014

Для підвищення пластичності полімерів, їх гнучкості, розтягнення і поліпшення умов переробки на пластмаси додають добавки – пластифікатори. Для уповільнення і запобігання процесу старіння полімерів вводять добавки

– стабілізатори.

Властивості пластичних мас.

Властивості пластмас змінюються в залежності від виду полімерного зв’язуючого та наповнювача, їх співвідношення, виду добавок тощо. Загальними властивостями пластмас є їх порівняно низька дійсна густина (не більш як 2000 кг/м3), висока міцність при стисканні та розтягненні, хімічна стійкість, здатність легко та стало офарблюватись, стійкість проти стираючих зусиль, висока технологічність (здатність до обробки, до склеювання та зварювання тощо).

Одним з найважливіших критеріїв ефективності будівельних матеріалів є к о е ф і ц і є н т к о н с т р у к т и в н о ї я к о с т і – відношення границі міцності при стисканні до середньої густини. Цей коефіцієнт для полімерів та щільних пластмас на їх основі є значно більш високим, ніж для більшості інших будівельних матеріалів, та дорівнює 1…2 або понад 2.

Полімерні матеріали необернено деформуються при тривалих навантаженнях. Модуль пружності їх порівняно низький. Повзучість пластмас суттєво обмежує експлуатаційні навантаження при використанні їх як конструкційних матеріалів.

Теплопровідність пластмас порівняно невисока і коливається від 0,28 до 0,46 Вт/(м·°С). На практиці слід враховувати значне теплове розширення полімерних матеріалів, воно у поліетилену, наприклад, більше, ніж у сталі у 30 разів. Високе термічне розширення в сполученні із низькою теплопровідністю може викликати в пластмасах внутрішні напруження та появлення тріщин. Для більшості пластмас є характерними низька теплостійкість, горючість. Під зовнішнім впливом середовища в полімерних матеріалах, внаслідок складних хімічних та фізико-хімічних процесів, здійснюється необернена зміна важливих експлуатаційних властивостей – старіння.

Конструкційні матеріали із пластмас.

Вироби із пластмас отримують різноманітними методами, вибір яких залежить від властивостей компонентів, конфігурації виробів тощо. Так, вироби із термопластичних полімерів отримують шляхом лиття або екструзії – вичавлювання крізь мундштук, а із теплореактивних полімерів – гарячим пресуванням.

К о н с т р у к ц і й н і п л а с т м а с и . Для несучих та огороджувальних конструкцій, що сприймають навантаження і забезпечують захист споруд та необхідний температурно-вологісний режим, застосовують деревношарові пластики, склопластики, листовий вініпласт, оргскло, полімерні бетони.

91

Д е р е в н о ш а р у в а т і п л а с т и к и - різновид пластмас наповнювачем яких є деревний шпон, тобто тонкі листи деревини товщиною 0,3...2,1 мм, що одержують за допомогою лущильних верстатів з розпарених кряжів берези, вільхи та бука. Шпон просочують розчинами фенолформальдегідних полімерів і збирають в пакети, що піддають гарячому пресуванню на гідравлічних пресах. Листи деревно-шаруватих пластиків виготовляють довжиною 700... 5600 мм і товщиною 1...60 мм. Середня густина їх складає 1250...1330 кг/м3, границя міцності при розтязі вздовж волокон 140...260 МПа, водопоглинання за 24 год не більше 2...3%.

За основними фізико-механічними властивостями деревно-шаруваті пластики перевершують вихідну деревину. Їх можна застосовувати для виготовлення різних несучих конструкцій – балок, ферм, арок, а також деталей в стикових та вузлових сполученнях клеєних клеєфанерних конструкцій.

С к л о п л а с т и к и завдяки високій міцності, легкості, стійкості в різних середовищах і прозорості широко застосовуються в будівництві.

Наповнювачем склопластиків є скляне волокно у вигляді ниток, джгутів і тканин. Скляне волокно має міцність при розтязі 300...500 МПа при діаметрі відповідно 50...3 мкм. Як зв'язуючі застосовують фенолформальдегідні, епоксидні, поліефірні, поліамадні та кремнійорганічні смоли.

