3. Основные требования к пластмассам, применяемым в строительных конструкциях

Основным требованием к строительным материалам для несущих кон­струкций является их легкость и прочность. К таким материалам в настоя­щее время относятся все конструкционные пластмассы, которые сейчас начинают применяться (стеклопластики для кровельных покрытий и стен зданий в виде гофрированных листов, древесно-слоистые пластики и т. п.).

Многие из таких новых материалов, имеющих ряд ценных свойств, еще недостаточно изучены. Поэтому в настоящее время применение конструк­ционных пластмасс в несущих конструкциях допускается лишь в порядке экспериментального строительства. Пластмассы рекомендуется применять в комбинации с другими материалами с одновременным наблюдением за их поведением при длительной работе в конструкциях в процессе эксплуата­ции. Конструкционные пластмассы применяются главным образом в виде армированных материалов, в состав которых входит смола, являющаяся связующим веществом, и наполнитель, играющий ту же роль, что и арма­тура в железобетоне. Такой материал для элементов строительных конструк­ций имеет малый вес и высокую механическую прочность, значительно пре­восходящую в отдельных случаях прочность обычных материалов: бетона, стекла, керамики и древесины.

К материалам, которые в настоящее время применяются в конструкциях в комбинации с пластмассами, относятся: асбестоцемент, алюминиевые сплавы, древесина, фанера и др.

Кроме указанных свойств (легкости и прочности), конструкционные пластмассы обладают относительно хорошей стойкостью к атмосферным условиям, агрессивным средам и колебаниям температуры. Для более ши­рокого применения конструкционных пластмасс требуется придание им огнестойкости, некоторым из них — биостойкости, а также разработка более простых, доступных способов изготовления как самого материала, так и всей конструкции, состоящей из укрупненных элементов и блоков.

В качестве термозвукоизоляционных материалов в конструкциях в на­стоящее время применяются все виды пенопластов, минераловатные изделия на основе синтетической связки, эластичные пенополиуретаны и др.

К конструкционным пластмассам в настоящее время относятся: стекло­пластики, оргстекло (полиметилметакрилат), жесткий винипласт, поли- стирольные и поливинилхлоридные пенопласта, синтетические пленки, древеснослоистые пластики (ДСП), древесностружечные (ПДС) и древесно­волокнистые (ПДВ) твердые плиты.

4. Стекловолокнистые пластмассы

Наиболее перспективными из полимерных материалов, применяемых в строительных конструкциях, являются стекловолокнистые пластмассы, получившие широкое распространение за последние годы в СССР и за ру­бежом. Стекловолокнистые наполнители в таких пластмассах являются ар­мирующим и упрочняющим материалом (табл. 9.1 и 9.2).

Таблица 9.1

Некоторые физико-механические характеристики различных волокон

Волокна	Объемный вес в г/см^3	Предел прочности при растяжении в кГ/мм^2	Модуль упругости Е в кГ/мм^2
Стеклянные ……………………………………	2,48	125—250	2000—7000
Крафтцеллюлозные ……………………………	-	91	7850
Вискозные вытянутые …………………………	-	75,6	869
Нейлоновые ……………………………………	1,14	50,4	460
Хлопчатобумажные ……………………………	1,54	47,6	770

Таблица 9.2

Прочность элементарного стекловолокна в зависимости от его диаметра

Диаметр волокон в мк	Прочность элементар­ного волокна на воз­духе в кГ/мм^2	Прочность волокон, высушенных хлори­стым кальцием, в кГ/мм^2	Прочность стеклянного волокна в материале в кГ/мм^2
6—8	170—950	-	105—107
10—12	100—135	170—210	130—133
14—16	80—90	135—150	153—157
18—20	60—70	125—130	141—143

Обладая малым объемным весом (γ=1,4 ÷ 1,9 т/м³) и высокой проч­ностью, такой материал коррозийно и химически стоек, при наличии спе­циальных добавок не горит, не подвержен загниванию, а некоторые его виды светопрозрачны.

Механическая прочность стекловолокнистых пластмасс зависит от хими­ческого состава стекла и диаметра стекловолокна. С уменьшением диаметра (в определенных пределах) прочность стекловолокна возрастает.

Большое влияние на прочность стекловолокон имеет и технология изго­товления их в промышленности. Стекловолокна могут изготовляться любой длины и диаметра, благодаря чему имеется возможность получать волокна определенной прочности.

При воздействии влаги или других вредных сред стекловолокна могут терять прочность и разрушаться. Смола в данном случае, обволакивая поверхность волокон, но не пропитывая их, распределяет между ними напря­жения и защищает от различных вредных воздействий, повышая этим проч­ность стеклопластика.

