­никающей при его соприкасании с другими металлами. Интенсивность электрохимической коррозии увеличивается по мере увеличения разно­сти потенциалов между алюминием и другим металлом, особенно в слу­чае проникания влаги.

Учитывая разность потенциалов, места соприкасания алюминия и стали, если они подвергнуты влиянию сырости, необходимо защищать. Защитным слоем могут, например, служить эпоксидный клеевой шов или специальные прокладки.

В связи с указанными преимуществами алюминий нашел широкое применение в зарубежном строительстве, в том числе и для обшивок трехслойных панелей (см. главу 1). Так, США расходуют на строитель­ство около 20%, а Англия, ФРГ и Франция около 6% от общего по­требления алюминия в этих странах. Области применения алюминия в строительстве весьма разнообразны, однако в связи с высокой кор­розионной стойкостью и пониженной (по сравнению со сталью) проч­ностью он относительно широко применяется не в несущих, а в ограж­дающих конструкциях: например, в Италии для этой цели расходуется 90—95% алюминия.

В СССР алюминий выделяется для строителей в относительно не­большом количестве — главным образом для сооружений в отдаленных районах.

Для ограждающих конструкций, в том числе для трехслойных пане­лей, целесообразно применять коррозиеустойчивые алюминиевые спла­вы: алюминиево-марганцевые (АМц), алюминиево-магниевые (АМг), алюминиево-магниево-кремниевые (АВт), а для отдельных „конструк­ций— и сплавы повышенной пластичности и коррозионной стойкости АД-ЗЗ-Т и АД-31-Т и др. Применяются отожженные (с индексом М) или полунагартованные сплавы (с индексом П).

Механические характеристики указанных марок алюминия колеб­лются в значительных пределах (см. ниже), что дает широкие возмож­ности для выбора оптимальной марки в зависимости от напряженного состояния конструкции.

Защищенная сталь (плакированная, а также окрашенная) широко применяется в зарубежном строительстве для кровельных покрытий и стен промышленных зданий, в качестве обшивок трехслойных навес­ных стеновых панелей жилых, общественных и промышленных зданий, ограждений балконов, труб, водостоков и др.

Она, очевидно, сможет найти самое широкое применение в трех­слойных конструкциях, тем более, что некоторое увеличение веса в свя­зи с переходом с алюминия на сталь для строительных конструкций не имеет практического значения.

Плакированная сталь выпускается большим числом фирм в Анг­лии, ФРГ и в других странах. В качестве защитного слоя с наружной стороны применяются пленки из поливинилхлорида толщиной 0,2— 0,35 мм, а с внутренней стороны стальной лист защищается оцинковкой или другими способами.

В зависимости от способа обработки поверхности плакированная сталь, выпускаемая английской и немецкой промышленностью, разде­ляется на две основные группы, отличающиеся большей или меньшей атмосферостойкостью. В наиболее атмосферостойкой группе плакиро­ванной стали, применяемой для кровельных покрытий, плакирующая пленка наносится на оцинкованную стальную поверхность. Вторая же группа, защищенная только плакировкой, применяется преимуществен­но для стеновых панелей.

Свойства плакированной стали могут также в значительной степе­ни варьироваться в зависимости от вида защитной пленки, которая пу­тем добавления в нее пластификаторов и других наполнителей может получить повышенную эластичность и морозостойкость.

Судя по данным зарубежных источников, плакированная сталь об­ладает рядом ценных технологических свойств. Она сочетает в себе прочность и ковкость стали с коррозионной стойкостью и декоративны­ми свойствами пластмасс.

Всесторонние испытания плакированной стали, проведенные в Анг­лии, показали, что по огнестойкости ее можно отнести к материалам, принадлежащим по английским нормам к первому классу (пламя рас­пространяется по поверхности очень медленно). Плакированная сталь почти не изменяет своих свойств при длительном действии температур от +77 до +127° С, а также при отрицательных температурах от —10 до —40° С и даже —70° С (в зависимости от вида плакирующей плен­ки). Атмосферостойкость плакированной стали значительно выше, чем у большинства традиционных материалов.

Плакированные листы были подвергнуты в Англии также ускорен­ному старению в течение 10 000 ч, что, по данным английской фирмы «Дорман Лонг», соответствует 25—30 годам атмосферного старения^ Окрашенный высококачественными красками гальванизированный лист} выдержал в тех же условиях лишь 1000 ч ускоренного старения. Была также установлено, что плакированная сталь стойка к действию боль­шинства кислот и хорошо сопротивляется различным механическим воз­действиям. При испытании на истирание поверхность плакированной стали зачищалась тонкой наждачной бумагой, причем после 100 000 скребков потеря в весе образца из плакированной стали была неболь­шой. Проводились испытания на истирание карборундом под углом 45° к поверхности листа. При проведении аналогичных испытаний на по­крытых краской листах такой же толщины краска стиралась с поверх­ности металла в четыре раза быстрее. Плакированные листы можно сгибать на 180°. При этом не происходит ни потери адгезии, ни растрес­кивания пластмассового покрытия.

Практика английских и немецких фирм показала, что адгезия плен­ки к стальному листу не нарушается при процессах прессования и фор­мования. Испытания плакированной стали проводились до полного раз­рушения металла, однако адгезия между пленкой и металлом полностью сохранилась. Плакирующая пленка не нарушается при проведении всех технологических процессов, связанных с гнутьем и штамповкой плаки­рованной стали. Плакированная сталь не требует окраски в течение все­го времени эксплуатации. Поверхность ее легко моется.

Стоимость плакированной стали зависит от толщины стального ли­ста и толщины плакирующей пленки, способа обработки поверхности стального листа, цвета покрытия и т. д.

Для изготовления плакированной стали в Англии обычно приме­няется сталь холоднотянутая с модулем упругости 3- 106 на 1 кв. дюйм, пределом прочности при растяжении 18 г на 1 кв. дюйм и пределом те­кучести 12 т на 1 кв. дюйм. Плакирующая пленка имеет следующие показатели: удельный вес 1,25—1,5; предел прочности при растяже­нии 1500—1800 фунтов на 1 кв. дюйм; относительное удлинение от 100 до 400% (400% при разрыве).

Номенклатура плакированной стали и изделий из нее, выпускаемых за рубежом, весьма разнообразна. Например, в Англии плакированная сталь выпускается следующих видов:

А) плоские листы длиной 1219—3660 мм, шириной 619—1219 мм;

Б) волнистые листы максимальной длины 3660 мм, шириной 610— 762 мм;

В) штампованные листы гофрированные длиной 3048 мм, шириной

660 мм. Размер гофра: высота дюйма, ширина 1/2 дюйма, расстояние между гофрами 374 Дюйма;

Г) штампованные листы, имеющие сложный профиль (типа канад­ской плитки). Размеры: длина 3048 мм, ширина 610 мм, высота гофра 1 дюйм, ширина lU—272 дюйма, а расстояние между гофрами 12 дюй­мов. Кровельные гофрированные плиты длиной до 7,5 м

Д) разнообразные штампованные или гнутые профили.

Судя по данным английских и немецких фирм, наиболее широкое применение в строительстве нашла плакированная сталь для обшивки трехслойных панелей (см. ниже), в холодных или утепленных кровель­ных покрытиях и стеновых ограждениях.

Для холодных ограждений кровли и стен промышленных зданий обычно применяются штампованные и волнистые листы (рис. 3.1). Осо­бый интерес представляет гофрированный настил «текталь», который обладает относительно крупными размерами (длина до 7,5 м), приме­няемый в пологих кровлях (см. рис. 2.22—2.23).

