книги / Строительные материалы

предел прочности при сжатии при 50 %-ной деформации более 0,15 МПа. Эластичные материалы при аналогич­ ных условиях имеют предел прочности менее 0,01 МПа, полужесткие занимают промежуточное положение.

Теплоизоляционные пластмассы получают из термо­ пластичных и термореактивных полимеров химическим и физическим способами. При химическом способе ячеис­ тая газонаполненная структура образуется при терми­ ческом разложении газообразователей или взаимодейст­ вии компонентов композиции; при физическом — в ре­ зультате интенсивного расширения растворенных газов при снижении давления или повышении температуры, а также их механического диспергирования. Без вспени­ вания получают сотопласты. Их изготовляют, склеивая в блоки гофрированные листы бумаги или ткани, пропи­ танной полимером.

смешения полистирола с газообразователями и другими добавками композиции прессуют, получают заготовки, которые затем вспенивают в камерах при 100—105 °С. Прессуют на гидравлическом прессе при давлении' 12— 20 МПа и температуре 120—180 °С. В процессе прессова­ ния частицы полимера сплавляются в монолитную мас­ су. В результате разложения газообразователя газы ча; стично растворяются в полимере, образуя насыщенный раствор. Последующее вспенивание происходит в резуль­ тате возрастающего давления газа и снижения его ра­ створимости в полимере. При бесстрессовом методе, предварительно вспенивают в кипящей воде или водя­ ным паром гранулы полистирола, которые затем спе­ кают в формах (рис. 16.12). Полученные изделия охлаж­ дают и сушат.

Прессовый метод можно применять при использо­ вании любого термопластического полимера. Недоста­ ток этого метода в сложности технологического процес­ са. Беспрессовым методом можно получать вспененные материалы и на основе термореактивных полимеров или их смесей с термопластичными.

Свойства вспененных полимеров зависят, в первую очередь, от их плотности и характера структуры, а так­ же от свойств полимера и вспенивающего газа. Физико­ механические свойства ячеистых пластмасс улучшаются

5 б 7

Рис. 16.12. Схема установки для непрерывного формования беспрессового пе­

нополистирола / — бункер-смеситель; 2 — шибер; з — верхний пластинчатый конвейер; 4 —

с увеличением содержания закрытых ячеек. Преобла­ дающую замкнутую ячеистую структуру имеют прессо­ вые полистирольные и поливинилхлоридные пенопласты, жесткие пенополиуретаны и кремнийорганические пено­ пласты.

Плотность ячеистых пластмасс зависит от плотнос­ ти полимера и содержания газообразователя. Для каж­ дого вида пластмасс имеется предельное количество га­ зообразователя, выше которого снижение плотности не происходит. Плотность теплоизоляционных пластмасс ко­ леблется в диапазоне 10—200 кг/м3. Наиболее легкими являются карбамидные поропласты. Представитель этой группы — мипора имеет, плотность 10—20 кг/м3.

Теплопроводность пластмасс, применяемых для тепло­ вой изоляции, значительно ниже теплопроводности дру­ гих теплоизоляционных материалов. Она составляет 0,023—0,045 Вт/(м-°С). При одинаковой структуре ма­ териалов теплопроводность зависит от вида наполняю­ щего газа. Наименьшая теплопроводность характерна при заполнении пор высокомолекулярными газами.

Ячеистые пластмассы в большинстве случаев разру­ шаются постепенно и не имеют четко выраженного пре­ дела прочности. Прочность их определяют обычно услов­ но при относительной деформации, составляющей 2 — 10%. Сравнительно высокие прочностные показатели имеют полистирольные и поливинилхлоридные пенопла­ сты. При плотности 40---70 кг/м3 предел прочности их при сжатии достигает 0,3—1 МПа, а при растяжении

0,8—1,9 МПа. Прочностные показатели ячеистых пласт­ масс снижаются при увлажнении.

Под теплостойкостью ячеистых пластмасс понимают обычно температуру, при которой усадочная деформация материала за 24 ч не превышает 1 %. Теплостойкость пено- и поропластов на основе термопластичных полиме­ ров составляет 60—70°С. Наиболее теплостойки кремнийорганические пенопласты, температура их эксплуата­

для полиуретановых — 90—120°С.

Для ячеистых пластмасс, как и для других полимер­ ных материалов, характерны повышенные деформации ползучести. Особенно интенсивно развивается ползу­ честь при больших нагрузках и воздействии атмосферных факторов. Наибольшую атмосферостойкость имеют полистирольные и поливинилхлоридные пенопласты, пони­ женную — фенольные.

Большинство теплоизоляционных пластмасс имеет вы­ сокое водопоглощение. Для предохранения от увлажне­ ния их обертывают в водо- и паронепроницаемые пленки или гидрофобизуют. Малым водопоглощеннем отличают­ ся материалы с замкнутыми ячейками.

