Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Архитектурно-дизайнерское материаловедение. В 3 частях. Ч. 2. Строительные материалы. Керамические материалы. Материалы на основе стеклянных расплавов
.pdf
61
занимающие более 90 % объёма материала, делают их идеальными
теплоизоляторами. При введении сажи или графита в пластмассу она
становится электропроводной.
Рис. 4. Расположение пор в сотопластах
Пластификаторы. При введении пластификаторов в состав
пластмасс, смесь становится более пластичной. В качестве пластификаторов применяются нелетучие органические жидкости, хорошо
совмещающиеся с полимерами (например, глицерин). Количество
пластификатора может достигать 30–50 % от массы полимера. Они
очень широко используются в производстве рулонных материалов. Из
пластификаторов обычно изготавливают прочные и жёсткие изделия,
например, высоконапорные трубы.
Стабилизаторы, отвердители, инициаторы. Стабилизаторы
являются обязательным компонентом пластмасс, т.к. они обеспечивают сохранение первоначальных свойств полимера. При их отсутствии будет происходить старение полимера под воздействием повышенных температур, света, кислорода и воздуха.
Инициаторы и отвердители – это вещества, способствующие
повышению прочности полимера. Инициаторы ускоряют процесс
отвердения полимера.
Пигменты и красители применяются для большинства полиме-
ров для придания внешнему виду тех или иных качеств. Пигменты и
красители должны быть прежде всего светоустойчивыми, термостойкими, не разрушаться и не изменять цвет под воздействием пластификаторов, стабилизаторов и наполнителей.
61
62
4.4. Пластмассы и другие строительные материалы
на основе полимеров
В строительной практике в последние годы распространились
строительные и отделочные материалы на основе полимеров. Прежде
всего, это различные виды пластмасс. Пластмассы (пластические
массы) – большая группа материалов с самыми разнообразными
свойствами, используемых в строительстве для отделки, тепло- и гидроизоляции и многих других специальных целей. Такое название эти
материалы получили из-за того, что в период формования изделий
они находятся в вязкотекучем (пластическом), а в готовом изделии – в
твёрдом состоянии. Широкое внедрение в практику строительства относительно дорогих, а в ряде случаев и дефицитных материалов, объясняется наличием у пластмасс целого ряда ценных свойств: малой
плотности, стойкости к агрессивным воздействиям внешней среды,
разнообразных декоративных качеств. Пластмассы хорошо свариваются и склеиваются между собой и с другими строительными материалами (древесиной, металлом и др.). Вместе с тем, пластмассы не лишены недостатков. Большинство пластмасс горючи и обладают низкой теплостойкостью (предельные рабочие температуры для многих
из них 100–150 °С, а некоторые начинают размягчаться уже при 60–
80 °С). Длительное воздействие солнечных лучей, повышенной температуры в сочетании с кислородом воздуха приводит к «старению»
пластмасс, т. е. потере их эксплуатационных свойств, а в ряде случаев
– к их разрушению.
Основным и обязательным компонентом пластмасс является по-
лимер, который выполняет роль связующего, аналогично цементу в
бетонах. Полимерные строительные материалы редко состоят только
из одного полимера. В состав большинства пластмасс входят и другие
компоненты, играющие весьма важную роль в формировании свойств
материала: это наполнители, пластификаторы, красители, ускорители
и так называемые технологические добавки, ускоряющие или облегчающие проведение отдельных технологических операций.
Стеклопластики – листовой материал, получаемый пропиткой
стекловолокон или стеклоткани термореактивными полимерами с последующим их отверждением. Отличаются значительной прочностью,
стойкостью к химически агрессивным средам, свето- и радиопрозрачностью (некоторые виды стеклопластиков пропускают до 90 % лучей
видимой части спектра, в т. ч. ультрафиолетовые). Различают три
62
63
группы стеклопластиков: листовой стеклопластик на основе стекловолокна; стеклотекстолит на основе стеклоткани; листовой стеклопластик СВАМ (стекловолокнистый анизотропный материал), наполнителем в котором является стеклошпон – тонкие полотнища однонаправленных стеклянных нитей, склеенных полимером.
Бумажно-слоистые пластики – листовые отделочные материалы,
получаемые горячим прессованием бумаги, пропитанной термореактивными смолами. Обладают достаточно большой поверхностной
твёрдостью и термостойкостью (от 130 до 180 °С). Основная область
его применения – мебель для кухни, встроенная мебель, облицовка
столярных изделий и стеновых панелей в вестибюлях, коридорах,
аудиториях.