Рис. 3.1. Промышленное здание с обшивками из плакированной стали

Кроме плакировки винипластом применяются и другие эффектив­ные способы защиты стали от коррозии, как, например, эмалировка (см. главу 2), алюминирование, покрытие высоководостойкими крас­ками. Последний способ широко распространен в Японии и Франции. Особо надо отметить высокую стойкость японских красок. В бульдозе­ре японской фирмы после 15-летней эксплуатации в условиях нашего Крайнего Севера полностью сохранилась поверхность окраски.

Защита стали путем окраски применяется также в Чехословакии, где для этой цели применяются высокопроизводительные линии, обору­дованные фотоэлементами для автоматического управления.

В СССР плакированная сталь еще не нашла практического приме­нения, но производство ее организуется на заводе «Запорожсталь». Этим заводом еще в 1964 г. выпущены опытные партии плакированной стали шириной 300—330 мм. Сталь применялась низкоуглеродистая марки 08кп толщиной 0,35—0,5 мм. Покрытие из винипласта, семи цве­тов, имело толщину 0,3 мм. Образцы плакированной стали были под­вергнуты предварительным испытаниям в ЦНИИ черной металлургии им. Бардина, а также в ЦНИИСК.

По предварительным данным ЦНИИ черной металлургии, опытные партии плакированной стали обладают следующими основными свой­ствами: теплостойкость до +70° С, периодический нагрев допускается до 100—110° С, морозостойкость до —50° С, пробивное напряжение (при толщине 0,3 мм) до 12 тыс. в, вытяжка на приборе Олеена при толщине стальной основы 0,5 мм равна 9—10 мм, число перегибов (до разру­шения металла) с перегибом под углом 90° равно 12—18, временное сопротивление разрыву 16—24 кГ/мм2. Плакированная сталь устойчива

Против коррозии в воде, атмосфере и многих кислотах и щелочах; она выдерживает испытания при температуре +20° С в 1—10%-ных раство­рах серной и азотной кислот;-5—10%-ном растворе соляной кислоты, 60—95%-ном растворе серйрй кислоты, 10—20%-ном растворе едкого натрия. Плакированная сталь выдерживает все виды обработки, вклю­чая штамповку, вытяжку до 40%, гибку; ее можно резать, вальце­вать и сваривать. Листы с пластмассовым покрытием можно склеи­вать,; скреплять болтами и другими способами, как и обычные сталь­ные 4ис5ты.

В 1964 г. лабораторией конструкций с применением пластмасс ЦНИИСК была получена с завода «Запорожсталь» опытная партия плакированной стали толщиной 0,35 и 0,5 мм различных цветов, кото­рая была подвергнута следующим испытаниям:

А) испытание в атмосферных условиях на крыше до 3 лет;

Б) периодическое замораживание при температуре —50° С (1 сут­ки) и оттаивание при температуре +20°С (1 сутки). Всего образцы про­шли 500 указанных циклов;

В) длительное вымачивание в воде до 1,5 лет.

Испытания проводились на образцах размером 100X100 мм. Кроме того, испытывались образцы кровли размером до 300Х1000 мм и ее узлы с применением фальцевого соединения.

Для сравнения с отечественным испытывались образцы английской и японской плакированной стали.

При испытании в качестве основного критерия принималась адге­зия пленки к стальной основе, которая охарактеризовалась временем отрыва пленки шириной 10 мм и длиной 20 мм, грузом 2 кг.

После этих воздействий образцы подвергались испытаниям на отрыв (пленки от стали) и полученные данные сравнивались с дан­ными испытаний контрольных образцов, не прошедших влияние ука­занных воздействий.

Сравнительные испытания образцов разных партий показали, что полученный материал обладает довольно широким диапазоном адге­зионных свойств в зависимости от марки клея, толщины клеевой прос­лойки, режимов изготовления и других факторов. При испытаниях было выявлено изменение цвета пленки: сильно менялся белый цвет (за­грязнение, желтизна), существенно подверженной действию пыли и гря­зи оказалась пленка серого цвета. Наиболее стойкими оказались пленки зеленого, синего и бежевого цветов.

Сравнительные испытания отечественных и зарубежных образцов показали, что по адгезионной способности лучшие отечественные об­разцы не уступают зарубежным. Цветостойкость же последних более высокая[17].

В целом положительные результаты испытаний показали вместе с тем необходимость дальнейших работ по уточнению технологии изго­товления металлопласта.

Стеклопластики и светопрозрачные термопласты. Стеклопласти­ки— наиболее перспективные из органических материалов для обши­вок трехслойных конструкций, в особенности светопрозрачных. Это обусловило широкое их развитие за рубежом, в особенности в США, где объем их выпуска в 1963 г. составил 150 тыс. т, а к 1970 г. предпо­ложительно достигнет 250 тыс. т. За период 1956—1960 гг. рост произ­водства стеклопластиков составил: в Англии—315%; во Франции — 310%; в ФРГ—235%. Во Франции в 1960 г. изготовлено 16 400 т стек­лопластиков, в Англии в 1963 г. — Г7 тыс. т. В Японии производство полиэфирных смол для стеклопластиков возросло с 3000 т в 1959 г. до 8000 т в 1963 г. В Италии в 1962 г. более 10 тыс. т полиэфирных смол израсходовано на производство стеклопластика. За последние годы для нужд строительства было использовано стеклопластиков (от общего объема производства): в США—25—27%; в Англии —около 30%; в ФРГ —около 60%.

Большое распространение в строительной технике получили листо­вые материалы (плоские и волнистые) для кровель и ограждающих конструкций. Только в США производство листовых стеклопластиков (в основном светопрозрачных) выросло с 41 800 м2 в 1949 г. до 11 млн. м2 в 1962 г. В Англии и Франции объем производства листовых стекло­пластиков составляет 30—40% (по весу) от общего объема производ­ства стеклопластиков.

Объем применения стеклопластиков для ограждающих и несущих строительных конструкций в развитых капиталистических странах уже превысил в 1965 г. 75 тыс. г, а в 1966 г. продолжает увеличиваться.

Производство, светопрозрачных стеклопластиков развивается быст­рее. В США за 1956—1961 гг. объем производства светопрозрачных стеклопластиков вырос в 3,7 раза, а всех видов стеклопластиков —всего в 1,85 раза.

Большой интерес, проявляемый за рубежом к светопрозрачным стеклопластикам, объясняется сочетанием у этого материала высоких эксплуатационных качеств с экономичностью и эффективной технологи­ей. В настоящее время светопрозрачный стеклопластик изготовляется на высокопроизводительных установках непрерывным методом, кото­рый сводит к минимуму затраты ручного труда. Производительность таких установок, обслуживаемых 3—5 рабочими, достигает 4500 м2 за 24 ч. По данным фирмы «Файлон», стоимость сырья, необходимого для изготовления стеклопластиков, составляет 85%, а стоимость труда все­го 15%.

Размеры по длине и ширине листов стеклопластика и других свето­прозрачных пластмасс зависят от типа установки, на которой они изго­товляются, а также от типоразмера профиля. При изготовлении стекло­пластика на установке, формующей волну поперек движения конвейе­ра, размер листа по образующей волне (в данном случае ширина листа) определяется шириной машины и достигает 1,2—1,5 м. В этом случае готовый стеклопластик чаще всего поставляется к месту в руло­нах, в которых максимальная длина материалов достигает 60 м.

На установках второго типа образующая волна направлена вдоль движения конвейера. Ширина получаемого стеклопластика ограничена, зато длина листа может быть получена любая и лимитируется только возможностями транспортировки. Обычно длина таких листов достига­ет 3,66 My ширина—1,52 м.

Огнестойкость стеклопластика зависит от типа примененной в нем смолы. В настоящее время за рубежом полиэфирные смолы выпуска­ются двух типов: общего назначения и самозатухающие. Для получе­ния смол второго типа в них вводят добавки, придающие стеклопласти­ку свойство затухать при удалении источника пламени. Однако эти добавки несколько снижают прочностные свойства материала, удорожа­ют его и ускоряют процесс желтения, что ухудшает его эстетические ка­чества.