ГЛАВА 17. КОМПОЗИЦИОННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Композиционный материал (сокращенно композит), состоит из основного материала — матрицы и упрочняю­ щего компонента в виде волокон или твердых частиц. Компоненты композита разделены видимой поверхностью раздела. Соединение в композите минимум двух разно­ родных материалов создает сенергетический эффект — получение качественно новых свойств, отличных от свойств каждого компонента в отдельности. Конструкци­ онные композиты отличаются высокой удельной прочно­ стью (характеризующей отношение прочности к плотно­ сти материала). В-строительстве, наряду с известными композиционными материалами (асбестоцементом), все шире применяют новые виды композитов.

поэтому относительные деформации композита ек, волок­ на ев и матрицы ем равны между собой:

Учитывая условие цельности композита, получим урав­ нение прочности волокнистого композита Rl{ в следующей форме:

Следовательно, модуль упругости композита Ен в рас­ смотренном случае формируется по правилу смесей:

композита рассмотрим применительно к стеклопластику, принимая модуль упругости стекловолокна Ев=

возрастание прочности композита при увеличении напол­ нения его волокном. В стеклопластике содержание волок­ на доводят до 80—90 %, армируя его не отдельными во­ локнами, а стеклотканью. Из рис. 17.1, а также из соот­ ношения Рв/Рм= {EJEn)VBl V B) видно, что усилие, воспринимаемое волокнами, возрастает по мере увеличе­ ния содержания волокна и его модуля упругости. Соот­ ветственно уменьшается доля нагрузки, передаваемой на менее прочную матрицу.

Прочность волокна при растяжении и модуль упруго­ сти зависят от его толщины (рис. 17.2). Диаметр высоко­ прочного стекловолокна с большим модулем упругости 3—7 мкм. Модуль упругости стеклопластика, армирован­ ного таким волокном, составляет 18 000^35 000 МПа, он в 10—20 раз более модуля упругости полимера. Следо­ вательно, модуль упругости конструкционных полимер­ ных композиционных материалов примерно такой же, как и цементного бетона.

Композиционные материалы часто называют материа­ лами будущего из-за их легкости, сочетающейся с высо­ ким модулем упругости и сопротивлением растяжению. Прогресс в этой области связан с применением тонкого «суперволокна» из материалов, модуль упругости которых примерно на порядок выше, чем модуль упругости стек­ ла. Проводятся работы по получению непрерывных воло­ кон бора, карбида кремния, углерода, а также бездефект­ ных кристаллов оксида алюминия (сапфира), нитрида

кремния и др. Стоимость этих волокон высокая, и они в первую очередь будут применяться в самолетостроении и в тех областях техники, где стоимость материала имеет второстепенное значение. Однако исторические аналогии (например, с алюминием) говорят о том, что через 10— 15 лет стоимость новых материалов снизится и по мере освоения производства они станут доступными для строи­ тельной техники.

Стеклопластики — это листовые материалы из стек­ лянных волокон или тканей, связанных полимером. Свя­ зующим веществом в стеклопластиках обычно служат

Рис. 17.2. Графики зависимости прочности на растяжение минеральных воло­ кон от их диаметра

а — стеклянное волокно; б — монокристаллы кремния (светлые кружки) и ок­

сида цинка (черные кружки)

1,8—2 г/см3), что в сочетании с химической стойкостью делает их эффективным материалом для строительных конструкций, емкостей и труб.

§2. АСБЕСТОЦЕМЕНТНЫЕ ИЗДЕЛИЯ И ФИБРОБЕТОН

1.Материалы для изготовления асбестоцемента

Асбестоцемент — цементный композиционный матери­ ал, упрочненный асбестовым волокном. Цементный камень хорошо сопротивляется сжимающим и плохо — растягивающим напряжениям. Введение 15 % тонково­ локнистого асбеста, обладающего высокой прочностью на растяжение, значительно повышает физико-механиче­ ские свойства цементного камня. Асбестоцемент облада­ ет высокой прочностью на растяжение, огнестойкостью, долговечностью, водонепроницаемостью, низкой тепло­ проводностью и электропроводностью.

В нашей стране применяют свыше 40 видов асбесто­ цементных изделий: профилированные листы для кровель и обшивки стен; плоские плиты — обыкновенные и офак­ туренные или окрашенные для облицовки стен; панели кровельные и стеновые с теплоизоляционным слоем для отапливаемых и неотапливаемых помещений; трубы на­ порные и безнапорные и соединительные муфты к ним; специальные изделия (вентиляционные короба, санитар­ но-технические, электроизоляционные и др.). Производ­ ство асбестоцементных изделий быстро развивается. По выпуску асбестоцементных изделий наша страна занима­ ет первое место в мире, более половины мирового выпу­ ска асбестоцементных изделий производится в СССР.

Асбест. Применяют, главным образом, хризотил-ас­ бест, отчасти амфиболовые асбесты. Волокна хризотиласбеста в виде тонких трубочек разной длины имеют на­ ружный диаметр около 4000 нм, толщину стенки около 1500 нм. Для асбестоцемента применяют асбест третьей — шестой групп, в которых длина волокнистых частиц изменяется от 10 мм до нескольких сотых мм, а содержа­ ние их составляет 50—24 % по массе. Остальные 50— 76% приходятся на долю пылевидных и других неволок­ нистых частиц. В некоторых случаях 10—15 % асбеста заменяют базальтовой минеральной ватой или шлаковой ватой.