Пено- и поропласты – ячеистые газонаполненные пластмассы.
Если структура пластмасс представлена системой изолированных
ячеек, их называют пенопластами, если сообщающимися порами –
поропластами, регулярно повторяющимися полостями – сотопластами.
Мы рассмотрели некоторые виды строительных материалов на
основе полимеров. Ниже мы познакомимся с основными свойствами
пластмасс.
4.5. Основные свойства пластмасс
Пористость пластмасс регулируется в широких пределах: поли-
мерные пленки и стеклопластики практически не имеют пор, а у пенопластов она может достигать 98–99 %.
Водопоглощение для плотных пластмасс не превышает 1 %.
Большинство пластмасс обладает высокой водостойкостью и стойкостью к водным растворам щелочей, кислот, солей.
Теплостойкость большинства пластмасс невысока – 100–200 °С,
но отдельные виды полимеров (фторопласты, кремнийорганические
полимеры) выдерживают до 300–500 °С.
Пластмассы обладают достаточно высокой стойкостью к различ-
ным солям, кислотам и щелочам. Но некоторые виды пластмасс могут
растворяться или набухать в органических растворителях – это зависит от того, какому полимеру какой растворитель близок по полимерной природе.
63
64
Старение – изменение структуры и состава полимера под дей-
ствием эксплуатационных свойств материала. При старении может
наблюдаться потеря эластичности, появление хрупкости и растрескивание.
Токсичность полимеров в ряде случаев преувеличена, хотя в
жидком состоянии практически все они токсичны, а в твёрдом виде
токсичность уменьшается.
При оценке экологической чистоты полимерных строительных
материалов руководствуются следующими основными требованиями
к ним:
• полимерные материалы не должны создавать в помещении
стойкого специфического запаха;
• выделять в воздух летучие вещества в опасных для человека
концентрациях;
• стимулировать развитие патогенной микрофлоры на своей по-
верхности;
• ухудшать микроклимат помещений;
• должны быть доступными влажной дезинфекции;
• напряженность поля статического электричества на поверхности
полимерных материалов не должна быть больше 150 В/м (при относительной влажности воздуха в помещении 60–70 %).
Горючесть большинства пластмасс является следствием горюче-
сти полимеров. В настоящее время применяются различные антипирены для задержки воспламенения, но в целом, все полимеры являются горючими веществами. При этом от объема и химического строения полимера зависит принадлежность конкретного материала к
группе горючести. Выделяют два основных типа полимерных соединений. Это реактопласты, образующие при нагревании коксовый
слой, который состоит из негорючих веществ и защищает материал от
воздействия высоких температур, препятствуя горению. Другой тип –
это термопласты (плавятся без создания теплозащитного слоя). Вне
зависимости от типа, полимерные строительные материалы нельзя
перевести в разряд негорючих, но возможно снизить их пожарную
опасность. Для этого применяются антипирены – различные вещества, которые способствуют повышению огнестойкости.
Технологические свойства пластмасс характеризуются лёгкой ме-
ханической обработкой: сверление, строгание, обточка на станке.
Большинство полимерных композиций легко поддаётся переработке
путём литья, горячего прессования, экструзии и т. д.
64
65
Оптические свойства характеризуются светопроницаемостью
(прозрачностью) у материалов, не содержащих наполнителей, – органических стёкол.
Биостойкость (биохимическая стойкость) – по отношению к за-
ражению грибками, порче насекомыми и грызунами некоторые виды
пластмасс (поливинилхлоридные трубы) являются неустойчивыми.
Полимеры и композиции на их основе относятся к прогрессивным
строительным материалам, позволяющим уменьшать массу конструкций, снижать материалоемкость и сокращать сроки строительства. Учитывая это, начиная с 60-х годов XIX века объемы применения в строительстве и производства пластических масс, синтетических смол и эластомеров неуклонно возрастают. Экономическая эффективность применения полимерных материалов в строительстве в основном определяется снижением массы зданий, существенным уменьшением количества применяемых лесоматериалов и
условным высвобождением рабочих разных специальностей. За последние 10 лет производство полимерных композиций увеличилось в
12 раз. При этом более четверти полимерных композиций используется в строительстве и спектр их применения весьма широк. Они
повсеместно используются для: покрытия полов (линолеум, релин,
поливинилхлоридные плитки и др.), внутренней отделки стен и потолков, гидроизоляции и герметизации зданий, изготовления тепло- и
звукоизоляционных материалов (поропласты, пенопласты, сотопласты), кровельных и антикоррозионных материалов и покрытий,
оконных блоков и дверей, конструкционно-отделочных и ограждающих элементов зданий, лаков, красок, эмалей, клеев, мастик (на полимерном связующем) и для многих других целей.
