Лекции_строительные материалы и конструкции

поступает на вторую пару вальцов и вальцуется до толщины 1,7…2,4 мм. Полученное полотно разрезается на полосы и подается на четырехвалковый каландр с z-образным расположением обогреваемых валков с температурой 160…180 °С. Здесь происходит калибровка и формирование линолеумного полотна при скорости 6…9 м/мин. После этого линолеум поступает в холодильник и охлаждается до 40 °С, а далее поступает на обрезку и намотку.

Производство многослойного линолеума состоит в изготовлении отдельных слоев и соединении их на дублирующем барабанном прессе. Состав слоев линолеума приведен в табл.12. Верхний слой линолеума содержит больше полимера.

Соединение обеспечивается за счет температуры 170 °С и повышенного давления между барабаном и обрезиненной металлической сеткой. Затем линолеум охлаждается на холодильном барабане и сматывается в рулон.

Полистирол получают полимеризацией стирола С6Н5СН=СН2. Стирол – непредельное ароматическое соединение, бесцветная жидкость с едким запахом и плотностью 0,906 г/см3. Содержит альдегиды и кетоны. Температура кипения 145 °С, замерзания -31 °С. Легко смеши-вается с органическими растворителями. Стирол получают каталитическим способом, в присутствии хлористого алюминия, дегидрированием этилбензола (С6Н5-СН2-СН3).

Полистирол представляет собой прочный прозрачный материал с плотностью 1,04…1,06 г/см3 и теплостойкостью 75…85 °С. Полистирол бесцветен, лишен запаха. Недостатками полистирола являются горючесть, низкая теплостойкость, повышенная хрупкость, плохая устойчивость к органическим растворителям. В строительной технике полистирол применяют для производства бисерного и экструзионного пенополистирола, используемогомого как теплоизоляционный и облицовочный материал.

Пенополистирол марок ПС-1, ПС-4 имеет замкнутую ячеистую структуру. Он морозо-, водо-, биостоек, обладает незначительной паропроницаемостью. ПС-1 получают из 100 в.ч. полистирола и 2-5 в.ч. порофора ЧХЗ-57. Компоненты смешивают в шаровых мельницах за 24 ч. Просеивают на ситах и прессуют при температуре 140…170 °С и удельном давлении 15,0…20,0 МПа. Отпрессованные заготовки вспенивают в гидравлических формовочных камерах при температуре 100…105 °С. Образуются изделия в виде плит.

Пенополистирол бисерный ПСБ представляет собой тонкоячеистые сферические гранулы, спекшиеся друг с другом. Объем пустот

151

достигает 97 %. Изделия имеют плотность 15…35 кг/м3. Водопоглощение за 24 часа по объему от 5 до 2 %. Он химически и биологически стоек, за исключением концентрированной азотной кислоты, дизтоплива, бензола, керосина. Применяется для изготовления панелей, утепления конструкций. Сырье – суспензионный бисерный полистирол.

Сущность процесса производства пенополистирола состоит в том, что полистирол при нагреве до 80 °С переходит из стеклообразного состояния в вязкотекучее, а изопентан, входящий в состав гранул бисерного полистирола в количестве 5 %, вскипает при температуре 28 °С и давлением паров вспенивает гранулы. Получение изделий из гранул связано со способностью гранул свариваться друг с другом в присутствии воды при 90…100 °С.

Технология получения изделий из бисерного полистирола включает предварительное вспенивание гранул, сушку, выдержку, вторичное вспенивание при формовании изделий, охлаждение и резку блоков.

В настоящее время получила распространение технология производства пенополистирола по экструзионной технологии. Материал styroform – экструзионный пенополистирол и его аналог эксол имеют исключительно равномерную мелкую замкнутую пористость, повышающую строительно-технические свойства пенополистирола. Из экструзионного пенополистирола изготавливают потолочные облицовочные плитки, бордюр.

Полиэтилен (СН2=СН2) – продукт полимеризации этилена. Этилен – газ, сгущающийся в жидкость при – 103,7 °С. Почти не растворим в воде. Высокомолекулярный полиэтилен – желто-белое роговидное, пластичное, легкое, морозостойкое вещество. Концентрированные кислоты, включая фтористоводородную, а также щелочи, не разрушают его.

Благодаря сочетанию многих ценных свойств диапазон областей применения полиэтилена очень широк: гидро-, тепло-, звукоизоляция, водостойкая облицовка. В последнее время в практике строительства получили распространение новые материалы на основе полиэтилена: рулонный пористый полиэтилен – изолон, кровельная полимер-песчаная черепица, а также листовой облицовочный тропикостойкий материал с облицовкой из алюминиевой фольги – рейнбонд, дибонд. Для производства материалов на основе полиэтилена применяют методы литья и экструзии.

