РОЗДІЛ 10. Будівельні матеріали та вироби із пластичних мас

Пластичними масами називають матеріали, в яких в'яжучим є синтетичні високомолекулярні сполуки - полімери. Завдя­ки деяким позитивним властивостям - легкості, високій механічній міцності, стійкості у воді і різних агресивних середовищах, зносостій­кості - пластмасові будівельні матеріали все більш широко застосо­вуються у всіх галузях будівництва. З них виготовляють труби, конс­трукційні, гідроізоляційні, лицювальні, покрівельні, герметизуючі ма­теріали, полімерні розчини та бетони та багато інших матеріалів і ви­робів.

10.1. Основні компоненти пластичних мас

Основними компонентами пластичних мас є зв'язуючі (поліме­ри) та наповнювачі. При необхідності вводять також різноманітні до­бавки - пластифікатори, стабілізатори тощо.

Синтетичні полімери - високомолекулярні сполуки, які отримують із низькомолекулярних речовин - мономерів в резуль­таті реакцій полімеризації і поліконденсації. Молекулярна маса полі­мерів звичайно не менше 10000. До складу їх макромолекул належить понад 1000 атомів. Полімери класифікують за різноманітними ознака­ми: способом отримання, особливостями розташування атомів в моле­кулі та довжині основного ланцюга, відношенням до температури, фі- зико-механічними властивостями, хімічним складом та ін. Вихідними матеріалами для виробництва синтетичних полімерів обох груп є при­родний газ, кам'яне вугілля, нафта. Із вихідної сировини виготовляють низькомолекулярні сполуки - мономери. В залежності від способу отримання полімери поділяють на полімеризаційні та поліконденса- ційні.

Полімеризація - це реакція, при якій високомолекуляр- на сполука виникає із низькомолекулярної (мономера) без відщеплен­ня побічних продуктів. Прикладом полімеризації є реакція утворення поліетилену (-СН₂-СН₂-)_П із мономера - етилену СН₂ = СН₂:...+СН₂ = = СН2+СН2 = СН2+.. =. -СН2-СН2-СН2-СН2-...

Високомолекулярні сполуки при полімеризації утворюються за рахунок розімкнення кратних зв'язків або кілець у циклічних сполу­ках під дією різних факторів: температури, світла, каталізаторів тощо.

Поліконденсація - це реакція, при якій створюються високомолекулярні сполуки (поліконденсати), а як побічні - низько­молекулярні продукти (вода, спирт, вуглекислий газ та інші). Поліко- нденсати звичайно мають короткі ланцюги і меншу молекулярну масу порівняно з полімеризаційними полімерами. Як полімеризаційні, так і поліконденсаційні полімери мають лінійну, гілчасту або просторову будову макромолекул. Полімери, що здатні при нагріванні багаторазо­во розм'якшуватися і набувати пластичність, а при охолодженні твер­днути, називають термопластичними. Термопластичні полі­мери мають лінійну або гілчасту структуру і отримуються переважно реакцією полімеризації (поліетилен, полівінілацетат, полівінілхлорид та інші). Полімери із просторовою будовою макромолекул не можуть після отвердіння знову при нагріванні набувати пластичності, і їх на­зивають термореактивними (реактопластами). До них нале­жить більшість поліконденсаційних смол (фенолформальдегідні, епо­ксидні тощо). Якщо такі полімери мають більше поперечних зв'язків (густіша "сітка"), то їх міцність та пружність вище, нижче текучість тощо.

За хімічною будовою ланцюгів макромолекул полімери поділя­ють на карболанцюгові та гетероланцюгові. До ланцюга карболанцю- гових полімерів належать тільки атоми вуглецю, а до ланцюга гетеро- ланцюгових входять також інші атоми. Різновидом гетероланцюгових є елементоорганічні полімери, котрі поряд із вуглецем, воднем, азо­том, киснем містять також "неорганічні" елементи - кремній, фосфор, алюміній, титан, олово та інші. До групи елементоорганічних поліме­рів належать кремнійорганічні високомолекулярні сполуки. Кремній- та інші елементоорганічні сполуки завдяки особливостям хімічної бу­дови поєднують низку переваг матеріалів як органічного, так і неорга­нічного походження: теплостійкість, гідрофобність, еластичність то­що.