Массовое производство листовых, главным образом светопрозрач­ных стеклопластиков, организовано во многих странах [62]. Наиболь­шую известность за рубежом приобрела фирма «Файлон Пластик Кор­порейшн» (США). По патентам этой фирмы работают многие пред­приятия в Англии, ФРГ, Италии.

Листовые стеклопластики фирмы «Файлон» имеют высокие физико - механические характеристики (прочность на разрыв 1200—1300 кГ/см2, На изгиб 2300—2500 кГ/см2, модуль упругости 113 000 кГ/см2). Они часто бывают окрашены в различные цвета до 13 расцветок, среди ко­торых преобладают голубые и светло-зеленые.

Лабораторные исследования показывают, что в зависимости от ок­раски стеклопластики пропускают от 32 до 85% световых лучей види­мой части спектра. В странах Западной Европы известен листовой стек­лопластик под названием «веллскобалит», выпускаемый в виде плоских и волнистых листов в Австрии, ФРГ и других странах. Французская фирма «Отартинор» выпускает листовой стеклопластик под названием «ондюклэр», устойчивый к атмосферным воздействиям и ударным на­грузкам, который в зависимости от окраски пропускает от 60 до 85% световых лучей. Данные других фирм также свидетельствуют о высо­ких физико-технических характеристиках стеклопластиков, что служит основанием для широкого их применения в светопрозрачных конструк­циях.

Сортамент стеклопластиков, выпускаемых в Англии, включает вол­нистые листы с шагом волны до 305 м, листы с резко расставленными волнами (шаг 280, 305, 339 и 441 мм), листы трапециевидного профи­ля (шаг 127, 130 и 190 мм), плоские листы. Размеры листов по ширине колеблются от 559 до 1219 м, длина листа ограничивается лишь воз­можностями транспортировки.

Поскольку стеклопластики в строительстве применяются сравни­тельно недавно (10—15 лет), точных данных об их долговечности пока нет. Зарубежные фирмы гарантируют высокую атмосферостойкость светопрозрачных стеклопластиков. Так, известная фирма «Фай - лон Пластик Корпорейшн» (США) гарантирует неизменяемость основ­ных физико-механических свойств светопрозрачного стеклопластика в течение 15 лет, фирма «Алсинайт» (США) дает гарантию на 20 лет. Фирма «Скобалит» (Австрия) выпускает стеклопластик, который за 5 лет эксплуатации теряет светопрозрачность на 2—3%. В социалисти­ческих странах производство стеклопластиков развивается довольно быстро, но все еще находится в стадии освоения, а применение его но­сит в значительной степени опытный характер.

В Советском Союзе стеклопластики в строительстве стали приме­няться сравнительно недавно. В 1963 г. освоен промышленный выпуск листовых стеклопластиков на Ленинградском заводе слоистых пласти­ков, Мытищинском комбинате синтетических строительных материалов и Северодонецком заводе стеклопластиков. На этих предприятиях ус­тановлены и введены в действие высокопроизводительные машины по непрерывному изготовлению листовых стеклопластиков мощностью до 1 млн. м2 в год каждая. Основными видами листовых стеклопластиков, изготовляемых в настоящее время в нашей стране, являются волнистые листы с длиной волны 75 и 36 мм и высотой соответственно 20 и 8 мм.

Для строительства наибольший интерес представляют стеклопласти­ки, изготовляемые согласно МРТУ-21 (группа Ж-16) на полиэфирных смолах с неориентированным стекловолокном. Они выпускаются свето - прозрачными и частично непрозрачными, плоскими или волнистыми, сравнительно недороги, но недостаточно прочны.

По техническим характеристикам отечественные стеклопластики значительно уступают зарубежным ввиду невысокого качества компо­нентов. Способы улучшения качества стеклопластиков разрабатывают

Научно-исследовательские институты и заводы-изготовители. Внедрение в промышленное производство более доброкачественных исходных ма­териалов и совершенствование технологии изготовления позволит под­нять качество отечественных стеклопластиков, применяемых в строи­тельстве, до мировых стандартов.

Стеклопластики средней прочности — стеклотекстолиты типа КАСТ изготовляются на основе стеклоткани и фенолформальдегидных смол (ГОСТ 10292—62). Они уже давно освоены нашей промышленностью, Но применение их в строительстве ограничено из-за высокой стоимости и дефицитности. Это же относится к высокопрочным стеклопластикам типа СВАМ (СТУ 12249—61) и АГ-4 (ГОСТ 10087—62).

Стеклопластики типа СВАМ, КАСТ и АГ-4 могут найти применение главным образом как коррозиеустойчивые материалы для изготовле­ния конструкций, эксплуатирующихся в условиях химической агрессии.

Органическое стекло (полиметилметакрилат) —термопластичный материал, получаемый путем полимеризации мономера метилметакри - лата в присутствии катализатора. Полимеризация мономера произво­дится в формах из силикатного стекла, размещенных в термостатах с циркулирующей горячей водой, с постепенным повышением температу­ры от 50 до 120° С в течение 14—48 ч.

Основные преимущества органического стекла — прозрачность и бесцветность. Высокие оптические качества органического стекла хоро­шо сочетаются с атмосферостойкостью. Введением в него красителей и пигментов можно получить материал большой чистоты с разнообраз­ной цветовой гаммой.

За рубежом органическое стекло известно под названием перспекс (Англия) и ороглас (США). Из него изготовляют плоские листы и раз­личные типы волнистых и гофрированных листов, профиль и размеры которых отвечают соответствующим размерам основных кровельных материалов — асбестоцементных и металлических листов.

В Советском Союзе органическое стекло выпускается в виде плос­ких листов двух типов — авиационное и поделочное сортов ПА и ПБ (ТУ № 26—54). Для изготовления элементов светопрозрачных конст­рукций из органического стекла целесообразно применять поставляемое промышленностью более дешевое стекло ПА и ПБ толщиной от 0,8 до 40 мм и размером до 1500Х1700 мм.

Механические свойства оргстекла в значительной степени зависят от температуры и длительности 'действия нагрузки.

Оно начинает деформироваться при температуре свыше 70° С; с увеличением температуры его эластичность возрастает. При температу­ре 120—160° С стекло достигает той степени эластичности, при которой из него легко формуются различные виды изделий. При температуре свыше 160° С на поверхности листов образуются газовые пузыри и вздутия.

Органическое стекло устойчиво к атмосферным воздействиям, об­ладает хорошей стойкостью к действию кислот и щелочей, но растворя­ется в таких органических веществах, как дихлорэтан или ацетон.

Старение органического стекла в естественных условиях под влия­нием ультрафиолетового облучения, кислорода и озона воздуха и ат­мосферных осадков происходит медленно. Так, физико-механические свойства органического стекла, находящегося в течение 26 месяцев в условиях субтропического климата, изменились незначительно (проч­ность на разрыв уменьшилась на 5%, на удар — на 3%).

В органическом стекле под действием внешних сил и атмосферных влияний на поверхности и внутри материала часто появляются микро- трещины. При большом числе таких трещин образуются участки с пол­ным внутренним отражением — так называемое «серебро». Изучение факторов, влияющих на образование «серебра», показало, что микро­трещины возникают в результате растягивающих усилий. «Серебро» отрицательно влияет на прочностные и оптические характеристики ор­ганического стекла.

Один из способов повышения эксплуатационной надежности и проч­ности органического стекла, а также предупреждения образования «серебра» — ориентация стекла [109].