152

12.2 Пластмассы на основе термореактивных полимеров

Термореактивные полимеры получают методами поликонденсации

Термореактивные полимеры имеют пространственную структуру. К ним относят фенолформальдегидные, карбамидные, полиэфирные, эпоксидные, фурановые смолы. Из них изготавливают пластмассы методом горячего формования и прессования.

Фенолформальдегидный полимер получают методом поликонденсации из 100 в.ч. предварительно расплавленного острым водяным паром фенола и 30 в.ч. формальдегида. В качестве катализатора применяют щелочи, например, 6 в.ч. аммиака в виде 25 %-го водного раствора. Фенол С6Н5ОН получают из каменноугольного дегтя или хлорированием бензола.

Формальдегид СН2О представляет собой газ с температурой кипения -19,2 °С, растворимый в воде. Его получают, например, окислением метана. В реактор при температуре не более 35…40 °С загружают сначала фенол, который тщательно перемешивают, затем формальдегид и катализатор. Смесь в течение 20 мин нагревают до 60…65 °С путем подачи пара в паровую рубашку под давлением 0,15 МПа при работающей мешалке и включенном обратном холодильнике. За счет тепла реакции смесь постепенно нагревают до 90…98 °С. Реакция поликонденсации обычно завершается за 25…60 мин, что замечают по помутнению реагирующей смеси. Затем проводят сушку полимера в вакууме. При отверждении он обладает повышенной водо- и химической стойкостью. Плотность – 1,25-1,38 г/см3, теплостойкость 70…150 °С, прочность при изгибе составляет 50…100 МПа.

Жидкие фенолформальдегидные полимеры (резольные олигомеры)

применяют для производства стеклопластиков, ДСП, изделий из минеральной ваты, пенопластов, плиток для полов, для склеивания строительных конструкций. Фенолальдегидные олигомеры токсичны, при их переработке могут выделяться фенол, крезол, анилин, формальдегид, а поэтому работу с фенолальдегидными полимерами следует проводить в помещениях, снабженных вентиляцией.

На основе жидкого резольного фенолформальдегидного полимера изготавливают пенопласты вспениванием полимерной жидкой композиции газами, выделяющимися при взаимодействии компонентов, или парами легкокипящих жидкостей с последующим отверждением при помощи отвердителей во вспененном состоянии. В

153

заливке полученной композиции в полость формы.

Сырьем для производства фурановой смолы является альдегид фурфурол, получаемый из сырья растительного происхождения, содержащего полисахариды – пентозаны. Фурфурол – бесцветная жидкость плотностью 1,159 г/см3. Температура плавления 36,5 °С. Температура кипения 162 °С. Растворимость фурфурола в воде 5,9…8,3 %. В технологии полимербетонов чаще всего применяют фур-

логические операции: подготовку заполнителей, смол и отвердителей, приготовление полимерного вяжущего, виброформование изделий, твердение полимербетонных изделий.

Удобоформуемые полимербетонные смеси имеют подвижность 15…150 с. Подвижность определяют временем, необходимым для превращения структуры бетона в слитную. Полимербетонные смеси эффективно уплотняются вибрацией с повышенной амплитудой 3 мм и

затягивается на 50…60 суток, но основная доля прочности нарастает за

суток, а при 30…35 °С – в 2 раза быстрее. Для ускорения твердения применяют термообработку изделий. Температура разогрева полимербетонной смеси при твердении поднимается до 45…50 °С. Максимальный прирост прочности наблюдается через 20…30 мин после

использованием подогрева при 30…45 °С. Крупногабаритные изделия нагреваются за счет экзотермии до 60…70 °С. Для полимербетона ФАМ назначается температура прогрева 60…70 °С. Длительность изотермического прогрева может быть ограничена 6…10 ч. Снижать

154

температуру надо очень медленно, со скоростью 1 град/мин. Охлаждают изделия 2…3 ч. Термообработку проводят в камерах сухого прогрева с использованием электронагревателей, паровых регистров.

Органическое стекло представляет собой прозрачную стекловидную пластмассу, изготовленную из высокомолекулярных сложных эфиров метакриловой кислоты.

Акриловое оргстекло более долговечно, чем поликарбонат, абсолютно устойчиво к ультрафиолетовому облучению, легко формуется в изделия сложной конфигурации. Белое оргстекло применяют для изготовления ванн и раковин. Выпускается строительное конструкционное стекло с красителями любого цвета, его рекомендуется использовать для остекления зимних садов, витражей, ограждений, купольных сводов, бассейнов, беседок, дверей, козырьков. Разработано и выпускается самозатухающее трудновоспламеняемое оргстекло с температурой эксплуатации -50…+70 °С, с гарантией атмосферо-стойкости в течение 10…12 лет во всех климатических зонах.