Властивості склопластиків залежать від виду скловолокнистого наповнювача, смоли та від їх співвідношення. При паралельному розміщенні волокон чи джгутів виготовляють орієнтовані склопластики, до яких відносяться скловолокнистий анізотропний матеріал (СВАМ), що має особливо високу міцність. Міцність СВАМ при повздовжньому чи поперечному розтязі не менша 350...450 МПа, а при розтязі під кутом 45° — майже в 2 рази нижча.

Міцнісні показники склопластиків знижуються під дією підвищених температур і води. Склопластики можуть піддаватися всім видам механічної обробки.

Легкі конструкції на основі склопластиків дозволяють зводити будови в 8

Із склотканин, просочених полімерним зв'язуючим, можна отримати листовий матеріал - с к л о т е к с т о л і т .

О р г а н і ч н е с к л о — прозора безбарвна термопластична пластмаса. Найважливішими особливостями його є висока ударна міцність і здатність пропускати ультрафіолетові промені. Оргскло добре формується у вироби при температурі 105...170°С, склеюється та зварюється, легко утворює криволінійні поверхні і піддається механічній обробці. Середня густина його близько 1200 кг/м3. Випускають оргскло в листах і блоках різної товщини і марок. Органічне скло ефективно застосовують для світлопрозорих огороджень. Особливо доцільно використовувати оргскло для будівництва теплиць

іпарників.

Вп о л і м е р б е т о н а х роль в'яжучого виконують синтетичні полімери: фенолформальдегідні, фуранові, поліефірні, епоксидні та ін. Для виробництва полімербетонів одержали розповсюдження фурфуролацетонові полімери (ФА, ФАМ та ін.), які є різновидом фуранових смол. Як затверджувач фурфуролацетонових полімерів застосовують сульфокислоти (бензосульфокислоту, сірчану кислоту), хлориди заліза чи алюмінію та ін. Відмінною особливістю полімербетонів є висока хімічна стійкість. В кислих і окислювальних середовищах поряд з фурановими є стійкими полімербетони на поліефірних і фенолформальдегідних смолах. Для останніх характерна також висока радіаційна стійкість.

Комплексом позитивних особливостей, в тому числі високою водостійкістю, стійкістю до змочування, хімічною стійкістю, адгезійною здатністю, характеризуються полімербетони на епоксидних смолах. Як затверджувачі до них застосовують поліаміни, аміди, щавелеву кислоту, ангідриди (малеїновий, фталевий та ін.), а також деякі інші сполуки. На відміну від інших конденсаційних полімерів епоксидні смоли тверднуть без виділення побічних продуктів, що полегшує виготовлення виробів та підвищує їх якість. Для покращення деформативних властивостей епоксидні смоли поєднують з пластифікаторами. Вони часто застосовуються також в комбінації з іншими полімерами, що покращують ряд властивостей та знижують вартість епоксидних сумішей.

Полімерний характер в'яжучого в полімербетонах обумовлює їх високу міцність не тільки при стиску, але й при згині та розтязі. Так, міцність при згині поліефірних та епоксидних бетонів досягає 35...45 МПа.

Полімербетони застосовують для стійких до зношення облицювань на гірських водозабірних спорудах, які захищають цементний бетон від дії донних наносів, а також на високонапірних гідроелектростанціях, де швидкості потоку у водопропускних спорудах досягають 35...50 м/с. Вони ефективні також для виготовлення траверс ВЛ, контактних опор та інших конструкцій з високим електроопором.

93

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 2.4 Теплоізоляційні і акустичні матеріали, деревина, метали та вироби з них

Т е п л о і з о л я ц і й н и м и називають матеріали, які мають низьку теплопровідність і призначені для теплової ізоляції будівельних конструкцій, промислового обладнання та трубопроводів. Застосування теплоізоляційних матеріалів дозволяє знизити масу огороджуючих та несучих конструкцій, витрати палива й електроенергії. На відміну від теплоізоляційних, а к у с - т и ч н і м а т е р і а л и призначені для забезпечення необхідних умов слухового сприймання, зниження рівня шуму, також звукоізоляції приміщень.

