1.3 Краткий исторический обзор, современное состояние и области применения конструкций на основе пластмасс

Пластмассы начинают свою историю с 1872 г., когда был по­лучен целлулоид - жесткий прозрачный материал, вырабатывае­мый из растительной клетчатки (целлюлозы). Будучи полученным из органических материалов естественного происхождения, целлу­лоид является искусственным высокомолекулярным соединением. С 1907 г. по методу, предложенному JI. Бакелендом, начали про­изводить пластмассы на основе феноло-формальдегидной смолы. В отличие от целлулоида эти смолы являлись синтетическими сое­динениями, так как их получали путем синтеза из более простых химических соединений — фенола и формалина.

В последующие годы началось производство и других синтети­ческих смол: с 1924 г. — мочевиноформальдегидной смолы, а с 1938 г. — меламиновой смолы.

В 30-е годы начинается промышленное производство таких пластмасс, как поливинилхлорид, полистирол. В 1940 г. в Англии

был получен полиэтилен, а в послевоенные годы — полиэфирные и эпоксидные смолы. В 1943 г. в США был получен первый стекло­пластик— материал, состоящий из отверждённой феноло-формальдегидной смолы, армированной стеклянным волокном.

В первые годы появления пластмасс им предназначалась роль заменителей металлов (в особенности дорогостоящих цветных ме­таллов) и других дефицитных материалов. Однако в последние 20 лет были разработаны многочисленные материалы, базирую­щиеся на модифицированных (видоизмененных) и вновь получен­ных полимерах, которые обладают комплексом свойств, не встре­чающихся у неорганических материалов. Высокая прочность, не­большая плотность, простота переработки и возможность варьирования в широком диа­пазоне других эксплуатацион­ных свойств быстро преврати­ли пластмассы в незаменимые конструкционные материалы с присущими только им свойст­вами. Теперь пластмассы при­меняют во всех отраслях на­родного хозяйства, среди кото­рых строительство является одним из главных потребите­лей.

Впервые пластмассы для строительных конструкций начали применять за рубежом в 1956—1957 г., когда во Франции, а затем в США были созданы отдельные экспериментально-рекламные цельнопластмассовые жилые дома, демонстрировавшие возможности таких конструкционных пластмасс, как стеклопласти­ки, пенопласты, винипласт, синтетические клеи.

В СССР широкое внедрение пластмасс в строительство нача­лось после решения майского (1958 г.) Пленума ЦК КПСС, на­метившего программу развития химической промышленности и внедрения ее продукции в различные отрасли отечественной эко­номики.

К началу 60-х годов были определены основные области приме­нения строительных конструкций на основе пластмасс: 1) сов­мещенные * несветопрозрачные панели стен и покрытий; 2) светопрозрачные (панели и фонари) ограждающие конструкции; 3) по­крытия в виде оболочек; 4) конструкции, работающие в условиях химически агрессивных сред; 5) пневматические (надувные) кон­струкции (мягкие оболочки).

* Конструкция, совмещающая в одном элементе несущие и ограждающие (тепло - звуко - и гидроизоляционные) функции.

Трехслойные панели для стен и покрытий начали применять в США и западноевропейских странах в послевоенные годы вначале для одноэтажного стандартного домостроения и временных зда­ний, а затем в качестве навесных панелей в промышленных и общественных зданиях.

Все многообразные варианты таких панелей объединяются по одному главному признаку: наличию двух разнесенных слоев (об­шивок), выполненных из жестких листовых материалов (металла, асбестоцемента, стеклопластика) и включенного между ними лег­кого тепло- и звукоизолирующего среднего слоя.

Все три слоя выполняют и несущие функции. Небольшая соб­ственная масса панелей и плит со средним слоем из пенопласта (200—700 кг/м²) обеспечивает эффективность их применения в первую очередь для зданий, строящихся в отдаленных и труднодо­ступных районах. В СССР разработка таких панелей и плит ведет­ся с 1958 г. В 1959 г. в Воскресенске, а также в Люберцах были построены экспериментальные жилые дома со стеновыми трехслой­ными панелями, имевшими обшивки из асбестоцемента. Панели с обшивками из алюминия и средним слоем из пенопласта были раз­работаны в 1960 г. Они эксплуатируются в здании обогатительной фабрики в г. Мирном Якутской АССР (рис. 10) и других про­мышленных объектах этого района.

Рис. 10. Обогатительная фабрика со стенами и покрытиями из трехслойных па­нелей с обшивками из алюминия

В последующие годы, усовершенствованные варианты таких па­нелей и плит нашли применение для стен и покрытий промышлен­ных, жилых и сельскохозяйственных зданий.

Светопрозрачные конструкции применяют в форме волнистых листов, куполов и трехслойных панелей, для которых используют пластмассы, сочетающие высокое светопропускание и достаточную прочность, — полиэфирные стеклопластики, органическое стекло и винипласт. Начало производства светопрозрачных стеклопласти­ков следует отнести к 1946 г., когда в США был освоен выпуск плоских и волнистых листов из этого материала. В Англии светопрозрачный стеклопластик появился в 1952 г., в ФРГ — в 1955 г.

В последующие годы шло совершенствование этого материала с целью повышения его долговечности, огнестойкости и механиче­ских свойств. В странах Западной Европы выпуск плоских и вол­нистых листов широкой номенклатуры составляет сейчас около 40% общего объёма производства всех стеклопластиков.

