книги из ГПНТБ / Литвин, А. Н. Железобетонные конструкции с полимерными покрытиями

ческие требования или требования непроницаемости для, летучих жидкостей:

емкости для сбраживания и хранения пива и вина;, резервуары для приема и хранения сернистой нефти:

и светлых нефтепродуктов.

Другая большая группа объектов, где разработанный' способ может оказаться эффективным, включает в себя сооружения, нуждающиеся в надежной и долговечной гидроизоляции:

напорные водоводы средних и больших диаметров. (300—1500 мм и более);

глубокие подвалы, включая специальные; вертикальные подземные сооружения, возводимые:

методом опускного колодца; стволы шахт;

тоннели и подземные переходы, сооружаемые откры­ тым способом;

тюбинги для тоннелей глубокого заложения; плотины и другие гидротехнические сооружения;

плиты кровельных покрытий с готовой гидроизоляци­ ей для неотапливаемых зданий;

кровельные плиты полной заводской готовности для:

с готовой облицовкой; панели и перегородки с готовой облицовкой;

блоки и панели для цоколей и наружных степ зданий с готовой облицовкой;

панели перекрытий с готовым полом, в том числе и размером «на комнату»;

кассеты и матрицы для изготовления железобетон­ ных изделий с поверхностями повышенной гладкости.

К объектам, где применяемый способ может оказать­ ся эффективным, относятся также газо- и нефтепроводы, износостойкие трубопроводы для гидротранспорта шла­ мов, угля, руд и др.

В связи с освоением производства полимержолезобетонных конструкций и начавшимся их внедрением в стро-

10

Г л а в а I. ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОЛИМЕРЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛАХ И ИХ СВОЙСТВАХ

Полимерные материалы (полимеры) —это много­ численная группа веществ, имеющих ряд специфических особенностей. Они построены из молекул, содержащих сотни, тысячи и десятки тысяч однотипных атомных групп. Описанию их строения и свойств посвящена об­ ширная техническая и справочная литература [5, 12, 26, 28, 30, 48, 57, 58]. Поэтому в настоящем издании будут приведены лишь выборочные сведения о тех полимерах и их свойствах, которые могут понадобиться при реше­ нии вопроса о возможности их применения в полимержелезобетонных конструкциях. Для удобства пользования основные свойства наиболее перспективных для приме­ нения полимерных материалов сведены в табл. 1 и 2.

ПОЛИЭТИЛЕН

Полиэтилен относится к полиолефинам и представ­ ляет собой химически инертный высокомолекулярный парафин. Это термопластичный полимер, который, начи­ ная со средней относительной молекулярной массы, рав­ ной 15 000, образует жирные на ощупь роговидные, слег­ ка просвечивающие материалы белого цвета, легко ре­ жущиеся ножом, не имеющие ни запаха, ни вкуса и в чи­ стом виде физиологически безвредные [89].

По масштабам производства и применения [47] по­ лиэтилен занимает в настоящее время среди полимеров второе место, причем его мировое производство уже из­ меряется миллионами тонн. Он обладает ценными свой­ ствами: легко перерабатывается в разнообразные гото­ вые изделия различными высокопроизводительными ме­ тодами— экструзией, литьем под давлением, вакуумным формованием и др. и, кроме того, имеет почти неограни-

12

ценную и дешевую сырьевую базу (продукты переработ­ ки нефти), освоенную технологию крупнотоннажного производства и требует относительно немного капиталь­ ных вложений для организации его производства.

В промышленности изготовляют три основных вида полиэтилена, существенно отличающихся по свойствам. Кроме того, изготовляют небольшое количество сополи­ мера этилена с пропиленом и несколько его композиций с полппзобутпленом.

Наибольшее распространение получил полиэтилен с плотностью в пределах 920—930 кг/м3 — полиэтилен низкой плотности или по способу производства полиэти­ лен высокого давления*. При полимеризации этилена в присутствии металлоорганнческого катализатора Циг­ лера— Натта под давлением до 1МПа (10 ат) получают более прочный и жесткий полиэтилен с плотностью 940—960 кг/м3 и относительной молекулярной массой порядка 200—400 тыс. [89]. Этот вид полиэтилена назы­ вают полиэтиленом высокой плотности, или (по способу производства) полиэтиленом низкого давления**.