Материалы на основе полимеров включают в себя широкий
спектр разновидностей, в том числе – пластмассы. Пластмассы получают двумя способами – полимеризацией и поликонденсацией. В зависимости от этого различают термопластичные полимеры и термореактивные. Термины и определения главы: «полиметилметакрилат», «сотопласты», «поропласты», «стеклопластики», «пластификаторы», «инициаторы» и др.
Итак, мы познакомились с большой группой строительных материалов на основе полимеров. Полимерные композиции окружают
нас сегодня практически повсюду. Задача будущего дизайнера – умение ориентироваться в большом выборе строительных материалов,
чтобы ещё на стадии разработки проекта выбрать оптимально
65
66
экологические и гармонично сочетающиеся строительные и отделочные материалы и добиться успеха в профессиональном плане.
В 1938 году в США был впервые получен нейлон, из которого делают ша-
рики для подшипников, одежду, рыболовные сети и струны теннисных ракеток
и т. д. Поскольку в его создании принимали участие ученые из Нью-Йорка и
Лондона, его название было составлено из первых букв этих городов Nylon.
Контрольные вопросы и задания
1. Почему в последнее время растёт популярность пластмассовых горшков
и контейнеров для комнатных растений?
2. В наше время привычно пить горячий кофе и чай из пластиковых стакан-
чиков. Из какой именно пластмассы изготавливают посуду для горячей пищи?
3. Какую пластиковую посуду можно использовать в микроволновых СВЧ-
печах?
4. Почему в последние годы становятся более популярными трубы для ка-
нализации и водопровода именно из пластика?
5. Что такое термопластичные и термореактивные пластмассы?
6. Какие два способа получения пластмасс вам известны?
7. Какой вид пластика используют для изготовления теплиц?
8. В чем отличие сотопластов, пенопластов и поропластов? Что в них обще-
го?
9. Какие добавки применяют в процессе производства полимерных матери-
алов?
10. Что необходимо учитывать при экологической оценке полимерных ма-
териалов?
11. Какие свойства пластмасс вы можете отнести к положительным, какие –
к отрицательным?
12. Какие меры необходимо применять, чтобы повысить устойчивость
пластмасс к возгоранию?
13. В чём заключается основная опасность пластмасс в условиях пожара?
14. Что обозначает данный вид маркировки на изделиях из пластмассы?
15. Как можно объяснить достаточно хорошую твёрдость и прочность бу-
мажно-слоистых пластиков, которые выполнены из бумаги, пропитанной смолами?
16. Назовите полимерные материалы с оптическими свойствами.
66
67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
XX век ознаменовался широким внедрением в строительство материалов и изделий на основе органических веществ, как природных
(битумы, дёгти), так и искусственных (материалы, полученные хоть и
из природного сырья, но в природе аналогов не имеющие, полностью
искусственные – различные полимеры и материалы на их основе).
В настоящее время, в XXI веке, в строительстве, в т. ч. жилищном, используется широчайшая гамма строительных материалов, как
тех, которые имеют достаточно давнюю историю использования в
строительстве и уже зарекомендовали себя, так и новейших. Отрасль
стройматериалов не стоит на месте. Совершенствуется оборудование,
улучшаются технологии, изобретаются и внедряются более эффективные методы использования материалов, расширяется номенклатура самих материалов.
И сегодня дизайнеру, архитектору и строителю важно не только
уметь ориентироваться в большом выборе строительных и отделочных материалов, но и уметь правильно использовать их в своей профессиональной деятельности, опираясь на многовековые традиции
возведения различных объектов и изучая новейшие методы и подходы в архитектурном строительстве.
Автор учебного пособия ставил цель воспитать у студентов осознание значимости гуманистических ценностей для сохранения и развития современной цивилизации. Стоит оглянуться вокруг – сколько
памятников истории архитектуры нас окружает, а сколько их бесследно исчезло?! А за каждым из них – не только история использования строительных материалов, но и секреты зодчих различных
стран и народов, проверенные веками и передаваемые из уст в уста.
Возможно, некоторые из этих секретов мы уже не узнаем никогда.