Светопрозрачный винипласт (поливинилхлорид) стал применяться для изготовления светопрозрачных конструкций сравнительно недавно [109]. При его производстве используют сополимеры винилхлорида с метилметакрилатом. Обычно светопрозрачный поливинилхлорид полу­чают методом экструзии в виде плоских, волнистых или гофрирован­ных листов толщиной 1—1,5 мм. Он получил большое распространение в США, Японии, Англии, ФРГ, Италии. Отличительные особенности жесткого поливинилхлорида — его стойкость к большинству химически агрессивных сред, большая ударная прочность, легкость и простота обработки. Поливинилхлорид — трудновоспламеняющийся и самозату­хающий материал и в этом отношении значительно превосходит орга­ническое стекло. Из поливинилхлорида можно получать профилирован­ные листы большой жесткости и неограниченной длины. Плоские листы поливинилхлорида легко перерабатываются в крупногабаритные объ­емные элементы светопрозрачных ограждений.

Однако при низких температурах поливинилхлорид становится хрупким; на него отрицательно действуют такие вещества, как ацетон, бензол и другие растворители. При длительном световом воздействии происходит некоторое изменение цвета окрашенных листов. Результаты светотехнических испытаний бесцветного поливинилхлорида показали, что он пропускает около 80% света. Высокие значения коэффициента светопропускания дают и окрашенные в светлые тона листы.

Английские, шведские, японские фирмы выпускают листы светопро - пускающего поливинилхлорида различных размеров и профилей. В Ан­глии производят плоские и волнистые двухслойные листы с прокладкой между ними стальной арматурной сетки. Такие листы предназначены для кровли и обшивок. Применение армированных листов позволяет увеличить расстояние между опорами. Листы легко соединяются меж­ду собой и поддаются обработке обычными инструментами.

Механические свойства поливинилхлорида в значительной степени зависят от температуры и длительности действия нагрузки (см. ниже). Атмосферная стойкость светопрозрачного поливинилхлорида гораздо меньше, чем у оргстекла и полиэфирных стеклопластиков, так как по­мимо деструкции полимера под действием ультрафиолетовой радиации происходит интенсивное старение под влиянием температурных воз­действий.

До последнего времени в Советском Союзе светопропускающий по­ливинилхлорид выпускался в небольших количествах и в строительстве практически не применялся в связи с его низким качеством.

Древесные плиты. Водостойкая фанера (ГОСТ 3961—65, 11539— 65), древесноволокнистые (ДВП, ГОСТ 4598—60) и древесностружеч­ные (ДСП, ГОСТ 10632—10637—63) плиты широко применяются в ка­честве обшивок трехслойных панелей малоэтажных зданий и трехслой­ных перегородок. Этому способствовало чрезвычайно быстрое развитие производства этих материалов. Еще в 1960 г. во всех странах мира бы­л о изготовлено свыше 15 млн. м3 фанеры, 1,86 млн. г ДВП и 3,06 млн. т ДСП. Предполагается, что к 1970 г. мировое производство фанеры воз­растет в 2 раза, ДВП в 4,8 раза и ДСП в 1,9 раза [55].

Хотя производство древесных плит в СССР пока еще отстает от производства развитых капиталистических стран, оно быстро увеличива­ется, причем особое внимание уделяется повышению качества материа­лов и выпуску наиболее водостойких ее сортов. Этому способствует раз­витие производства фенольных смол.

Из этих материалов для наружных ограждений может применять­ся, в первую очередь, водостойкая фанера марки ФСП (п. 10). Приме­нение бакелизированной фанеры (п. 11) и особенно древеснослоистых пластиков, отличающихся повышенной прочностью и водостойкостью, весьма ограничено из-за высокой стоимости и дефицитности этих ма­териалов. Бакелизированная фанера применяется, например, для об­рамляющих ребер трехслойных панелей с алюминиевой обшивкой (см. главу 4).

ДВП и ДСП применяются в основном для внутренних обшивок па­нелей и перегородок, а ДВП также и для изготовления среднего слоя решетки подвесных потолков и других конструкций (глава 4).

Фанеру, ДВП и ДСП необходимо защищать от увлажнения и ат­мосферных воздействий. Это в известной степени относится и к элемен­там, эксплуатирующимся в защищенных условиях; возможно их ув­лажнение в процессе хранения, транспортировки и монтажа (особенно это касается конструкций сборно-разборных зданий).

Создание надежной защиты древесных материалов позволяет при­менять их с эффектом для обшивок наружных ограждений [56]. За ру­бежом применяется ряд эффективных способов защиты древесных ма­териалов, в том числе покрытие стеклопластиком, винипластом и алю­минием. Многие фирмы применяют эти комбинированные материалы, выпускаемые в массовом порядке на фанерных и тому подобных за­водах.

Особый интерес как конструктивный материал представляет фане­ра, оклеенная алюминием. Плиты с такой обшивкой применены, напри­мер, в висячем покрытии концертного зала в Сиднее. Висячая стальная вантовая конструкция этого покрытия заполнялась фанерными плитами размером до 7,6x2,1 му оклеенными алюминием. Такая же комбиниро­ванная обшивка была применена фирмой «Купперс» (США) при мас­совом изготовлении трехслойных наружных ограждений со средним слоем из пенополистирола для промышленных холодильников и жилых зданий. При этом алюминий использовался не только для защиты фа­неры от наружных воздействйй, но и для повышения ее пароизоляци - онных свойств.

В ЦНИИСК были проведены[18] обширные испытания по разработке методов защиты фанеры и других древесных материалов покрытием алюминиевой фольгой, стеклопластиками и др. Из полученных в целом положительных результатов особый интерес представляют данные по защите алюминиевой фольгой. Последняя применялась толщиной 0,1— 0,2 мм марок АД и АД! (ГОСТ 4789—49). Были отобраны типы клеев для приклейки фольги к фанере (каучуковые марки 88, КМ-2, БФ-2 и др.), отработана технология приклеивания и всесторонне проверена на­дежность склеивания. Оклеенные фольгой образцы трехслойных пане­лей с фанерными обшивками размером 1,5X0,5X0,08 м, закопанные сплошь или частично в грунт, остались неповрежденными, в то время

Как в контрольных образцах было замечено загнивание наружных шпонов.

Однако алюминиевая - фольга сравнительно дорога и дефицитна, поэтому основное развитие, очевидно, получат методы защиты фанеры водостойкими красками. Применение такого способа предусмотрено,, например, в цехе трехслойных панелей из алюминия, стали, фанеры и пенопласта в Магадане, где запроектирована специальная линия ок­раски.

Клеи для склеивания конструкций и герметики. Прочность и дол­говечность трехслойных и других конструкций в значительной степени определяется свойствами примененных клеев и технологии склеивания. Производство синтетических смол за рубежом достигало высокого* уровня и продолжает быстро увеличиваться. Значительная доля синте­тических смол расходуется на изготовление клеев.

Отечественные клеи для строительства по качеству в целом не ус­тупают зарубежным. Однако объем отечественного производства клеев и особенно их ассортимент пока оставляют желать лучшего.

К конструкционным строительным клеям предъявляются следую­щие основные требования:

1) клей должен иметь хорошую адгезию к склеиваемым материа­лам и не вызывать при этом их разрушение или деформацию. Внутрен­ние напряжения в клеевом шве и усадка его должны быть по возмож­ности минимальными;

2) клеевое сопряжение должно иметь прочность на отрыв, растя­жение, скалывание и т. д., соответствующую прочности склеиваемых ма­териалов и реальным условиям его эксплуатации;

3) клеевое сопряжение должно быть атмосферно-, влаго-, химиче­ски - и температуростойким в пределах требований, предъявленных к данной конструкции;

4) клеевое сопряжение должно иметь необходимую длительную прочность, стойкость к старению и обеспечивать требуемый срок служ­бы конструкции в целом;

5) клей должен обладать хорошими технологическими качествами: иметь жизнеспособность до 2—3 ч и во всяком случае не менее 1 чу а также хорошую зазорозаполняемость, быстро отверждаться и не требо­вать слишком сложного оборудования для его нанесения и запрессов­ки склеиваемого изделия;

6) клей должен быть доступным хотя бы в перспективе, достаточ­но экономичным и отвечать требованиям техники безопасности.