Полиэфирные стеклопластики производятся на основе двух главных компонентов: смолы и стеклянных волокон. Стеклопластик – композиционный материал, с присущими только ему свойствами. Ни стеклянное волокно, ни отвержденная смола в отдельности не могут удовлетворить требованиям, которым отвечают стеклопластики.

Полиэфирные смолы состоят из раствора линейного полиэфира в мономере типа стирола. В процессе сополимеризации полиэфира со стиролом в присутствии инициатора полимеризации смола переходит в твердую массу. Для отверждения смолы при комнатной температуре добавляют ускоритель. Наиболее эффективный ускоритель полиэфирных смол – нафтанат кобальта и третичные амины. Концентрация ускорителя составляет 1…4 % от массы смолы. Рабочая жизнеспособность смолы, в которую введен инициатор полимеризации для горячего отверждения, при комнатной температуре может составлять неделю, а при температуре свыше 95…105 °С отверждение происходит всего за несколько минут. Чем выше температура, тем короче время отверждения. Отверждение крупногабаритных элементов происходит быстрее, чем тонкостенных, так как реакция отверждения имеет экзотермический характер.

Стеклоарматура, используемая в производстве стеклопластиков,

155

имеет более высокую стойкость к действию кислот. Для полиэфирных стеклопластиков предпочтительнее алюмоборатное стекло. Стеклянную ровницу или жгут получают из прядей без кручения волокон.

Ровница – наиболее дешевый армирующий стекловолокнистый материал. С целью улучшения адгезии между смолой и стекловолокном волокна обрабатывают специальными препаратами – аппретами, на основе хрома или силанов. Ткани получают переплетением нитей из крученых волокон. Тканую ровницу изготавливают простым переплетением некрученных ровниц. Использование ткани и тканевой ровницы позволяет получить стеклопластик с высоким содержанием стеклоткани, что обеспечивает высокую прочность. Прочность стеклопластиков при изгибе в зависимости от типа и содержания наполнителя варьируется в пределах 175…415 Н/мм2. Теплопроводность зависит от рецептуры и находится в интервале от 0,25 до 1,0 Вт/мК. Стеклопластики используются в строительстве для изготовления тонких стен, работающих по типу мембран.

Для стеклопластиков, как и для большей части пластмасс, свойственны ползучесть и снижение прочности при воздействии длительных нагрузок. При более высокой температуре наблюдается более интенсивная ползучесть. В водной среде ползучесть тоже нарастает. Ползучесть стеклопластиков на стеклоткани ниже, чем в случае применения рубленых прядей

12.3Полимерные конструкции

Кчислу наиболее эффективных полимерных конструкций относят оболочки и панели. Пластмассовые оболочки используют для перекрытия пролетов от 3-30 м до 90-100м. В качестве конструкционного материала для оболочек применяют стеклопластики на основе полиэфирной смолы, алюминиевые и стальные профили, клееные деревянные брусья. . При проектировании конструкций

необходимо учитывать, что их прочность уменьшается пропорционально логарифму времени в условиях воздействия напряжений. Через 25 лет она составляет только 40 % от исходной кратковременной прочности. Прочность стеклопластиков снижается под воздействием циклических нагрузок. Стеклопластики относятся к горючим материалам, но классифицируются как трудновоспламеняемые. Под влиянием ультрафиолетовых лучей смола желтеет. Под воздействием атмосферных осадков светопропускающая способность стеклопластиков снижается с 90 до 80 %. Тепловое

156

излучение в пределах ожидаемой нормы не влияет на долговечность стеклопластиков. Но для предотвращения расслоения необходимо снимать повторные температурные напряжения. При проектировании необходимо обеспечивать жесткость элементов конструкций, одновременно решая задачи эстетики, функциональности и прочности.

13.КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ (КОМПОЗИТЫ)

Композиты представляют собой материалы, образующиеся при объемном сочетании разнородных компонентов. Компоненты в композиционных материалах взаимодействуют друг с другом через поверхности раздела. Оптимальное сочетание компонентов в рецептуре материала обеспечивает получение новых свойств. Отличительная особенность многих композиционных материалов - это их ярко выраженная гетерогенность со значительным различием свойств и размеров отдельных компонентов.

Компонент, непрерывный в объеме композиционного материала, называется матрицей. По виду материала матрицы различают полимерные композиты, металлические, неорганические и комбинированные. Матрица придает материалу монолитность, обеспечивает перераспределение нагрузки по объему материала, защищает наполнитель от внешних воздействий.

Тип матрицы в значительной мере определяет технологию получения композита. Композиционные материалы на керамической матрице по типу матрицы подразделяются на техническую оксидную керамику, полученную на основе оксидов металлов – Al2O3, ZrO2, СаО, МgО, и безоксидную из бескислородных соединений типа карбидов МеС, нитридов МеN, силицидов МеSi. Керамические композиционные материалы получают методами порошковой металлургии.

