Основные достоинства и недостатки пластмасс

Достоинства	Недостатки
Высокая прочность при малой плотности Низкая теплопроводность Высокая водостойкость, коррозионная и химическая стойкость Высокая декоративность Низкая истираемость Высокие электроизоляционные свойства Способность образовывать тонкие прочные пленки Подверженность сварке и склеиванию Высокая эластичность	Низкая теплостойкость Малая поверхностная твердость Высокий коэффициент термического расширения Низкий модуль упругости, повышенная ползучесть Горючесть с выделением вредных газов Токсичность при эксплуатации Подверженность «старению» Малая жесткость Способность накапливать статическое электричество

К недостаточно изученным свойствам пластмасс следует отнести сроки их службы. Вопросы долговечности материалов, изменяемости их свойств во времени в значительной мере определяют возможность их применения в строительстве. Пока, за время нескольких десятилетий их применения, нет отрицательных результатов.

Все многообразие пластмасс в зависимости от назначения их в строительстве сводится к группам: конструкционным, кровельным, гидроизоляционным и герметизирующим; тепло- и звукоизоляционным; отделочным (покрытия полов и стен, лаки, краски, клеи и т.п.) материалам, а также материалам для инженерных коммуникаций. Основными конструкционными материалами на основе полимеров являются полимербетоны. К конструкционно-отделочным материалам относятся стеклопластики, бумажно-слоистые, угольные и другие пластики; древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты (которые могут являться также конструкционно-теплоизоляционными материалами).

1.4. Конструкционные материалы на основе полимеров

Основными представителями пластмасс, применяемых для возведения несущих, ограждающих и других строительных конструкций, являются древесно-слоистые пластики и стеклопластики, полимерные бетоны, стеклотекстолиты.

Полимербетоны – бетоны, в которых вместо минерального вяжущего используется полимерное. Вяжущим, как правило, служат жидко-вязкие олигомеры (например, эпоксидные и полиэфирные смолы). Смола играет роль и вяжущего, и воды, обеспечивая удобоукладываемость бетонной смеси. Твердение полимербетонов происходит в результате сшивки олигомера до состояния пространственного полимера.

Полимерные вяжущие придают бетону специфические свойства:

– высокую и универсальную химическую стойкость (самое важное свойство полимербетонов);

– высокую прочность (50–100 МПа) при нормальных температурах;

– водостойкость и водонепроницаемость;

– высокую износостойкость;

– хорошее сцепление со многими строительными материалами;

– низкую теплостойкость (до 100–300ºС) – отрицательный фактор.

Армируют полимербетоны стальной или стеклопластиковой арматурой либо волокнами: стальными, стеклянными, полимерными.

Используют полимербетоны, главным образом, в химической промышленности, в конструкциях, где необходима высокая химическая стойкость, при ремонте облицовок и изделий из декоративных горных пород (например, при восстановлении изношенных гранитных ступеней в метро). Используя отходы различной крупности, образующиеся при обработке декоративных горных пород, на полимерных вяжущих делают плиты и блоки. Их можно распиливать и обрабатывать как цельный природный камень. Полимерные вяжущие при этом наполняют порошком из горных пород, чтобы слои вяжущего не были заметны.

Кроме того, из таких бетонов изготовляют подоконные плиты, прилавки в магазинах и даже санитарно-техническое оборудование (раковины, ванны, джакузи и т.п.) (рис. 2). Цвет полимербетонов может быть любым, они хорошо окрашиваются различными пигментами, что открывает им широкие возможности использования в элементах дизайна.

Полимерцементные бетоны – цементные бетоны, в которых на стадии приготовления смеси вводятся полимерные добавки. Добавки представляют собой водные дисперсии (эмульсии, латексы) или редиспергируемые сухие порошки (как сухое молоко) тех же полимеров. Содержание полимера в полимерцементных бетонах 5–15 % от массы цемента. Чаще других используют дисперсии полиакрилатов, поливинилацетата и его сополимеров и латексы синтетических каучуков. Полимерные добавки, образуя в бетоне самостоятельные структуры, придают бетонам высокие адгезионные свойства, значительно повышают их износостойкость, ударную прочность и прочность при изгибе. Большее распространение, чем бетоны, находят полимерцементные растворы.