В настоящее время отсутствует универсальный клей, который можно было бы рекомендовать для склеивания любых строительных конструкций. Если еще можно говорить о клеях, которые имеют адгезию к большому числу материалов, то с экономической точки зрения их применение оправдывается далеко не всегда. В связи с этим в каждом отдельном случае приходится выбирать определенный клей.

Для разных конструкций требуются клеи разной прочности. На­пример, для трехслойных плит покрытий, испытывающих сравнительно большие нагрузки, надо применять более прочные клеи, чем для стено­вых навесных панелей.

Выбор клеев зависит и от комбинации склеиваемых материалов. Так как при склеивании металла с металлом в большинстве случаев даже наиболее высокопрочные клеи будут менее прочны, чем металл,, для этой цели рекомендуются клееметаллические или чисто металличе­ские (преимущественно сварные) соединения. Для трехслойных же па­нелей с обшивкой из листового металла и средним слоем из пеноплас­та требования к прочности клея далеко не так строги.

При оценке прочностных свойств клея важно знать, о какой проч­ности идет речь. Например, большинство так называемых высокопроч­ных смоляных клеев хорошо воспринимают усилия сдвига и равномер­ного отрыва и в то же время значительно хуже работают на неравно­мерный отрыв, а некоторые и на удар. С другой стороны, каучуковые клеи имеют сравнительно низкий предел прочности при сдвиге, но хоро­шо работают на неравномерный отрыв. Однако прочность их значитель­но снижается при длительном действии нагрузки. При выборе клеев для разных областей применения существует различный подход. В ави­ационной технике основное внимание наряду с прочностью уделяется способности клеевых соединений длительное время работать при высо­кой температуре (200°С и более). В области строительства в большин­стве случаев не требуется такой теплостойкости. Хотя при пожаре стро­ительная конструкция может испытывать действие и более высоких температур, такое действие кратковременнох. Необходимая несущая спо­собность конструкции на этот период может быть обеспечена примене­нием металлических крепдений, устанавливаемых наряду с клеем.

В основу выбора клеев положена необходимость получения в пер­вую очередь клеев, отверждающихся с подогревом. Применение клеев холодного отверждения, как правило, нерационально в связи с низкой производительностью процесса склеивания, обусловленной продолжи­тельными сроками выдержки конструкции в прессе и необходимостью для некоторых клеев (например, фенольных) защиты склеиваемых по­верхностей от воздействия кислых отвердителей. В большинстве случа­ев клеевые соединения холодного отверждения имеют более низкие по­казатели прочности, чем клеи горячего отверждения. Последние допус­кают подогрев до 120—160° С, требуют в десятки раз меньших сроков выдержки, чем холодные клеи, процесс же склеивания при их употреб­лении значительно ускоряется. Однако их нельзя применять для склеи­вания термопластичных пенопластов: использование их требует более сложного и дорогого оборудования; к тому же они обладают в боль­шинстве случаев пониженными (по сравнению с холодными клеями) зазорозаполняющими свойствами.

Более приемлем промежуточный, так называемый «теплый» способ, при котором изделия склеивают с нагревом, но при этом в зависимо­сти от вида склеиваемых материалов и применяемых клеев температу­ру принимают в пределах 60—100° С. Такой способ позволяет склеи­вать с подогревом кроме прочих материалов термопластичные пено­пласты; обеспечивая достаточно высокую производительность, этот способ значительно упрощает и удешевляет нагревательные уст­ройства.

Принципиально при теплом способе склеивания можно применять клеи холодного отверждения, но для ускорения склеивания в рецепту­ру некоторых клеев холодного отверждения дополнительно вводят со - ускорители, которые в ряде случаев в 2—3 раза увеличивают скорость отверждения при нагреве. С другой стороны, для повышения жизнеспо­собности клея иногда уменьшают количество отвердителя (например, при применении фенольного и полиэфирного клеев).

Холодный способ склеивания представляет интерес лишь для опыт­ного и мелкосерийного производства; для промышленного же произ­водства должны применяться ускоренные способы склеивания, в осо­бенности метод вспенивания пенопласта с одновременным припенива - нием (см. главу 7).

Конкретные данные по зарубежным клеям весьма скудны, а данные по отечественным клеям, применяемым в других отраслях промышлен­ности (авиации, судостроении и др.), имеют свою специфику.

Требования к надежности клеевых соединений в строительных кон­струкциях основываются на длительном сроке службы строительных объектов, которые к тому же эксплуатируются в условиях широкого пе­репада температуры и влажности. В процессе формования клеевых швов под действием технологических факторов у них возникают внут­ренние напряжения, которые также влияют на прочность клеевых сое­динений.

В лаборатории конструкций с применением пластмасс в ЦНИИСК был проведен отбор и модификация синтетических клеев различных ви­дов и выявление их долговечности с учетом действительных условий работы строительных конструкций[19].

Результаты проведенных исследований позволили рекомендовать для применения в строительстве целую гамму клеев: каучуковых, эпок­сидных, фенольформальдегидных, дифенольных, полиэфирных и неко­торых других, а также установить их расчетные, характеристики (см. ниже).

Виды и свойства клеев. Каучуковые клеи состоят в основном из смеси полихлоропрена (найрита) и бутил-феноло-формальдегидной смолы марки 101 в смеси этилацетата и бензина (2: 1).

Различаются несколько марок каучуковых клеев (88-Н, 88-НП и 78-БЦС), которые выпускаются промышленностью в готовом виде.

Как показали испытания (см. ниже), клеи 88-Н и 88-НП по экс­плуатационным свойствам близки друг к другу. Клей же марки 78-БЦС обладает повышенной теплостойкостью и относительно меньшей ползу­честью, что объясняется присутствием в нем вулканизирующей добав­ки, активной при нормальной температуре. Однако он является менее морозостойким.

Имеются три принципиально отличных способа применения каучу­кового клея. По первому способу склеивание производится сухим кле­ем (метод реактивации), для чего клей, нанесенный на поверхность обшивки, предварительно подсушивается до практически полного удале­ния растворителя, после чего производится контактирование склеивае­мых поверхностей и их нагрев при температуре 90—100° С в течение 10—15 мин. По второму способу клей, нанесенный на поверхности, су­шится до состояния отлипа, после чего поверхности контактируются и выдерживаются при нормальной температуре 1—2 суток. Третий спо­соб аналогичен первому с тем отличием, что окончательное от­верждение клея происходит в процессе вспенивания пенопласта в полости конструкции за счет развивающихся температуры и дав­ления.

Каучуковые клеи относятся к так называемым контактным клеям, которые обеспечивают определенную прочность сразу же после контак­тирования склеиваемых поверхностей. Они отличаются удобством нане­сения, сравнительно меньшей токсичностью и (что особенно важно) не снижают своих свойств при кратковременном действии на них воды и пара (в процессе изготовления конструкции). В связи с последним пре­имуществом каучуковые клеи особенно эффективны и удобны при изготовлении конструкции методом вспенивания пенопласта в полости панелей с одновременным припениванием (приклеиванием) к обшив­кам, предварительно смазанными клеем (см. главу 7).

В отличие от других синтетических клеев каучуковые клеи хорошо работают на неравномерный отрыв и вибрационные нагрузки, в силу присущей им эластичности позволяют склеивать материалы с различ­ными коэффициентами температурно-влажностной деформации и об­ладают многими положительными технологическими свойствами.

Основным недостатком каучуковых клеев является пониженное (по сравнению с другими клеями) сопротивление длительным нагруз­кам, а также повышенным и пониженным температурам. Кроме этого, каучуковые клеи имеют пониженную зазорозаполняемость, что требу­ет особенно тщательной подгонки склеиваемых элементов. Правда, как показали испытания, эти недостатки имеют меньшее значение при при­менении технологии вспенивания пенопласта в полости панели, особен­но с гофрированной обшивкой. Это объясняется практическим отсутст­вием непроклеев при методе вспенивания, где пенопласт сам припени- вается к обшивке со всеми ее неровностями.