Как ни странно, но такой большой пласт, как русский фольклор
сохранил в себе некоторые секреты старых мастеров (перелистайте
ещё раз учебное пособие – посмотрите, сколько загадок, поговорок и
пословиц использовано в издании именно о строительных материалах
или изделиях из них). Однако не стоит отрицать и того, что сегодня
практически каждый день появляются либо совершенно новые строительные материалы, либо модификации уже имеющихся строительных и отделочных материалов.
В июле 2013 года в омских СМИ прошла информация о том, что в Омском
государственном техническом университете создали новую технологию получения нанопорошка. Нанопорошок получили после того, как отшлифовали метал-
67
68
лический стержень на сверхскорости до 200 метров в секунду. Размер каждой
наночастицы, полученной таким образом, в несколько раз тоньше человеческого
волоса. Как иногда случается с великими открытиями, нанопорошок получился в
качестве побочного продукта производства. Однако профессор кафедры магнетизма физического факультета МГУ им. Ломоносова Н. Перов так прокомментировал это открытие: «То, что сделали на кафедре Омского государственного
технического университета – вещь уникальная, не ниже общемирового (!) уровня. Других подобных этой технологии нет. Раньше для получения нанопорошков
необходимо было разрушить наноплёнку, но не всегда удавалось сохранить
структуру исходного материала».
Сфера применения нанопорошков достаточно широка. К примеру, на их
основе можно изготавливать нанокомпозиты – многокомпонентные материалы,
состоящие из основы (матрицы) и наполнителей. В зависимости от типа основной матрицы нанокомпозиты принято делить на три категории: на основе керамической, металлической и полимерной матрицы. Применение нанокомпозитов
имеет широкий спектр – от упаковочной промышленности и медицины до автомобиле- и самолётостроения. А, возможно, недалеко то время, когда нанокомпозиты будут широко применяться и в архитектурной практике.
Конечно, хотелось бы затронуть ещё один немаловажный вопрос,
важный не только для будущих дизайнеров, но и потребителей строительных и отделочных материалов – экологичность этих продуктов
современности.
В настоящее время в нашей стране практически нет (!) разработок по комплексной экологической оценке строительных материалов,
в то время как за рубежом накоплен достаточно богатый опыт, основанный на теоретических подходах при решении этой важной задачи.
При создании проекта ни дизайнер, ни архитектор не должны ошибиться в оценке экологических свойств материалов, умело соединяя
воедино пользу, прочность, эстетику, красоту природы, сохраняя при
этом устойчивое развитие экосистем на урбанизируемом пространстве [3, с. 7].
И всё-таки об экологии строительных материалов поговорим в
третьей части учебного пособия. А в заключение хочется надеяться,
что материал, рассмотренный в этой части издания, поможет будущим дизайнерам не только убедиться в правильности выбранной
профессии, но и осознать то, что настоящим профессионалом становятся не только опираясь на многовековые проверенные традиции, но
и на основе сегодняшних открытий, а также – на основе собственного
опыта.
68
69
Библиографический список
В список основной литературы помещены издания, которые являются обязательными для ознакомления по дисциплине «Архитектурно-дизайнерское материаловедение» и для самостоятельной подготовки по дисциплине.
Список дополнительной литературы расширит читательский кругозор и
позволит получить более широкие знания по тем или иным вопросам материаловедения.
Основная литература
1. Байер, В. Е. Архитектурное материаловедение : учебник для вузов / В. Е.
Байер. – М. : Архитектура-С, 2006. – 264 с.
2. Строительное материаловедение : учебное пособие для студентов строи-
тельных специальностей высших учебных заведений / под общ. ред. В. А.
Невского. – Изд. 3-е, доп. и перераб. – Ростов н/Д : Феникс, 2010. – 588 с.
3. Князева, В. П. Экологические аспекты выбора материалов в архитектур-
ном проектировании : учебное пособие / В. П. Князева. – М. : Архитектура–С,
2006. – 296 с.
4. Материаловедение в строительстве : учебное пособие / под ред. И. А. Ры-
бьева. – М. : Академия, 2007. – 528 с.
Дополнительная литература
5. Дворкин, Л. Современные отделочные и облицовочные материалы : практи-
ческий справочник для строительства и ремонта домов и квартир / Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин. – М. : РИПОЛ классик, 2010. – 576 с.
6. Дворкин, Л. И. Справочник по строительному материаловедению : учебно-
практическое пособие / Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин. – М. : Инфра-Инженерия,
2010. – 472 с.
69
70
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Строительные материалы в архитектуре
Рис. П.1.1. Глиняная мечеть Дженне (Мали), XIIIвек
Рис. П.1.2. Великая Китайская стена
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]