В присутствии окислов металлов переменной валент­ ности и при давлении около 4 МПа (40 ат) получают по­ лиэтилен среднего давления плотностью 960—970 кг/м3.

Из всех трех видов полиэтилена наиболее перспек­ тивным материалом для использования в полимержелезобетоииых конструкциях является полиэтилен низкой плотности (высокого давления). Ом более гибок, легче перерабатывается в профилированные рукава и листы, дешевле других видов полиэтилена, а его меньшая проч­ ность не играет решающей роли, так как в полимержелезобетонных конструкциях силовые воздействия воспри­ нимает железобетон. Полиэтилен среднего и низкого давления тоже можно использовать, Но только в различ­ ных композициях с полинзобутиленом или в виде сопо­ лимера с полипропиленом [93]. В связи с этим рассмат­ риваются в основном свойства полиэтилена низкой плот­ ности (полиэтилена НП) и частично полиэтилена высокой плотности (полиэтилена ВП).

В полиэтилене в зависимости от температуры содер­ жится большее или меньшее количество структурирован-

*В зарубежной литературе его называют также разветвленным полиэтиленом.

**В зарубежной литературе его называют также линейным по­

лиэтиленом.

13

“ Т а б л и ц а 1. Важнейшие физико-механические свойства основных полимерных материалов (при 20° С)

Поливинилхлорид:

пых участков, характеризуемых условной степенью кри­ сталличности, выражаемой в процентах. По мере нагре­ вания полиэтилена степень его кристалличности умень­ шается и при температуре ПО—115° С полиэтилен НП становится полностью аморфным. У полиэтилена ВП это наблюдается при температурах 125—135° С (иногда эти

Рис. 3. Зависимость плотности полиэтилена от температуры

Температура

Рис. 4. Зависи­ мость между на­ пряжениями рас­ тяжения и дефор­ мациями у поли­ этилена (х — точ­

ка разрыва)

температуры называют температурами плавления поли­ этилена). Внешне исчезновение кристаллической фазы выражается в том, что материал становится полностью прозрачным. При охлаждении степень кристалличности полиэтилена увеличивается, ио в нем всегда остается не­ которое количество аморфных участков, которые обус­ ловливают морозостойкость материала до температур от —60 до —70° С.

От соотношения между кристаллической и аморфной частями в полиэтилене зависят многие его свойства. На­

18

пример, на кривых зависимости плотности от температу­ ры (рис.З) заметны явно выраженные переломы в точках, соответствующих полному исчезновению кристалли­ ческой фазы и переходу полимеров в аморфное состоя­ ние. Так как плотность полиэтиленов с понижением тем­ пературы существенно увеличивается, то при остывании изделий, отформованных при повышенных температу­ рах, наблюдается его значительная объемная усадка, с которой необходимо считаться при переработке поли­ этилена в изделия и учитывать ее при конструировании устройств для формования. В табл. 3 приведены дан­

тов его линейного и объемного расширения. Абсо­ лютные величины коэффициентов объемного и линейно­ го расширения у полиэтилена НП весьма значительны, и в интервале 0—50° С они примерно в 20 раз больше, чем у стали и бетона. Столь большая разница коэффици­ ентов термического расширения полиэтилена НП и бе­ тона обусловливает термические напряжения в полимер-- железобетонных конструкциях, для расчета которых необходимо знать средние величины значений коэффици­ ентов расширения полиэтилена в температурных интер­ валах, которые могут наблюдаться в эксплуатации. В табл. 4 в точках пересечения минимальных температур, принимаемых по вертикальной шкале, и максимальных

тором значении напряжения начинается холодное тече­ ние материала. В это время на образце образуется «шейка», которая при неизменном значении напряжения начинает распространяться по длине образца, пока по­ перечные размеры всего образца не будут соответство­ вать размерам «шейки». После этого при повышении на­ пряжения вплоть до разрыва наблюдается некоторая уп­ ругая деформация уже полностью ориентированного образца.

8)

Разрушающее напряжение при растяжении полиэти­ лена с повышением температуры уменьшается, а с пони­ жением температуры возрастает (рис. 5,а). Относитель­ ное удлинение при разрыве для полиэтилена при изме­ нениях температуры имеет максимум (рис. 5,6). Предел пропорциональности полиэтилена также существенно зависит от температуры, уменьшаясь с ее повышением, как это видно из данных, приведенных в табл. 5. Модуль

21