В связи с указанными свойствами каучуковые клеи могут приме­няться для изготовления широкого круга конструкций, особенно из­готовляемых методом вспенивания пенопласта в их полости (см. гла - ву 7).

Однако в связи с относительно пониженными механическими свой­ствами каучуковые клеи не следует применять в конструкциях, где кле­евые швы сильно напряжены, например в трехслойных плитах кровли с плоскими алюминиевыми обшивками.

Эпоксидные клеи (типа ЭПЦ) изготовляются из эпоксидных смол (ЭД-5 или ЭД-б), отвердителя (кубовые остатки ГМДА или полиэти - ленполиамин), модификатора (полиэфир МГФ-9 или ТГМ-3 и др.) и минерального наполнителя (портландцемент или вибромолотый песок и др.).

Они обладают целым рядом интересных особенностей: у них хоро­шая адгезия почти ко всем материалам, они переходят в твердое со­стояние практически без усадки и выделения каких-либо побочных про­дуктов, что позволяет применять при склеивании небольшое давление (0,1—0,5 кГ/см2), достаточное для прижатия склеиваемых элементов друг к Другу. Эпоксидные клеи обладают хорошими зазорозаполняю - щими свойствами и допускают относительно большую толщину клеево­го шва. Процесс их отверждения может происходить как при обычной температуре (с аминными отвердителями), так и при нагреве (с амин - ными и кислыми отвердителями).

Клеевые соединения на эпоксидном клее достаточно прочны и во­достойки и имеют относительно высокий коэффициент длительного со­противления. Характерна для эпоксидных клеев их меньшая, чем у большинства клеев, чувствительность к изменению рецептуры, толщине клеевого шва, давлению и температуре.

Большие преимущества этих клеев перед другими — химическая индиферентность по отношению ко всем склеиваемым материалам, вы­сокая стойкость к большинству растворителей, к слабым кислотам и щелочам, жидкому топливу и маслам, хорошие диэлектрические и ме­ханические свойства.

Однако эпоксидные клеи сравнительно дороги и дефицитны и обла­дают рядом серьезных недостатков, затрудняющих их применение. К этим недостаткам относится повышенная вязкость, затрудняющая приготовление и нанесение клея, некоторая токсичность, непригодность для непосредственного применения при наиболее перспективном спосо­бе изготовления трехслойных конструкций — методом вспенивания в по­лости панели[20].

Эпоксидные клеи относительно жестки, что затрудняет их примене­ние при склейке разнородных жестких материалов (например, асбесто­цемента с пеностеклом), а также ухудшает их работу на неравномер­ный отрыв. Этого недостатка, присущего чисто эпоксидным клеям, мо­жно избежать путем совмещения эпоксидных смол с другими полиме­рами. Такими комбинированными композициями являются, например, относительно менее жесткие (низкомодульные) клеи (марок К-134, К-147), получаемые путем совмещения эпоксидных смол с каучуками (тиоколом или жидким нитрильным каучуком).

В связи с указанными свойствами эпоксидные клеи и их модифика­ции могут, в принципе, применяться для склеивания большинства ма­териалов, особенно высокопрочных. Однако, учитывая сравнительно высокую стоимость и особенно дефицитность эпоксидных клеев, их не рекомендуется применять в тех случаях, где они могут быть заменены равноценными по прочности (для данной пары материалов), но более доступными клеями.

Фенольные клеи уже давно применяются в строительной промыш­ленности для склеивания деревянных конструкций, водостойкой фане­ры и других нужд. Более чем 25-летний опыт показал высокое качество этих клеев. Наибольшую проверку в строительстве из фенольных клеев прошел клей теплого (холодного) отверждения типа КБ-3, который из­готовляется из фенольной смолы Б и отвердителя — керосинового кон­такта Петрова, а в ряде случаев и наполнителя — древесной муки. Он характеризуется доступностью, повышенной водостойкостью и тепло­стойкостью, обладает высокой зазорозаполняемостью (допускает боль­шую толщину клеевых швов) и достаточной длительной прочностью, но более хрупок, чем эпоксидный клей, и дает усадку. При склеивании пенопласта или сотопласта с металлом и асбестоцементом требуется предварительное нанесение на последние защитного покрытия (напри­мер, клея БФ-2) от воздействия кислого наполнителя[21].

Фенольные клеи нашли применение для склеивания сильно напря­женных конструкций. Они уже давно применяются в различных отрас­лях техники для склеивания трехслойных панелей из пенопласта и ме­талла, а в последнее время и для изготовления строительных конструк­ций, например для склеивания панелей телескопического купола (см. главу 4).

Разработан также фенольный клей Б горячего отверждения (смо­ла Б плюс наполнитель), но он почти не нашел применения в связи со сложностью технологического процесса (температура прогрева 140— 160° С) и известной хрупкостью.

К группе фенольных клеев можно отнести синтетические дифеноль­ные клеи (ДТ-1, ДТ-3 и др.), которые изготовляются из дифенольной смолы, тиокола, формалина и наполнителя (маршалит, каолин и др.). Клей ДТ-3, содержащий большее количество тиокола, низкомодульный.

Дифенольные смолы типа дифенолкетонных, используемые для из­готовления этих клеев, представляют собой продукт конденсации двух­атомных фенолов с формальдегидом в присутствии ацетона. Эти фено­лы— продукты термической переработки эстонских горючих сланцев.

Дифенольные клеи можно применять при склеивании асбестоцемен­та, пено - и газобетона, пенопластов и пеностекла. Эти клеи относитель­но дешевы и недефицитны. При их применении не требуется защищать бетон и асбестоцемент от действия кислых отвердителей. К недостат­кам дифенольных клеев следует отнести относительно малую прочность склеивания, вследствие чего их рационально применять для склеива­ния указанных сравнительно малопрочных материалов, например пено­пластов с асбестоцементом.

Полиэфирные клеи изготовляются на основе ненасыщенных поли­эфирных смол типа ПН-1, представляющих собой продукты конденсации многоосновных кислот и многоатомных спиртов. Полиэфирные смолы отверждаются при нормальной температуре или с подогревом при введе­нии инициаторов — отвердителей (гидроперекись изопропилбензола или перекись метил этил кетона) и ускорителей-активаторов (10%-ный раствор в стироле нафтената кобальта).

В отвержденном состоянии полиэфирные клеи обладают хорошей светопрозрачностью, водостойкостью и стойкостью ко многим агрессив* ным средам. К недостаткам этих клеев следует отнести их малую жиз­неспособность (1,5—2 ч), значительные усадки, которые вызывают внутренние напряжения в склеиваемых материалах, и некоторую ток­сичность. Применяются для склеивания светопрозрачных конструкций.

Для изготовления клеесварных конструкций применяется специ­альный клей марки КС-609, состоящий из полимера-бутилметакрилата, его мономера, диметиланилина и минерального наполнителя, а также эпоксидные (ЭПЦ-1) или высокомодульные эпоксидно-каучуковые (К-153) клеи.

Соединения на описанных клеях были подвергнуты широкому ком­плексу химических, физических и механических испытаний. В подавля­ющем числе случаев результат химического или физического воздей­ствия фиксировался по изменению прочности клеевых швов. Испыта­ния проводились на сдвиг и отрыв, в том числе неравномерный. Отрыв — основная причина потери несущей способности трехслойных кон­струкций с тонкой обшивкой (алюминий, стеклопластик). Для конст­рукций же со сравнительно толстыми обшивками решающим фактором становится сдвиг. Однако в связи с тем, что в чистом виде явления от­рыва и сдвига отсутствуют, на всех видах применяемых материалов проводились исследования сдвига и отрыва и их сочетаний.