В СССР производство полиэфирного стеклопластика началось в 1963 г. Исследования, направленные на разработку и внедрение опытных светопрозрачных конструкций из стеклопластика, были до этого начаты в ряде научных и проектных организаций. С 1962 г. эксплуатируются стеновые панели с волнистым стекло­пластиком, установленные в павильоне на территории ЦНИИСКа им. В. А. Кучеренко; в 1963 г. было устроено светопрозрачное покрытие из стеклопластиков над бассейном санатория «Пушки­но», в 1969 г. — над бассейном «Десна» (рис. 1.9). В эти же годы в Латвийской ССР была построена теплица с ограждением из волнистого стеклопластика.

Рис. 11. Здание плавательного бассейна, покрытого светопрозрачпыми па­нелями из стеклопластика.

В СССР производство полиэфирного стеклопластика началось в 1963 г. Исследования, направленные на разработку и внедрение опытных светопрозрачных конструкций из стеклопластика, были до этого начаты в ряде научных и проектных организаций. С 1962 г. эксплуатируются стеновые панели с волнистым стекло­пластиком, установленные в павильоне на территории ЦНИИСКа им. В. А. Кучеренко; в 1963 г. было устроено светопрозрачное покрытие из стеклопластиков над бассейном санатория «Пушки­но», в 1969 г. — над бассейном «Десна» (рис. 11). В эти же годы в Латвийской ССР была построена теплица с ограждением из волнистого стеклопластика.

Значительное развитие получили в СССР конструкции из орг­стекла, применяемые в виде небольших оболочек для заполнения световых проёмов в покрытиях (зенитные фонари). Впервые они были применены у нас в 1962 г. для естественного освещения поме­щений Дворца пионеров в Москве. В последующие годы был раз­работан ряд модификаций зенитных фонарей, и они нашли приме­нение во многих промышленных и общественных зданиях.

Первыми оболочками, выполненными из конструкционных пластмасс, были только что упомянутые купола зенитных фона­рей, для изготовления которых было использовано органическое стекло.

Другими видами оболочек были защитные покрытия над радио­локационными аппаратами. Здесь выбор пал на стеклопластики — материал, сочетавший требуемую прочность с небольшой массой и, что очень важно, радиопрозрачность. Такие сооружения выполня­ли в виде усеченной сферы, диаметр которой зависел от размера защищаемой аппаратуры. При диаметрах до 20—25 м сферы вы­полняли однослойными из стеклопластиковых элементов, при больших диаметрах — трехслойными. Первое сооружение такого типа в 1959 г. было собрано из сборных трехслойных элементов и имело диаметр 43 м. В последующие годы сферические оболочки различной конструкции и размеров изготовляли серийно.

В 60-е годы оболочки из стеклопластика успешно начали ис­пользовать в зданиях общественного назначения, в теплицах, быстровозводимых жилых зданиях и т. п. Оболочки для этих со­оружений отличались многообразием форм и размеров. С 1965 г. начали сооружать купола из пенопласта.

Применение стеклопластиков и других пластмасс для конструк­ций, работающих в химически агрессивных средах, основано на еще одном положительном свойстве пластмасс — возможности под­бора для материала конструкции такого полимера, который был бы инертен (или почти инертен) в данной химически агрессивной среде. Химически стойкие конструкционные пластмассы использу­ют с 50-х годов для вытяжных труб, воздуховодов, емкостей и дру­гих сооружений. Опыт их применения показывает, что они в 7— 10 раз легче стальных и во много раз долговечнее. В отличие от конструкций из традиционных материалов (стали, бетона) они не нуждаются в каких-либо специальных защитных покрытиях, ко­торые в агрессивных средах необходимо регулярно возобновлять.

Пневматические конструкции представляют собой оболочки из воздухонепроницаемых тканей или пленок, несущая способность которых обеспечивается совместной работой со сжатым воздухом. Воздухоопорные конструкции состоят из оболочек, герметически прикрепленных краями, к опорному контуру. Они образуют покры­тия пролетом до 60 м над помещениями с постоянным небольшим избыточным давлением воздуха. Пневмокаркасные конструкции имеют каркас из отдельных пневмоэлементов — пневмостоек, пневмобалок, пневмоарок, поддерживающих покрытия из водонепро­ницаемой ткани. Пневмоэлементы представляют собой герметиче­ски замкнутые баллоны со сжатым воздухом, находящимся под значительным избыточным давлением. Они образуют покрытия над помещениями с естественным воздушным давлением.

Пневматические конструкции характеризуются предельной лег­костью, транспортабельностью в сложенном виде и возможностью их возведения в кратчайшие сроки, измеряемые днями. Они имеют благоприятные перспективы применения в качестве временных сборно-разборных покрытий различного назначения, в виде укры­тий и опалубки на строительных площадках, в виде отдельных стоек, мостиков, небольших плотин и др.

Опытное применение пневматических конструкций было начато за рубежом в 1945 г. и в нашей стране в 1960 г. Эксплуатация пневматических покрытий складских, производственных, зрелищ­ных, спортивных и других объектов показала их рациональность. В настоящее время начато серийное изготовление пневматических конструкций и их расширенное применение в строительстве.

Лекция №2.

Древесина и пластмассы как конструкционные строительные материалы их свойства, достоинства и недостатки