Головна особливість теплоізоляційних та акустичних матеріалів – це висока пористість, яка забезпечує їх низьку теплота звукопровідність.

Загальна характеристика теплоізоляційних матеріалів.

К л а с и ф і к а ц і я т а с п о с о б и о т р и м а н н я . Теплоізоляційні матеріали класифікуються (табл. 2.14) за щільністю і призначенням, будовою, видом основної сировини, формою та зовнішнім виглядом.

Таблиця 2.14

Середня густина є найважливішим показником теплоізоляційних матеріалів. В залежності від середньої густини їх розподіляють на марки: 15, 25, 35, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700.

За призначенням теплоізоляційні матеріали класифікують на власне теплоізоляційні (для утеплення будівельних конструкцій), теплоізоляційноконструкційні (одночасно несучі, огороджуючі та утеплюючі конструкції), теплоізоляційно-монтажні (для теплової ізоляції трубопроводів і промислового обладнання), також спеціальні теплогідроізоляційні матеріали.

За структурою теплоізоляційні матеріали розподіляються на зернисті (сипкі), ніздрюваті та волокнисті.

Зерниста структура утворюється при механічному подрібненні або грануляції вихідних матеріалів.

Ніздрювата структура може бути отримана внаслідок газоутворення, спінювання, спучення деяких гірських порід при швидкому нагріванні, при введенні вигоряючих або інших добавок.

Волокнисту структуру мають теплоізоляційні матеріали із деревини та інших рослинних продуктів, також азбест, мінеральна або скловата. Органічні волокна отримують шляхом подрібнення деревини механічним, термоабо хімікомеханічним способами. Для інтенсифікації процесу деревину попередньо пропарюють або обробляють в лугах.

Штучні мінеральні волокна отримують шляхом плавлення гірських порід, металургійних шлаків, скла з наступною обробкою розплаву дуттєвим або відцентровим способом.

Теплоізоляційні вироби із волокнистої сировини отримують шляхом застосування різних в’яжучих (цементу, бітуму, полімерів тощо). Для скріплення волокон використовуються й інші способи: прошивання дротом, переплетіння.

Властивості теплоізоляційних матеріалів обумовлені їх високою пористістю. Показниками якості цих матеріалів є теплопровідність та середня густина, також міцність, хімічна, водота біостійкість, вогнета термостійкість, газо- й паронепроникність, акустичні властивості.

Теплопровідність теплоізоляційних матеріалів дорівнює 0,029...0,21 Вт/(м·°С). Для матеріалів з високою пористістю вона є близькою до теплопровідності повітря (0,025 Вт/(м·°С)) і зменшується із зменшенням розмірів пор. Теплопровідність матеріалів знижується з ускладненням хімічного складу та при аморфній структурі, а зростає з підвищенням вологості і температури матеріалів. Деяким орієнтиром про величину теплопровідності є середня густина матеріалу.

Міцність теплоізоляційних матеріалів звичайно дорівнює 0,1...1,5 МПа, а теплоізоляційно-конструкційних – 3,5 МПа та більше. Більш високу міцність мають матеріали з рівномірно розподіленими дрібними порами та армовані різними волокнами.

95

В залежності від сировини теплоізоляційні матеріали бувають органічними та неорганічними.

Органічні теплоізоляційні матеріали.

Органічні теплоізоляційні матеріали виготовляють на основі деревини або іншої рослинної сировини, шерсті тварин, полімерів.

Т е п л о і з о л я ц і й н і м а т е р і а л и н а о с н о в і д е р е - в и н и . Найбільш розповсюджені із цих матеріалів фіброліт, арболіт, деревоволокнисті та деревостружечні плити.

Ф і б р о л і т отримують у вигляді плит із деревної шерсті (спеціально виготовленої стружки), портландцементу або іншого мінерального в’яжучого. Деревна шерсть попередньо мінералізується хлористим кальцієм для зменшення шкідливої дії цукристих речовин. Суміш формується під тиском від 0,1 до 0,4 МПа Після твердіння плити висушують до вологості не більше 20 . Для теплової ізоляції застосовують фіброліт середньою густиною до 400 кг/м3 Він добре обробляється і зчіплюється із штукатурним шаром, в нього легко забити цвяхи.