Рис. 2. Подоконник (слева) и ванна (справа),

выполненные из полимербетона

Бетонополимеры – бетоны, поры которых заполнены полимерами. Для достижения этого эффекта затвердевшие и высушенные бетонные элементы пропитывают жидкими мономерами или олигомерами, которые затем полимеризуются в порах бетона, переходя в твердое состояние. После такой обработки бетон приобретает высокую прочность (до 100–200 МПа), полную водонепроницаемость и очень высокую морозостойкость (F500 и более). Кроме того существенно повышаются долговечность, коррозионная и химическая стойкость. Эффект от пропитки бетонов полимерами обычно составляет десятки процентов по сравнению с беспропиточными бетонами.

Древесно-слоистые пластики (ДСП) – материалы, изготовленные в виде листов и плит горячим прессованием пакетов древесного шпона, пропитанного полимером. Связующим для ДСП служат резольные фенолоформальдегидные или феноло-карбамидно-формальдегидные полимеры. Поверхность листов ДСП гладкая, слегка глянцевая, похожа на лакированную, с хорошо просматриваемой текстурой древесины (рис. 3, а). ДСП по основным физико-механическим свойствам превосходят исходную древесину и используются для изготовления несущих конструкций, вспомогательных, крепежных и монтажных элементов.

Стеклопластики – пластмассы, содержащие в качестве упрочняющего наполнителя стекловолокно. Высокие значения механической прочности, легкость, низкая теплопроводность и другие ценные свойства определили широкое использование стеклопластиков в различных строительных конструкциях. Использование легких конструкций, изготовленных на основе стеклопластиков, позволяет снизить массу здания в 16 раз по сравнению с кирпичными и в 8 раз по сравнению с крупнопанельными железобетонными зданиями. Стеклопластики в 1,5 раза легче изделий из алюминиевых сплавов, существенно превышая последние по механической прочности. Они в несколько десятков раз более стойки к ударным воздействиям, чем стекло, их прочность при изгибе и растяжении в 5–10 раз больше стекла, а плотность в 1,5–2 раза меньше.

а б

Рис.3. Древесно-слоистый пластик многослойный (а)

и листовой волнистый стеклопластик (б)

Светопропускание стеклопластиков может достигать 90 % на толщину 1,5 мм, в том числе до 30 % – в ультрафиолетовом спектре против 0,5 % для обычного силикатного стекла. Стеклопластики обладают теплопроводностью в 6–10 раз более низкой, чем керамика, бетон и железобетон. Для стеклопластиков характерна высокая демпфирующая способность, они могут применяться в конструкциях, подвергаемых воздействию вибрации. Отношение предела выносливости к плотности (удельная усталостная прочность) стеклопластиков примерно такое же, как и малоуглеродистой стали; они могут выдерживать длительные эксплуатационные нагрузки [7]. По значению ТКЛР (10–25·10^-4) стеклопластики близки к легким металлам. Однако некоторые стеклопластики имеют склонность к старению и пониженную долговечность при эксплуатации в суровых климатических условиях.

В строительстве стеклопластики применяются в виде плоских и волнистых листов для устройства светопрозрачной кровли промышленных зданий и сооружений: теплиц и оранжерей, малых архитектурных форм; трехслойных светопрозрачных и глухих панелей ограждений и покрытий; оболочек и куполов; изделий коробчатого и трубчатого сечений; оконных и дверных блоков; санитарно-технических изделий; форм для изготовления бетонных и железобетонных изделий и др. (рис. 3, б).

Полимерным связующим стеклопластиков обычно являются полиэфиры, реже феноло-формальдегидные и эпоксидные смолы; наполнителем – тканые и нетканые стекловолокнистые материалы. Из стеклопластиков в наибольшем количестве производятся листовые материалы – стеклотекстолиты, полупрозрачные и прозрачные листы на основе рубленого стекловолокна, светопрозрачные купола и оболочки.

Стеклотекстолиты получают на основе стеклоткани и полимерного связующего. Их прочность при растяжении достигает 220–300 МПа. Стеклотекстолиты применяют при устройстве электрораспределительных щитов, изготовлении наружных стеновых панелей и других конструкций.