После отработки рецептуры клея проводились и другие механиче­ские испытания клеевых соединений: на ударный изгиб, отрыв, стой­кость к длительным нагрузкам и т. п.

Клеевые композиции, как и большинство полимеров, изменяют фи­зико-механические свойства с течением времени, т. е. они подвержены старению. Вместе с тем изменение физико-механических свойств кле­евых композиций происходит в условиях, отличных от старения свобод­ных полимеров, так как клеевой шов находится между склеиваемыми материалами и воспринимает определенные нагрузки. Клеевой шов не подвержен непосредственному воздействию влаги, атмосферного кисло­рода, солнечной радиации.

Действие внешних условий на клеевой шов складывается из сум­марного воздействия температуры, окислительных процессов, влаги и механических воздействий. В зависимости от типа конструкций, време­ни, места и условий эксплуатации соотношение этих факторов может меняться в довольно широких пределах. Поэтому при изучении клеевые соединения подвергались как воздействию отдельных факторов, так и комплексным натурным испытаниям.

Наиболее широкие испытания проводились на образцах, изготов­ляемых путем склеивания[22]; кроме того, всестороннему испытанию были подвергнуты образцы из алюминия и пенопласта, получаемые путем вспенивания[23] пенопласта в полости образцов, предварительно смазан­ных каучуковым или эпоксидным клеем.

Всесторонние испытания клеевых соединений показали, что на во­достойкость клеевых швов влияют не только рецептура клея, техноло­гические режимы, но и вид склеиваемых материалов. Длительное вы­мачивание в воде однородных материалов с развитой поверхностью (асбестоцемента, бетона), склеенных эпоксидными и фенольными кле­ями, практически не снижает первоначальной прочности склеивания. Полиэфирные же клеи при длительном действии влаги теряют перво­начальную прочность на 40—50%. Это объясняется влиянием щелочно­сти асбестоцемента и бетона.

При склеивании металлов (стали, алюминия) эпоксидными клеями длительное вымачивание, особенно при повышенных температурах, при­водит к нарушению адгезии и в результате к падению прочности кле­евых соединений. Однако остаточная прочность довольно высока и достаточна для большинства строительных конструкций. Как указыва­лось ранее, относительно наибольшей водостойкостью (и теплостойко­стью) обладают фенольные клеи. Водостойкость каучуковых клеев ти­па 88-Н на органических растворителях вполне удовлетворительная. Вода слабо действует на клеевые сопряжения материалов, не сорбиру­ющих влагу.

Изучение влияния повышенных (до +80° С) и пониженных (до —55° С) температур с последующим испытанием при 20° С (см. табл. 13) показало хорошую сопротивляемость этому виду воздействия упо­мянутых клеев (кроме каучуковых) и достаточную стабильность проч­ности при склеивании однородных пар материалов. Прочность каучу­ковых клеев при пониженных и особенно при повышенных температу­рах существенно снижается, хотя и остается на достаточном для большинства конструкций уровне.

В настоящее время в ЦНИИСК ведутся исследования морозостой­кого каучукового клея. Полученные результаты обнадеживают; элас­тичность этого клея при —50° С не снижается в сравнении с поведением его при нормальной температуре.

Циклические испытания на резкий перепад температур (от —60 до + 80°С), а также на попеременное вымачивание и высушивание пока­зали, что на прочность соединения влияют виды склеиваемых материа­лов с различными величинами температурно-влажностных деформаций. Было установлено, что при склеивании таких разнородных по физико - механическим свойствам материалов, как асбестоцемент с пеностеклом или алюминий с древесноволокнистыми плитами, модуль упругости клея не должен превышать 103, т. е. должны применяться эластичные клеи, например эпоксидно-каучуковые.

При атмосферных испытаниях установлено, что суммарное воздей­ствие всех внешних факторов может снизить прочность склеивания сое­динений примерно в пределах 10—60% в зависимости от состава клея, вида склеиваемых материалов и характера климатических воздействий.

Прочность соединений асбестоцемента на эпоксидных клеях весь­ма стабильна и определяется в основном прочностью асбестоцемента. Соединения металлов на этих клеях больше подвержены действию ат­мосферы, но снижение прочности их ограничено (до 40%). Наиболее стабильными оказались соединения на эпоксидно-каучуковых клеях (К-153).

Атмосферное воздействие в разных климатических зонах различно. Повышенной агрессивностью, особенно по отношению к соединениям разнородных материалов, отличающихся по температурно-влажност - ным деформациям, характеризуются районы с жарким и субтропичес­ким климатом (Батуми, Баку, Ташкент). Более стабильные результаты получены в районах с умеренным и холодным континентальным клима­том (Москва, Якутия).

Весь комплекс испытаний позволил выявить факторы, в наиболь­шей степени влияющие на прочностные характеристики клеевых соеди­нений, найти способы, исключающие ослабление прочности во времени, « установить в первом приближении оптимальные рецептуры клеев и области их рационального применения.

Интересные результаты дали испытания образцов, полученные пу­тем вспенивания пенопласта (преимущественно полистирольного) в по­лости образцов из алюминия, предварительно смазанных клеем каучу­ковым или эпоксидным. Они проводились при нормальных, повышенных (до +60°) и пониженных (—40°) температурах на кратковременную и длительную нагрузки. Испытания проводились на равномерный отрыв. Хотя в результате этих испытаний не удалось выявить действительной прочности клеевых швов (разрушение их происходило обычно по пено­пласту), был установлен во всех случаях высокий коэффициент запаса их прочности, превышающий расчетные сопротивления (0,5 кГ/см2) кле­евых соединений этой пары материалов в 3—5 раз (см. табл. 5).

Проводились испытания и на равномерный отрыв образцов, также изготовленных путем вспенивания по следующей методике: после вспе­нивания пенопласт осторожно снимался с оставлением слоя эпоксидно­го клея на алюминии; затем две такие пластинки склеивались высоко­прочным клеем и испытывались на равномерный отрыв как при нор­мальных, так и при повышенных и пониженных температурах. При этом была достигнута величина разрушающих напряжений порядка 100 кГ/см2, что во многие десятки раз превышает расчетные.

В целом испытания припененных образцов показали, что проч­ность их не ниже, а в большинстве случаев выше, чем клееных.

Клеи, показавшие в результате лабораторных испытаний хорошие результаты, подверглись затем технологическим (см. главу 7), статиче­ским и температурно-влажностным испытаниям на средних и крупных образцах и панелях в натуральную величину, а также проверке рабо­ты конструкций в условиях эксплуатации (см. главу 6).

Как показали технологические испытания, режимы применения клеев, полученные на малых образцах, при переходе на крупные образ­цы, склееные ускоренными способами требуют обычно существенной корректировки.

Было также установлено, что при прочих равных условиях метод вспенивания пенопласта в полости панелей дает более высокие показа­тели, чем метод склеивания. Это можно объяснить отсутствием непро - клеев, меньшей толщиной клеевых швов и другими факторами, харак­терными для первого способа.

На основании указанных испытаний сделаны рекомендации (см. табл. 16) по применению описанных клеев для различных видов кок-

Влияние температуры на прочность различных строительных клеев при сдвиге и отрыве

(равномерном и неравномерном)

Металле ДВП

Асбестоцемент с асбестоцементом[25] ЭПЦ-1

ДТ-1

ДТ-З ПН-1

Струкций в зависимости от свойств этих клеев и их напряженного со­стояния в конструкциях.

Герметики в значительной степени определяют надежность стыко­вых соединений сборно-разборных и некоторых сборных сооружений. Наибольший интерес представляют герметики на основе жидких тиоко - лов, низкомолекулярных силиконовых каучуков и полиизобутилена.