А р б о л і т – це різновид легкого бетону на заповнювачах рослинного походження. Найбільш часто для нього використовують подрібнені хвойні породи, іноді – тріску, стружку, відходи сільськогосподарського виробництва. Технологія виготовлення арболітних виробів включає підготовку сировини, виготовлення суміші та її вкладання у форми, твердіння та сушіння. Плити та блоки із арболіту мають середню густину до 500 кг/м3 міцність при стисканні – до 3,5 МПа.

Д е р е в н о с т р у ж е ч н і п л и т и – це матеріал, який отримують гарячим пресуванням подрібненої деревини із добавкою зв'язуючих полімерних речовин. Для теплової ізоляції застосовують легкі плити середньою густиною 200...400 кг/м3. Більш важкі плити застосовують як опоряджувальний матеріал.

Д е р е в н о в о л о к н и с т і п л и т и – це матеріал, який формується із волокнистої маси з наступною тепловою обробкою. Для теплоізоляції застосовують м’які плити середньою густиною не більше 350 кг/м3 та мінімальною міцністю при згинанні від 0,4 до 2 МПа.

Т е п л о і з о л я ц і й н і п л а с т м а с и . За структурною ознакою їх умовно класифікують на ніздрюваті або пінисті (пінопласти); пористі (поропласти); сотові (сотопласти).

Пінопласти на відміну від поропластів характеризуються комірками, які не сполучені між собою та заповнені газом. Пінота поропласти отримують шляхом спінювання розм’якшених при нагріванні полімерів в результаті розширення газів, що виділяються при термічному розкладанні речовин.

Сотопласти отримують шляхом склеювання гофрованих листів або блоків, котрі далі просочують термореактивними полімерами та отверджують з фіксуванням структури сотопластів.

96

Властивості теплоізоляційних пластмас залежать від структури, властивостей полімерів та спінюючих газів, також від середньої густини. За теплоізоляційними властивостями вони перевершують більшість звичайних матеріалів. Однаковий термічний опір має шар бетону товщиною 100, порожнистої цегли – 50, пемзобетону – 40, деревини –20, пінополістиролу – 1,5см.

Середня густина теплоізоляційних пластмас коливається від 10 до 250 кг/м3. Самий легкий матеріал (10...15 кг/м3) – міпора, вона являє собою пінопласт із сечовиноформальдегідного (карбамідного) полімеру.

При середній густині 100...250 кг/м3 пластмаси мають границю міцності при стисканні і розтягненні від 1,5 до 4 МПа, а при згинанні від 3,5 до 7,7 МПа. Особливо легкі пластмаси (15...30 кг/м3) мають невелику міцність і значну крихкість. Механічні властивості пластмас можна регулювати, змінюючи параметри спінювання, використовуючи волокнисті наповнювачі і так далі. Пористі полімерні матеріали більш водостійкі і довговічні порівняно з іншими теплоізоляційними матеріалами.

Для герметизації швів, ущільнюючих прокладок та улаштування шпонок застосовується поліуретановий еластичний пінопласт, просочений дьогтевими сумішами для надання водонепроникності.

Для виготовлення трьохшарових панелей, утеплення покрить, стін, підлог, трубопроводів та резервуарів застосовують пінополістирол, пінополівінілхлорид, також пінопласт із фенолформальдегідних, сечовиноформальдегідних та інших полімерів.

Неорганічні теплоізоляційні матеріали.

На відміну від органічних, неорганічні теплоізоляційні матеріали малогігроскопічні, вогнестійкі, не загнивають.

М і н е р а л ь н а в а т а т а в и р о б и з н е ї . Ці матеріали найбільш розповсюджені у будівництві. Основними різновидами мінеральної вати є шлакова і скляна. Мінераловатні матеріали застосовують для утеплення будівельних конструкцій, теплової ізоляції трубопроводів, для гідромеліорації виготовляють дренажні матеріали.

