Применение пластмасс в строительстве

 

 

 

 

 

 

Тепло – и – звукоизоляционные  материалы.

Наибольшее распространение в  строительстве получили газонаполненные  пластмассы, а также сотопласты.

 Газонаполненные пластмассы  по своей структуре делятся  на два вида:

-пенопласты – материалы с  замкнутыми ячейками;

-поропласты – с взаимносообщающимися  незамкнутыми ячейками.

 Эта классификация условна,  поскольку практически нельзя  получить в чистом виде материал, отвечающий указанным условиям.

 Ячейки, заполненные воздухом  или газом, составляют более  90% объема материала. Поэтому отличительной  особенностью пенопластов является  небольшая плотность (от 10 до 200 кг\м3), низкая теплопроводность и достаточная  для них прочность (0,2-1,1 МПа  при сжатии).

 Пенопласты, благодаря своей  структуре имеют более высокие  по сравнению с поропластами  изоляционные качества.

 Поропласты имеют большее  влагопоглощение, но и обладают  более высоким звукопоглощением.

 Материал получают в виде  блоков или форменных деталей.  Газонаполненные пластмассы выпускают  на основе как термопластичных,  так и термореактивных смол.

 Различают жесткие, полужесткие  и эластичные пенопласты. Первые  два вида применяют в органических  СК (в качестве среднего слоя  в трехслойных панелях).

Сотопластами называют изделия  с системами регулярных сот шестигранной формы, диаметром, примерно, 12-25 мм. Сотопласты изготавливают из хлопчатобумажной или изоляционной бумаги. Сотопласты применяют для изготовления легких трехслойных конструкций.

 

Древесные пластики.

Материалы, полученные на основе переработки  натуральной древесины, соединенные  синтетическими смолами называют древесными пластиками.

 Древеснослоистые пластики (ДСП)  изготавливают из тонких листов  березового (иногда ольхового, липового  или букового) шпона, пропитанного  смолой и запрессованного при  высоком давлении 150-180 кг\см2 и температуре  t=145-155ºC.

 Древесноволокнистые плиты  (ДВП) изготавливают из хаотически  расположенных волокон древесины  (опилок), склеенных канифольной  эмульсией. Сырьем для ДВП являются  отходы лесопиления и деревообработки.  Для изготовления твердых и  сверхтвердых плит в древесноволокнистую  массу добавляют фенолоформальдегидную  смолу. При длительном действии  влажной среды, древесноволокнистая  плита весьма гигроскопична, набухает  по толщине и теряет прочность,  поэтому во влажных условиях  применять ДВП не рекомендуется.  Прочность сверхтвердых плит  ДВП плотностью не менее 950 кг\м3 при растяжении составляет  около 25 МПа.

 

 Древесностружечные плиты (ПС  и ПТ) получают путем горячего  прессования древесных стружек,  перемешанных, вернее опыленных  фенолоформальдегидными смолами.

 Древесностружечные плиты в  зависимости от плотности подразделяют  на:

- легкие γ=350-500 кг\м3

- средние ПС γ=500-650 кг\м3

- тяжелые ПТ γ=650-800 кг\м3

 Прочность плит ПТ и ПС  при растяжении составляет соответственно 3,6-2,9 МПа и 2,9-2,1 МПа. ПС и ПТ  являются дешевым и доступным  материалом, он широко используется  в строительстве в качестве  перегородок, подвесных потолков. Влагопоглощение плит колеблется  в широких пределах, при этом  они разбухают по толщине на 30-40%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Несущие конструкции из пластмасс. Пневматические конструкции.

Высокая прочность некоторых видов  пластмасс при относительно низкой плотности, стойкость против атмосферных  воздействий – это ценное свойство пластмасс как материала для  несущих конструкций. Однако, серьезным  препятствием к применению ПМ в несущих  конструкциях, является их относительно большая деформативность.

 Для предотвращения отрицательного  влияния деформативности ПМ применяются  в основном два приема:

-повышение жесткости конструктивных  элементов путем более рационального,  чем в массивных сечениях распределения  материала;

-придание конструкциям таких  форм, при которых исключаются  или сводятся к минимуму напряжения  от изгибающих моментов и нежелательные  деформации.