Силиконовые герметики во многих случаях обладают лучшими свойствами, чем тиоколовые (например, повышенной морозостойко­стью), но сравнительно дороги. Поэтому применение нашли преиму­щественно тиоколовые герметики [13, 67]. Они широко используются в США, Англии, Франции, Японии для уплотнения швов между крупно­габаритными панелями. Из многих зданий, успешно эксплуатирующих­ся с применением в стыках тиоколовых герметиков, можно, например, отметить здание ООН в Нью-Йорке, Атомиум в Брюсселе, Дворец спорта в Париже.

Куполообразное здание бывшей американской выставки в Москве (Сокольники) собрано на болтах из объемных элементов с уплотнени­ем швов тиоколовым герметиком. Многолетняя эксплуатация этогозда - ния говорит о хороших качествах тиоколового герметика.

В США выпускаются жидкие тиоколы в большом ассортименте, с самыми различными свойствами. Одни марки тиоколов имеют повы­шенную вязкость (350—1400 /гз), температуру текучести 7—10°С, дру­гие, наоборот, — незначительную вязкость (2,5—16,5 пз) с температу­рой текучести от —15 до —31,5°С. Объемная усадка тиоколов привул - канизации обычно не превышает 5—7%. Физико-механические свойства тиоколов заметно улучшаются при введении в них наполнителей. Так, при введении в жидкий тиокол LP-2 30 вес. ч. печной сажи предел прочности вулканизата при разрыве увеличивается с 7 до 42 кГ/см2, а относительное удлинение — с 250 до 500%, Поэтому в американских гер­метизирующих составах массового применения почти всегда содержит­ся печная или термическая сажа, что положительно сказывается и на стоимости герметиков. Тиоколы вполне стойки к воде. Набухание вул­канизата на основе тиокола LP-2 при нормальной температуре не пре­вышает 7%.

По литературным данным, температурные пределы возможной экс­плуатации тиоколовых герметиков находятся в пределах от —54 до + 150° С.

В СССР разработаны и успешно применяются герметики на осно - зе жидких тиоколов, а также низкомолекулярных силиконовых каучу­ков [13, 67]. Они представляют собой двухкомпонентные системы, жиз­неспособность которых после смешивания компонентов регулируется количеством отвердителя, влажностью (для силиконовых герметиков) и температурой вулканизации.

По данным резиновой промышленности, эти системы в вулканизо­ванном виде обладают кратковременной прочностью на растяжение по­рядка 10—20 кГ/см2 и относительным удлинением до 80—250%. Тиоко­ловые герметики сохраняют эти свойства в интервале температур от + 70 до —40° С или несколько ниже; для силиконовых рабочий интер­вал от —80 до +200° С.

Основные технологические и эксплуатационные свойства некоторых герметиков, вырабатываемых отечественной промышленностью, приве­дены в табл. 7.

Для уплотнения швов, имеющих относительно большую толщину, герметики обычно применяются в сочетании с упругими материалами (резина, пенополиуретан и др.).

Указанные герметики и их сочетания подвергались всесторонним испытаниям во ВНИИНСМ [13], ЦНИИСК1 и других организа­циях.

Принятая в ЦНИИСК методика испытаний определялась как спе­цифическими свойствами герметиков, так и поведением их в качестве уплотнителя в стыке. В связи с этим были приняты два типа образцов: малые образцы, на которых проверялись герметики в чистом виде, и крупные образцы для испытания комбинированных материалов из по­ристой резины и герметика. На малых образцах определялась адгезион­ная прочность герметика к материалам, стойкость к низким и высоким температурам, а также поведение герметиков в объемно-напряженном состоянии, т. е. при сравнительно больших отношениях ширины к длине.

Испытания проводились на разрывной машине «Шоппер», снабжен­ной устройствами для создания высоких и низких температур; скорость перемещения захватов при испытании составляла 10 мм! мин.

Результаты испытаний показали (см. табл. 15), что силиконовые герметики практически сохраняют свойства в рабочем интервале тем­ператур, т. е. до —60°С. С другой стороны, для большинства тиоколо - вых герметиков в интервале температур от —20 до —40° С наблюдает­ся определенный рост прочности и соответственно значительное сниже­ние относительного удлинения. Этого и следовало ожидать исходя из того, что температура хрупкости тиоколов по испытаниям, принятым для резин, лежит в интервале 25—35° С. Однако тиоколовый герметик У-ЗОМЭС-Ю сохраняет при —55°С удлинение в 50%, что, возможно, и будет достаточно для практических целей.

Приведенные данные предварительные и не отражают условий ра­боты стыков панелей в целом, особенно если учесть, что температурные изменения вызывают знакопеременные деформации стыков (растяже­ние-сжатие) и возникающие в связи с этим усталостные явления. По­этому для испытания стыковых соединений на знакопеременные (цик­лические) нагрузки были разработаны и изготовлены специальные ме­ханизмы (см. главу 6).

Предварительное испытание образцов на этих установках показа­ли, что комбинированные образцы (герметик — резина — герметик) мо­гут выдерживать до 15—20 тыс. циклов растяжения-сжатия при ампли­туде до 6 мм без нарушения герметичности.

Такое количество циклов можно условно приравнять к 45—60 го­дам эксплуатации (считая цикл—1 сутки).

Материалы для пневматических строительных конструкций (ПСК). Основные требования, предъявляемые к материалам для ПСК, — воз­духонепроницаемость, эластичность и легкость в сочетании с высокой прочностью на разрыв, достаточная долговечность при эксплуатации в различных климатических условиях, а в отдельных случаях и свето - прозрачность.

Для ПСК применяются ткани из синтетических волокон с различ­ными воздухонепроницаемыми покрытиями и термопластические плен­ки, армированные синтетическим волокном. Иногда применяются тек­стильные основы из стекловолокна. Наиболее распространены ткани из полиамидных и полиэфирных волокон: за рубежом — различные моди­фикации нейлона, терилена, тревира, дакрона, в СССР — капрон и лав­сан. Эти ткани с одной или двух сторон покрываются пастами на осно-

Ве синтетических каучуков (неопрена, бутила, хайполана) или синтети­ческими смолами.

Сейчас за рубежом получили распространение также ткани на основе полиэфирных волокон, покрытые светопрозрачными поливинил - хлоридными смолами, которые помимо воздухонепроницаемости обла­дают атмосферостойкостью, хорошо переносят высокие и низкие тем­пературы и относительно огнестойки. Огневые испытания пневматичес­кой конструкции из такой ткани, проведенные в ФРГ, показали, что источник огня в ней локализуется, даже если возгорание начинается в непосредственной близости от ткани. Это объясняется, с одной сто­роны, тем, что поливинилхлорид — материал трудновоспламеняемый, а с другой — сбиванием пламени струей воздуха, поступающей через отверстие, образующееся при прогорании оболочки.

Прочность воздухонепроницаемых тканей на разрыв обусловлива­ется прочностью их текстильной основы и в общем случае составляет 50—60 кГ/см, деформации при расчетных нагрузках — порядка 2—3%. Ткани на основе полиамидных волокон более растяжимы, чем на осно­ве полиэфирных. В момент разрыва их полная деформация составляет 30—40%, в то время как у тканей на основе полиэфирных волокон она равна 18—25%. Вес воздухонепроницаемых тканей в среднем равен 1 кг/м2. ♦

В СССР воздухонепроницаемые материалы, предназначенные спе­циально для ПСК, не изготовляются. Однако ряд тканей и пленок, вы­пускаемых нашей промышленностью, может быть использован для этой цели. Сюда могут быть, например, отнесены капроновые ткани (№ 24, 806, 60, 42, 19, 52-014, 110Ф), лавсановые ткани (№ 913, 914, 109Ф), по­лиамидные пленки, армированные капроновыми сетками (марок ПС - 40-11, ПС-40-С, А, Ае, ПС-200). Расчетные характеристики этих мате­риалов даны ниже.