Мінеральну вату виготовляють із силікатних розплавів шляхом їх переробки. Найбільш розповсюдженим є дуттьовий спосіб отримання мінеральної вати, який полягає у розбиванні струменя рідкого розплаву та витягування його частин у волокна за допомогою водяної пари або стисненого повітря. За відцентровим способом струмінь розплаву перетворюється у волокна за допомогою центрифуги.

Основними процесами виготовлення скляної вати є плавлення скломаси та отримання скловолокна. Крім дуттьового і відцентрового способів, для отримання скловолокна застосовують також спосіб витягування скломаси крізь філь’єри або із розігрітих скляних штапиків. За довжиною скляне волокно поділяють на неперервне довге (200 м та більше) і штапельне коротке

97

(5...50 см). Неперервне скловолокно є основою для виготовлення тканих та нетканих матеріалів, які використовують для фільтрації газів та рідин.

Мінеральна вата має середню густину 75... 125 кг/м3 і теплопровідність 0,04...0,052 Вт/(м·°С). Скляні волокна характеризуються більшою довжиною, хімічною стійкістю, міцністю, також меншою кількістю неволокнистих включень у вигляді крапель силікатного розплаву.

Мінеральна і скляна вата є напівфабрикатами для виготовлення різних теплоізоляційних виробів: сипких – гранульованої мінеральної вати і мінераловатних сумішей для мастичної теплоізоляції; гнучких та формованих виробів, котрі бувають напівжорсткими і жорсткими, з органічними або неорганічними зв’язуючими речовинами.

П і н о с к л о ( н і з д р ю в а т е с к л о ) . Його отримують спіканням тонкоздрібненого скла із газоутворювачем (кокс, вугілля, крейда тощо) в кількості 0,2...3 % маси шихти. Процес спінювання скла здійснюється при 600...900 °С. Основними перевагами піноскла є: висока водота морозостійкість, міцність, звукопоглинання, декоративність, здатність до обробки, з піноскла виготовляють плити, блоки, крупні будівельні панелі та інші тепло- й звукоізоляційні деталі. Воно характеризується середньою густиною 100...130 кг/м3 та теплопровідністю біля 0,16 Вт/(м·°С).

Піноскло застосовують для теплоізоляції будівельних конструкцій, також для спеціальних робіт: хімічних та інших фільтрів, теплової ізоляції холодильників тощо.

К е р а м і ч н і т а а з б е с т о м і с т к і т е п л о і з о л я ц і й н і в и р о б и . Вироби із теплоізоляційної кераміки отримують шляхом формування, сушіння, випалу. Основними сировинними матеріалами є трепели й діатоміти – дрібнопористі кремнеземисті породи осадового походження. Для зменшення середньої густини виробів застосовують піноутворювачі та вигоряючі речовини, також вводять легкі заповнювачі (перліт, вермикуліт). Азбестомісткі теплоізоляційні матеріали поряд із азбестовим волокном містять 70... 85 % наповнювача –діатоміту, трепелу, магнезиту та інші. Найважливішими матеріалами цієї групи є азбестотрепельні (азбозурит, азботерміт), азбестовапнянодіатомітові (вулканіт), азбестомагнезіальні (ньювель) та азбестодоломітові (совеліт) матеріали. Легкі керамічні та азбестомісткі вироби призначені для ізоляції печей, котлів, теплових мереж.

Акустичні матеріали.

А к у с т и ч н і м а т е р і а л и поєднують у дві групи – звукопоглинальні та звукоізоляційні. Основне призначення з в у к о п о г л и н а л ь н и х матеріалів – зниження рівня шуму за рахунок зменшення енергії відбитих звукових хвиль. Такі акустичні матеріали повинні поглинати понад 40 % енергії звукових хвиль. Здатність до звукопоглинання матеріалів зростає із зростанням загального об’єму та поверхні пор. Звукопоглинальні матеріали одночасно призначені для внутрішнього опорядження будівель і тому їх поверхня

98

повинна бути не тільки проникливою для звукових хвиль, але й декоративною. Як звукопоглинаючі, застосовують звичайно мінераловатні плити, акустичний цементний фіброліт, деревоволокнисті плити.