Наполнители вводят в матрицу с целью улучшения его свойств: увеличения прочности, жесткости, пластичности. Принято различать собственно наполнители, представляющие собой дисперсные вещества, и армирующие элементы (волокнистые, листовые), повышающие прочность на растяжение и изгиб. Композиты могут содержать как армирующие, так и дисперсные наполнители.

Композиционные материалы на полимерной матрице по виду наполнителя делят на наполненные и армированные пластики. Наполненные пластики в качестве дисперсной фазы содержат порошкообразные материалы в виде графита, кокса, сажи, кварцевого

157

песка, древесной муки. Обычно их перерабатывают литьем под давлением или экструзией. Армированные пластики могут содержать в качестве упрочняющего наполнителя стеклянные и древесные волокна, древесный шпон, стеклоткань. Армированные пластики с волокнистым наполнителем могут формоваться намоткой с последующей пропиткой полимером, а в случае применения листовых армирующих элементов – методом прессования.

К дисперсно-наполненным керамическим копозиционным материалам относят керамико-металлические материалы – керметы. Из наиболее распространенных керметов известны материалы на матрице из оксидов алюминия и тугоплавких металлов – молибдена, ниобия, вольфрама, тантала.

Композиционные материалы, имеющие одинаковые свойства по всем направлениям, называют изотропными, это обычно материалы с дисперсными или коротковолнистыми наполнителями. Анизотропные композиты, как правило, содержат армирующие элементы. Они проявляют разные свойства в зависимости от направления.

На границах раздела компонентов композиционного материала возникают тонкие переходные слои, образуя зону раздела фаз. В зоне раздела фаз происходит механическое, физическое и химическое взаимодействие компонентов.

Механические связи возникают под влиянием сил трения, механического зацепления компонентов с помощью специально созданных изгибов, выступов, впадин или естественных неровностей на

взаимодействия на границах раздела. Чем лучше смачивание, тем прочнее связь между компонентами.

Химическое взаимодействие обеспечивает образование наиболее сильных связей между компонентами. Оно возникает, как правило, между молекулами с ненасыщенными связями.

Управлять свойствами композиционных материалов можно в широких пределах, оптимизируя их рецептуру и технологию.

Известны две области эффективного использования композитов: в качестве заменителей дефицитных традиционных материалов и в качестве конструкционных материалов с уникальными характеристиками.

158

гексаметилендиамина. Вязкость состава – 45 с. Сушка – 24 часа. Для грунтовки рекомендуется лак ЭП-55.

Трещиностойкие покрытия по бетону могут быть получены на основе химически стойкой краски ХП-799 вязкостью 40 с, связующим в которой является хлорсульфированный полиэтилен. Рекомендуется наносить 4 слоя по 25 мкм.

Всильноагрессивных средах при высокой температуре эксплуатации устраивают облицовки из кислотостойких штучных материалов.

Впоследние годы на рынке ремонтных материалов для бетонных конструкций появились сухие ремонтные смеси проникающего действия на цементной основе: рикаверон, пенетрон, гидротекс, лдахта, пенетрон, эмако и др. Гидроизоляционные материалы серии «Рикаверон» производства ЗАО «Антикорстрой» предназначены для защиты бетонных конструкций и сооружений. Представляют собой одно- и двухкомпонентные материалы на основе цементно-песчаных композиций с модифицирующими добавками. Прочность сцепления со старым бетоном : тяжелым – более 2 МПа, с ячеистым не менее 1,5 МПа, МРЗ – з00 циклов, водонепроницаемость до W=20. Материалы не уступают зарубежным аналогам, и имеют в 5 раз более низкую стоимость. Рикаверон-350 - однокомпонентный состав проникающего действия. Рекомендуется для защиты и восстановления прочностных характеристик и кирпичных конструкции й при ремонтных работах. Снижает водопоглощение ячеистого бетона с 15 до 6 %, повышает его морозостойкость с 50 до 100 циклов. Рикаверон –ГФ – гидрофобизирующий двухкомпонентный состав. Рекомендуется для защиты конструкций подвергающихся воздействию воды и агрессивных жидкостей. Рикаверон – ГУ – гидроизолирующий состав упрочняющего действия. Рекомендуется для усиления конструкций. Восстановления их водонепроницаемости, заделки трещин, в качестве упрочняющего и гидроизолирующего покрытия.

Впрактике эксплуатации дымовых труб тепловых электростанций известны случаи конденсации серной кислоты на внутренней поверхности. Причиной образования серной кислоты является присутствии в топливе или в дымовых газах сернистого и серного

сравнению с объемом гидроксида кальция. При повышенных температурах процесс коррозии идет активно. Объемные деформации

160