Строительные материалы и изделия

Конструкционные материалы

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

В качестве конструкционных полимерных материалов ис­пользуют главным образом армированные пластмассы.

Для строительных конструкций применяют следующие виды материалов и изделий, изготовленных на основе полимеров: стеклопластики, органическое стекло, винипласт листовой, сото­пласты и жесткие пенопласты.

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

В строительных конструкциях применяют также стеклотексто­лита, в которых в качестве армирующего наполнителя исполь­зуют ткань из бес щелочного стеклянного волокна, а в качестве связующего — модифицированные фенолоформальдегидные или полиэфирные полимеры.

Стекловолокнистые анизотропные материалы (СВAM) пред­ставляют собой один из видов стеклопластиков, которые полу­чают путем укладки вытянутых стеклянных волокон параллель-

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

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

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

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

Стеклопластики на основе рубленого стекловолокна произво­дят и непрерывным методом. В этом случае технология изготов­ления состоит из следующих операций: рубки стекловолокна, распределения стекловолокна на ленте конвейера, пропитки полимером, теплообработки и разрезки на листы определенного

размера. Стеклопластики на основе рубленого стекловолокна изготовляют в виде плоских и волнистых листов длиной до 6 м, шириной до 1500 мм, толщиной 1...3 мм, плотностью 1400 кг/м3, пределом прочности при растяжении не менее 60 МПа, при сжатии не менее 90 МПа и светопрозрачностью ДО 85%.

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

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

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

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

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

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

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

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

Прессовым методом пенополистирол марки ПС-1 изготовляют на основе эмульсионного полистирола марок Б или В; в качестве порообразователя применяют порофор ЧХЗ-57, причем на 100 ч. полистирола берут 2...5 ч. (по массе) порофора. Производство пенопласта прессовым методом начинают, смешивая полимер с газообразователем в шаровой мельнице, снабженной рубашкой охлаждения, в течение 12...24 ч до получения однородной смеси. Приготовленную композицию прессуют на гидравлических прес­сах в закрытых пресс-формах при температуре 120...180°С и давлении 12...20 МПа. При этом частицы полимера сплавляются в монолитную массу, а газообразователь разлагается. Выделяю­щиеся газы частично растворяются в полимере, образуя насы­щенный раствор, а избыток газа распределяется равномерно в нем в виде мельчайших ячеек. После выдержки заготовка ох­лаждается и извлекается из пресс-формы. Опрессованные заго­товки вспениваются при температуре Ю0...105°С в среде насы­

щенного водяного пара. Пенопласт выпускают в виде прямо­угольных плит длиной 1,0...1,2 м, шириной 500 мм и толщиной

5.0. ..8.0 мм. Пенопласт можно получить с различной плотностью (60...220 кг/м3) в зависимости от количества вводимого в смесь газообразователя.

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

30.. .200 кг/м3, теплопроводностью 0,031 ...0,054 Вт/(м-°С), водо - поглощением не более 3% по объему, пределом прочности при 10%-ном линейном сжатии 0,13...0,7 МПа.

• Жесткий пенополивинилхлорид используют главным образом в качестве тепло - и звукоизоляционного материала для среднего

слоя трехслойных панелей стен и плит покрытий жилых, обще­ственных и промышленных зданий. Жесткий пенопласт ПХВ-1 изготовляют прессовым методом на основе поливинилхлорид­ного полимера марки М, смеси газообразователей порофора ЧХЗ-57, углекислого аммония и бикарбоната натрия. Состав пенопласта ПХВ-1 следующий (ч. по массе): поливинилхлорид — 100, метилметакрилат — 25, порофор ЧХЗ-57 — 0,3...0,8, углекис­лый аммоний— 10...16 и бикарбонат натрия — 8. Метилметакри­лат вводят в первой стадии прессования для повышения теку­чести. К концу прессования он в основной массе полимеризуется и его пластифицирующее действие прекращается. В процессе вспенивания заготовки низкомолекуляриый полиметакрилат и небольшое количество мономера способствует получению пено­пласта с малой плотностью.

Технология получения пенопласта ПХВ-1 аналогична техноло­гии получения пенополистирола, изготовленного прессовым мето­дом. Технологические параметры следующие: смешивание —

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

• Пенополиуретан получают в результате сложных реакций, протекающих при смешивании исходных материалов (полиэфира, диизоцианата и воды) в присутствии катализаторов и эмульга­торов. Жесткие пенополиуретаны изготовляют по непрерывному или периодическому беспрессовому методу.

Технологический процесс производства пенополиуретана пе­риодическим методом состоит в следующем. Приготовляют две смеси при температуре 50...80°С: одну — из изоцианата и заме­щенного изоцианата; другую — из полиэфира, эмульгатора, ка­тализатора и воды. Смеси затем выдерживают при температуре

28.. .35°С. К полиэфирам с добавками приливают изоцианаты и смесь перемешивают в смесителе в течение 0,5...2,5 мин. В ре­зультате реакции увеличивают температуру смеси на 7...10°С и объем смеси начинает возрастать. Приготовленную смесь зали­вают в формы, где она окончательно вспенивается. Далее смесь прогревают от 80...150°С в течение 4...6 ч, и полимер полностью отверждается.

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

• Пенополиуретан применяют для среднего слоя трехслойных ограждающих конструкций (панелей стен и плит покрытий), в виде скорлуп для изоляции трубопроводов, холодного и горя - чего водоснабжения. Предельная температура применения

150...160°С.