Якщо в матеріалі сполучені пори, то набувають здатність до звукопоглинання також ніздрювата кераміка, скло, бетон та інші. Акустичні матеріали виготовляють у вигляді виробів, які мають перфорований екран або футляр із алюмінію, гіпсу, азбоцементу, тощо та звупоглинальне заповнення із мінеральної вати, скловолокна або іншого пористого матеріалу.

Поряд із звукопоглинальними застосовують з в у к о і з о л я ц і й н і акустичні матеріали для ізоляції від ударних та інших шумів, які передаються крізь перекриття та перегородки. Їх застосовують у вигляді прокладок та прошарків в конструкціях. Звукоізоляційними матеріалами є мінераловатні мати й плити, деревоволокнисті плити, пінопласти, пориста гума.

Деревинні будівельні матеріали.

Деревинні будівельні матеріали в основному складаються із деревини, яка застосовується у будівництві для улаштування риштувань, опалубки, дверних коробок та віконних рам, перемичок, естакад, мостів, зведення будівель тощо.

Деревинні матеріали мають порівняно високу механічну міцність при невисокій середній густині, пружність, низьку теплопровідність, значну морозостійкість, легку обробність.

Застосування деревинних матеріалів у будівництві обмежується тим, що вони у змінно-вологісних умовах здатні до загнивання, короблення, розбухання та розтріскування, їх фізико–механічні властивості неоднакові в різних напрямках. Крім того, деревина є горючим матеріалом, піддається пошкодженню грибком, деякими комахами. Застосування деревини обмежується дійсно раціональними областями, де відчутні її техніко-економічні переваги.

Будова деревини, види лісних матеріалів.

Деревина характеризується шарувато-волокнистою будовою і складається із клітин різної форми, величини та призначення. Так, 90...95 % деревини хвойних порід складають трахеїди – витягнуті повздовж стовбура порожнисті клітини довжиною 2…5 мм, які проводять воду від коріння до гілок живого дерева. Оболонку клітин утворює переважно клітковина або целюлоза – головний компонент несучої частини дерев. До складу деревинних кліткових стінок і міжклітковинної речовини входять також лігнін та інші складні органічні сполуки.

За видом породи дерева лісоматеріали поділяються на х в о й н і (сосна, модрина, ялина, ялиця, кедр) і л и с т я н і (дуб, граб, береза, липа, осина, тополя, вільха та інші).

За масштабами застосування у будівництві хвойні породи, які мають високі технічні властивості, розташовуються в наступний ряд (за спаданням)

99

сосна–ялина–модрина–ялиця–кедр. Кращі фізико–механічні властивості має модрина, деревина якої особливо цінується завдяки високій щільності, міцності і стійкості проти загнивання. Із листяних порід кращим матеріалом є дуб, деревина якого застосовується для відповідальних конструкцій, які працюють на повітрі та навіть у воді.

Деревину застосовують переважно у вигляді круглого лісу і пиломатеріалів. К р у г л и й л і с являє собою відрізки стовбура з обрубаними сучками та спиляними торцями. Відрізки стовбуру діаметром (верхній кінець) не менш 14 см, довжиною від 4 м та більше є деревиною, діаметром 8...14 см і довжиною не менш 3 м – підтоварником, а діаметром 3...7 см – жердиною. Для паль, гідротехнічних споруд і елементів мостів залізниць повинна засто-

совуватись деревина хвойних порід товщиною (верхній торець) 22... 34 см, довжиною 6,5...8,5 м.

Поряд із круглим лісом та пиломатеріалами у будівництві застосовують

(фанера, гонт), деталі й елементи збірних конструкцій .

Б у д і в е л ь н а ф а н е р а являє собою листовий матеріал, який виготовляють шляхом склеювання трьох та більше шарів шпону при взаємно перпендикулярному розташуванні волокон. Шпоном називають тонкий лист деревини товщиною 0,3 мм та більше. Для відкритих споруд та опалубки при проведенні бетонних робіт застосовують фанеру підвищеної водостійкості і з водостійким офарбленням. Застосовують також фанерні труби. Фанера широко застосовується також для виготовлення щитових дверей, клеєфанерних щитів для зовнішніх та внутрішніх стін і стель, панелей тощо.

100