Стекловолокна из бесщелочного стекла характеризуются высокой хими­ческой стойкостью при воздействии воды и нейтральных сред (рН = 5÷9), но низкой стойкостью к щелочным и особенно кислым растворам. Волокна из щелочного стекла устойчивы к воздействию большинства минеральных кислот.

Наполнители в стекловолокнистых пластмассах применяются в различ­ной структурной форме: непрерывные стекловолокна — в виде нитей, жгу­тов, прядей, хаотически расположенные — из резаных нитей, стекловолокнистые маты, ткани из стекловолокон.

При требовании повышенных механических свойств на растяжение и изгиб применяются тяжелые жгутовые ткани из некрученых стеклонитей; такие стеклопластики могут применяться и для несущих конструкций. Применяя параллельно уложенные стекловолокна при изготовлении изде­лия любого профиля из стеклопластика, можно добиться высокого коэффи­циента суммарной прочности их.

Как связующие стекловолокнистых пластмасс применяются синтетиче­ские смолы, главным образом полиэфирные, феноло-формальдегидные, эпо­ксидные, а также и их композиции. Полиэфирные смолы по сравнению с феноло-формальдегидными имеют большие преимущества, так как они не требуют высоких температур и давлений для отверждения смолы. Вместе с тем они дают возможность получать светопрозрачные стеклопластики.

Весьма перспективным является применение новых кремнийорганических смол, позволяющих получать стеклопластики с большей стойкостью против воздействия высоких температур.

С появлением в промышленности СССР полиэфирных, эпоксидных и ряда других смол появилась возможность развития стеклопластиков, изго­товленных методом формования при низких давлениях. Количество смолы в зависимости от характера стекловолокнистого пластика определяется в пределах 20—25% по объему.

В зависимости от характера наполнителя и технологических особенно­стей изготовления стекловолокнистые пластмассы условно делятся на три основные группы:

1. на основе непрерывного волокна бесщелочного состава непосредст­венно после вытягивания покрываемого связующим или переработанного в крученые нити или некрученые жгуты-ровницы (стеклопластики типа СВАМ ¹ стекловолокниты типа АГ-4С);

2. на основе рубленного из жгутов хаотически расположенного волокна бесщелочного состава в виде стекломатов или наносимого методом напыле­ния (волнистые стеклопластики и др.);

3. на основе стекломатов из грубого стекловолокна щелочного состава и фенольных смол с добавкой гипса (стеклопластики типа «глакрезит»).

К

¹ СВАМ – стекловолокнистый анизотропный материал

роме указанных видов, применяется еще большая группа стеклопла­стиков высокой стоимости на основе стеклотканей — стеклотекстолита (КАСТ, ВФТ, СКМ-1 и другие).

Все эти стекловолокнистые пластмассы в той или иной мере применяются в различного вида строительных конструкциях, а высокопрочные стекло­пластики типа СВАМ получают применение и при изготовлении несущих конструкций.

В настоящее время стеклопластики получили большое развитие в СССР и за рубежом. В основном они изготовляются на базе полиэфирных, эпоксид­ных и феноло-формальдегидных смол. В табл. 9.3 приведены основные характеристики стекловолокнистых пластмасс.

Стеклопластики выпускаются в листах и в виде готовых изделий (труб, профильного погонажа, вентиляционных коробов, плоских и гофрирован­ных кровельных листов и т. п.), а также и крупногабаритных блоков. Изготовление стеклопластиков на основе полиэфирных смол позволяет получать их прозрачными, полупрозрачными, окрашенными и бесцветными для стеновых панелей в каркасных конструкциях.

Основа стеклопластиков	Объемный вес в г/см^3	Предел прочности в кГ/см^2			Модуль упругости Е в кГ/см^2	Удельная удар­ная вязкость в кГ·см/см^2 ^1	Твердость по Бриннелю в кГ/мм^2
		на растяже­ние	на сжатие	на изгиб
Непрерывные параллельные стеклян­ные нити и модифицированные феноло-формальдегидные смолы (прессматериал АГ-4С) ………………	1,8	4000—7000	4000—5000	4500—5500	280 000—320 000	350—500	140
Рубленые стеклянные нити и модифи­цированные феноло-формальдегид­ные смолы (пресс-материал AF-4B)	1,7-1,8	800—1200	1300—2000	1500—2000	120 000—150 000	50—100	130
Холсты из рубленых стеклянных нитей и полиэфирные смолы ...............	1,4-1,6	400—2300	400—2100	400—2800	80 000—100 000	44—140	50—80
Стекловолокнистые холсты из непре­рывных стеклянных волокон воз­душного вытягивания (ВВ) и сов­мещенная эпоксидная смола …………	1,6	400—700	450—1200	400—800	70 000	-	15—22
Параллельно уложенные стеклян­ные жгуты и эпоксидные смолы ………….	1,6	800—4100	800—3800	800—4500	180 000—350 000	140—190	58—120

Таблица 9.3