Характерними фізико-механічними властивостями, за якими класифікують полімерні матеріали, є пружність і деформативна здат­ність. Високомолекулярні сполуки, які здатні під дією зовнішніх сил деформуватись обернено, називають еластичними (еластоміра- ми), а ті, що деформуються пластично, тобто необернено - п л а с - тиками (пластомірами). До еластиків належать, наприклад, різно­манітні каучуки, а до пластиків - більшість полімерів, які утворюють пластмаси.

Наповнювачі вводять для поліпшення низки властивос­тей та зниження вартості пластмаси. Наповнювачі бувають органічні і мінеральні, порошковидні, волокнисті, листові. Порошковидними на­повнювачами є тирса, деревинне і кварцове борошно, тальк та інші. Із сумішей порошковидних наповнювачів і полімерів отримують прес- порошки, із котрих виготовляють вироби і деталі різного призначення із високою ударною міцністю і водо- та хімічною стійкістю.

Особливо високі механічні властивості надають пластмасам во­локнисті та листові наповнювачі. Із волокнистих наповнювачів засто­совують скловолокно, азбест, бавовну, синтетичні волокна, із листо­вих - папір, фольгу, тканину.

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.

10.2. 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/м), 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 коефіцієнт конструктивної якості - 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^оС). 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.

10.3. 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 теплореакти- вних полімерів - гарячим пресуванням.

Конструкційні пластмаси. Для несучих та огоро- джувальних конструкцій, що сприймають навантаження і забезпечу­ють захист споруд та необхідний температурно-вологісний режим, застосовують деревношарові пластики, склопластики, листовий вініп­ласт, оргскло, полімерні бетони.

Деревношаруваті пластики - 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 І...60 мм. Середня густина їх складає1250...1330 кг/м, 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 клеєфа- нерних конструкцій.

Склопластики 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...З мкм. Як зв'язуючі застосовують фенолформальдегідні, епоксидні, поліефірні, поліамадні та кремнійор- ганічні 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 раз легші, ніж з крупних залізобетонних панелей.

Найбільш розповсюджені в будівництві напівпрозорі та прозорі листи склопластиків на основі поліефірних полімерів. Світлопропус- кання їх до 90 % на 1,5 мм товщини, в тому числі до 30% в ультрафіо­летовому спектрі. Світлопрозорі склопластики застосовують для несу­чих елементів світлопропускаючих панелей стін; покриття типу обо­лонок і т.п. (рис. 10.1, 10.2).

Рис.10.1. Конструкція оболонки із склопластику.

 

 

Рис.10.2. Конструкція покриття із склопластику.

 

Із склотканин, просочених полімерним зв'язуючим, можна отри­мати листовий матеріал - склотекстоліт.

Листовий вініпласт являє собою жорсткий матеріал, який одер­жують гарячим пресуванням пакетів, що набираються з полівінілхло- ридної композиції. Вініпласт випускають у вигляді прозорих і непро­зорих, забарвлених і незабарвлених листів з середньою густиною бли­зько 1400 кг/м. Довжина листів вініпласта — не менше 1300 мм, ши­рина — не менше 500, товщина І...20 мм. Вініпласт нетеплостійкий, і при 40°С міцність його знижується приблизно вдвоє. Температурний інтервал експлуатації цього матеріалу в умовах, що виключають вплив ударних і вібраційних навантажень — від мінус 50 ло плюс 60°С. Ві­ніпласт легко оброблюється і зварюється, але склеюється тільки де­якими клеями (наприклад, перхлорвініловим).

Вініпласт використовується в світлопрозорих огороджуючих конструкціях, для обшивки панелей, перегородок, підвісних стель, в елементах споруд з хімічно агресивним середовищем. З вініпласта ви­готовляють також вентиляційні короби, труби, резервуари, профільні вироби.