Цемент. В качестве вяжущего используют специаль­ ный портландцемент для асбестовых изделий марок 400 и.500, выпускаемый из клинкера с содержанием ЗСаОХ X Si02 не менее 52 %, ЗСа0*А120 3 3—8 %, СаОсв^ 1 %, M g 0 ^ 5 %, гипса (в пересчете на S03) 1,5—3,5 %. Тон­ кость помола цемента характеризуется удельной поверх­ ностью 2200—3200 см2/г; начало схватывания — не ранее 1 ч 30 мин; конец — не позднее 10 ч от начала затворения. Применяют также песчанистый портландцемент с добав­ кой 38—45 % молотого песка (при автоклавном тверде­ нии изделий), а также белый портландцемент и цветные цементы.

Большая удельная поверхность асбестового волокна, достигающая 15—30м2/г, обусловливает его высокую ад­ сорбционную способность. В приготовленной исходной массе волокна асбеста должны распределяться равномер­ но. Адсорбируя выделяющиеся при твердении цемента продукты гидратации, асбест уменьшает их концентрацию в растворе. Это ускоряет схватывание и твердение цемен­ та, а цементный камень прочно связывается с волокнами асбеста. При дальнейшем твердении прочность связи во­ локон асбеста с цементным камнем в асбестоцементных изделиях нарастает.

Вода. В производстве асбестоцементных изделий по­ требляют большое количество воды, которая идет на при­ готовление асбестоцементной смеси и на промывку сукон и сетчатых цилиндров формовочной машины. Вода, при­ меняемая для производства асбестоцементных изделий, не должна содержать глинистых примесей, органических веществ и минеральных солей. Наиболее благоприятной является температура 20—25 °С. При температуре ниже 10СС производительность формовочных агрегатов пада­ ет, а твердение изделий замедляется. Слишком же высо­ кая температура воды может вызвать быстрое схватыва­ ние цемента.

Краски. Для окраски асбестоцементных листов приме­ няют цветные цементы или добавляют в массу минераль­ ные щелочестойкие пигменты, обладающие свето- и атмосфероустойчивостыо: редоксайд, сурик железный, ох. ру, оксид хрома, ультрамарин и др. Листы для облицов­ ки стен и панелей санитарных узлов и кухонь покрывают водонепроницаемыми эмалями и лаками (глифталевыми, перхлорвиниловыми, нитроцеллюлозными). Добавки, вво­ димые в асбестоцементную суспензию, улучшают ее тех-

кологические свойства и повышают качество изделий. Добавка полиакриламида увеличивает фильтруемость суспензий; пластификатором является СДБ; применяются также гидрофобизаторы.

2. Понятие об изготовлении асбестоцементных изделий

Производство асбестоцементных изделий включает следующие операции: 1) расщепление (распушка) асбе­ ста на тонкие волокна; 2) приготовление асбестоцемент­ ной суспензии; 3) отфильтрование из жидкой асбестоце­ ментной массы тонкого полотна; 4) формование из него изделий: волнистых (кровельных) и плоских листов, труб, вентиляционных коробов и др.; придание изделиям необходимой плотности и формы путем прессования, вы­ гибания, резки (требуемых размеров); 5) твердение из­ делий в пропарочных камерах, водных бассейнах, авто­ клавах и выдерживание их в утепленных складах до при­ обретения заданной прочности.

Распушку асбеста производят сначала на бегунах, а затем в голлендере. Голлендер — резервуар, внутри ко­ торого вращается барабан с ножами. В голлендере сме­ шивают цемент, асбест и воду. Из голлеидера получен­ ная масса идет в ковшовую мешалку, а затем поступает в формовочную (листоформовочную или трубоформовоч­ ную) машину (рис. 17.3). Рабочая часть листоформовоч­ ной машины состоит из ванны с асбестоцементной суспен­ зией и полого каркасного барабана, обтянутого металли­ ческой сеткой. При вращении барабана на металлической сетке отфильтровывается тонкий слой асбестоцемента, ко­ торый снимает бесконечная лента технического сукна и переносит на металлический форматный барабан, нави­ вающий концентрические слои асбестоцементной смеси. Когда слой асбестоцемента на форматном барабане до­ стигнет необходимой толщины, его разрезают по образую­ щей цилиндра. Получаемый сырой асбестоцементный лист поступает на конвейер для дальнейшей обработки: его разрезают по требуемым размерам, прессуют под давле­ нием 30—40 МПа, а для получения профилированных листов волнируют. Асбестоцементные листы СВ и УВ имеют одну пониженную волну (см. рис. 17.5), которая при монтаже кровли должна быть перекрыта волной нормальной высоты соседнего листа.