 Первому приему в наибольшей  степени отвечают тонкостенные  профили (трубчатые, коробчатые, волнистые), второму – пространственные  конструкции одинарной или двойной  кривизны (своды, купола, оболочки), а также конструкции из объемных  блоков (пирамидальных, воронкообразных,  саблевидных и др.).

 Наиболее приемлемыми для  несущих конструкций являются  пластмассы на основе полиэфирных,  эпоксидных и фенольных смол, с наполнением стекловолокном (полиэфирные  стеклопластики применяются чаще  остальных, так как они наиболее  дешевые).

 

 В менее ответственных частях  конструкций применяется жесткий  винипласт и оргстекло.

 Каждому конструктивному материалу  соответствуют свои эффективные  формы. Можно выделить два основных  вида пластмассовых несущих конструкций:

1) решетчатые конструкции из  стеклопластиковых и винипластиковых  труб;

2) конструкции из объемных элементов  и пространственные конструкции.

 

Решетчатые  конструкции.

 Эти конструкции так же, как  и другие несущие конструкции  из ПМ, пока еще проходят опытную  проверку. Их прочность не вызывает  сомнения, жесткость их достигается  формой сечения их элементов  – чаще всего трубчатой. Ограничение  их применения связано с низкой  степенью огнестойкости, хрупкостью  и старением.

 Исследования с целью улучшения  их свойств продолжаются, проводятся  работы по изучению ферм из  винипластовых труб. Фермы имеют  пролет 6 м и ломаное очертание  верхнего пояса. Соединение элементов  выполняется сваркой.

 

 В специальных сооружениях  нашли применение стеклопластиковые  трубы для радиобашен высотой  27-30 м. (США – Колорадо, Флорида). Башня  выполнена в виде секций, которые  соединены между собой с помощью  конических гильз на клею. Вес  башни – 640 кг., в 5 раз легче  аналогичной стальной башни, стоимость  материала в 3 раза выше, значительна  экономия на транспорте, монтаже  и сооружении.

Для изготовления радиобашен используются трубы из стеклопластика диаметром d=51,64,76,89 мм., толщина стенки δ=3мм.

 

Конструкции из объемных элементов и пространственные

конструкции из пластмасс.

Такие конструкции используют в  качестве покрытия зданий и сооружений различного назначения.

 Получили распространение конструкции  из лотковых, пирамидальных, воронкообразных  элементов, а также пневматические  конструкции.

 Лотковые элементы опробированы  в опыте строительства США,  Франции, Словакии. Толщина лотковых  элементов 3-6 мм., жесткость достигается  гофрированием поперечников и  гнутостью по длине. Лотковые  элементы имеют длину l= 6,8-12,2 м., а ширину b=67-90 см. Формы поперечных  сечений крайне разнообразны.

Соединяют лотковые элементы между  собой болтами через 60 см. и шов  заклеивается эластичной лентой.

 Пирамидальные элементы для  сводчатых и купольных покрытий  выполняются из стеклопластика, могут быть холодными и полутеплыми,  светопрозрачными и глухими.

 По контуру основания пирамид  крепятся болтами, швы заклеиваются  клеящей лентой. Вершины пирамид  скреплены металлическими затяжками.  Они обеспечивают устойчивость  сооружения.

 При любой комбинации нагрузок (симметричной или нессиметричной) в стенках пирамид возникают  растягивающие усилия.

 Воронкообразные элементы применяются  в тех случаях, когда нужно  обеспечить независимость отдельных  частей конструкций.

 Размеры воронки 2,4х2,4 м, высота  – 1,5 м, δ=3-6 мм; она опирается  на стальную трубу h=2,4 м, d=10-15 см, служащую для отвода воды. Форма  воронки – гиперболический параболоид, по контуру идет фланец для  сбалчивания с соседним элементом.  Стыки фланцев вместе с болтами  закрываются поливинилхлоридными  профилями на клею.

 Воронкообразные элементы применяют  в садовых павильонах ( Канада), в  школьных зданиях (США), в покрытиях  рынков (Франция). Самое крупное сооружение  такого вида – выставочный  павильон, построенный в Швейцарии,  имеет размеры ячейки 18х18 м.

 

 

 

Пневматические  конструкции.

 Пневматические конструкции  являются самыми распространенными  пространственными конструкциями  из пластмасс.

 Пневматическими или надувными  называют конструкции, несущая  способность которых обеспечивается  избыточным давлением воздуха  или другого газа, заключенного  в газонепроницаемую оболочку, выполненную  из ткани или пленки.

 Пневматические конструкции  отличаются простотой, легкостью  и компактностью в сложенном  виде, высокой сборностью и транспортабельностью. Их возведение весьма просто  и не требует каких-либо трудоемких  вспомогательных приспособлений. Они  обладают сейсмостойкостью, а их  основание можно возводить на  скальных грунтах.

 Пневматические конструкции  подразделяются на:

- воздухоопорные (воздухонесущие);

- пневмокаркасные;

- комбинированные (вантовопневматические  и линзообразные).

 Воздухоопорные конструкции представляют собой закрытую пневмооболочку, под которой внутри помещения создается небольшое избыточное давление воздуха, играющее роль основного несущего элемента конструкции. Это давление устанавливается расчетом в пределах 0,02-0,002 атм. Такое давление обеспечивает необходимую устойчивость сооружения и практически не ощущается находящимися в помещении людьми.

 Воздухоопорные ПК проектируются,  как правило, в виде сферических  куполов или цилиндрических сводов  пролетом от 12 до 50 м. и более.

 Пневмокаркасные конструкции состоят из ряда несущих надувных элементов. Пневмоэлементы представляют собой герметически зарытые баллоны, чаще всего трубчатой формы диаметром до 60-70 см.

 Пневмокаркасные конструкции  применяются в виде пневмобалок,  пневмостоек, пневмоарок, пневмокуполов  и других конструкций. 

Пневмоарка (Ризб=0,5-1,5 атм)

Пневмобалка

Пневмостойка

Пневмокупол

 

 Внутри помещения с пневмокаркасными  конструкциями в отличие от  воздухоопорных, сохраняется нормальное  давление воздуха. Однако, конструкции  этого типа сложнее в изготовлении  и требуют установки для нагнетания  воздуха под значительно большим  давлением. Для этой цели используют  обычно компрессоры, а иногда  баллоны со сжатым воздухом  или газом.

 

 

 Комбинированные конструкции состоят из сборного каркаса (алюминиевого, стального или деревянного) и воздухоопорной ограждающей оболочки.

В обычных условиях внутри помещения  поддерживается нормальное давление. Давление повышается при значительных ветровых или снеговых нагрузках. Эти  конструкции отличаются повышенной стойкостью, однако их применение целесообразно  при перекрытии больших пролетов.

 Вантовопневматические конструкции  представляют собой сочетание  воздухоопорных оболочек с вантовыми  системами из стальных или  синтетических тросов.

 Линзообразные пневматические  конструкции состоят из замкнутых  висячих оболочек, закрепленных  на жестком опорном каркасе.

 Пневмоконструкции применяются  во временных сооружениях: зерноскладах, складах сыпучих материалов, как  опалубка для монтажа постоянных (бетонных) конструкций; для капитальных  сооружений – как покрытие  цирков, стадионов, летних кинотеатров.  Кроме того, ПК применяют для  изготовления куполов и складов  методом поверхностного нанесения  стеклопластика или полиуретана,  в результате чего образуется  монолитная трехслойная конструкция.

 Из всех видов ПК наибольшее  применение получили воздухоопорные  конструкции в виде цилиндрических  или сферических оболочек.

 

Материалы, применяемые для ПК.

 

 Для возведения пневматических  конструкций используют тканевые  материалы и пленки.

 Основные требования к этим  материалам:

- воздухонепроницаемость;

- влагонепроницаемость;

- эластичность;

- легкость в сочетании с высокой  прочностью на разрыв и достаточной  долговечностью при эксплуатации  в различных климатических условиях.

 Пленки, как правило, дешевле  тканей, но они более деформируемы, менее прочны и недолговечны  в эксплуатации. Поэтому пленки  применяют для временных сооружений  и теплиц.

 В сооружениях, предназначенных  для длительной эксплуатации  необходимо применять тканевые  материалы.

 Ткани и пленки бывают  одно- и многослойные, прозрачные  и непрозрачные. При необходимости  их можно утеплять эластичными  синтетическими материалами.

 Тканевые материалы состоят  из основы и пропитки (или покрытия). В качестве основы применяю  технический текстиль из природных  (лен, хлопок) и синтетических  (капрон, нейлон и другие) волокон.  Для изготовления пропитки используют  эластичные смеси на основе  синтетических и каучуковых смол.