Органічне скло — 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/м. Випускають орг­скло в листах і блоках різної товщини і марок. Органічне скло ефе­ктивно застосовують для світлопрозорих огороджень. Особливо доці­льно використовувати оргскло для будівництва теплиць і парників.

В полімербетонах 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 фу- ранових 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 фено- лформальдегідних смолах. Для останніх характерна також висока ра­діаційна стійкість.

Комплексом позитивних особливостей, в тому числі високою водостійкістю, стійкістю до змочування, хімічною стійкістю, адгезій- ною здатністю, характеризуються полімербетони на епоксидних смо­лах. Як затверджувачі до них застосовують поліаміни, аміди, щавеле- ву 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 деформа- тивних 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. Полімерні бетони можна віднести до категорії швидкотвердію- чих матеріалів. При нормальному режимі твердіння вони набирають високу міцність вже в перші декілька діб. В наступний період твер­діння ріст міцності незначний

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.

Міцність полімербетонів залежить від вмісту і міцності полімеру і мінерального заповнювача в суміші, зчеплення між ними, режиму твердіння та інших факторів.

Значний економічний ефект досягається при використанні несу­чих хімічно стійких сталеполімербетонних конструкцій на промисло­вих підприємствах з агресивним впливом різних технологічних сере­довищ.

10.4. Опоряджувальні пластмаси

Позитивні особливості пластмас - декоративність, низька здат­ність до стирання, еластичність, високі тепло- і звукоізоляційні влас­тивості - обумовили їх широке застосування для покриття підлог та оздоблення стін. Пластмаси для підлог поділяють на рулонні, плиточ- ні та мастичні.

Рулонні матеріали, чи лінолеуми, виготовляють з поліві- нілхлоридних, алкідних, колоксилінових та гумових полімерів без підоснови або на тканинній, войлочній та інших видах підоснови. Найбільш масові лінолеуми без підоснови формують каландровим та екструзійним методами.

Провідне місце серед рулонних матеріалів для підлог займає по- лівінілхлоридний лінолеум. Його виготовляють у вигляді полотнищ шириною 1200...2400 мм та довжиною не менше 12 м. Полівінілхло- ридний лінолеум випускають одно- і багатошаровим, як однотонним, так і з декоративним оздобленням. Його не рекомендується викорис­товувати при вологісному режимі експлуатації, впливі жирів, масел і абразивних матеріалів. Водопоглинання безосновного лінолеуму - не більше 1,5%, здатність до стирання - 0,05 г/см.

Глифталевий (алкідний) лінолеум виготовляють переважно на тканинній підоснові. Недоліки його - підвищена крихкість, схильність до розтріскування.

В приміщеннях з вологим режимом експлуатації ефективне за­стосування гумового лінолеуму - релину, який має високу водо- і хі­мічну стійкість та звукопоглинання. Релин багатошаровий матеріал, де верхнім шаром служить кольорова гума, нижнім - суміш старої по­дрібненої гуми та бітуму.

Лінолеумні покриття широко застосовують в житлових і громад­ських будівлях. Вони дозволяють в 5...6 раз скоротити тривалість ви­робництва робіт порівняно з дощатими і в 10 разів - порівняно з пар­кетними підлогами.

Лінолеум на теплозвукоізолюючій основі повинен забезпечити

2 0

достатньо високе (11... 12 Вт/м С), теплозасвоєння підлоги, укладеної на залізобетонну основу. При використанні лінолеуму без тепло- звукоізоляційної підоснови потрібно укладати під покриття шар дере­воволокнистих плит.

Поряд з лінолеумними матеріалами в цивільному будівництві розповсюджені синтетичні килимові матеріали, які відрізняються високими акустичними та декоративно-художніми вла­стивостями. Це, наприклад, ворсолін, підосновою якого служить плів­ка з емульсійного полівінілхлориду, а для верхнього шару використо­вується ворсова пряжа з поліамідних чи поліпропіленових волокон.

Гарячим пресуванням паперу, просоченого термореактивними полімерами, одержують листи декоративного паперово - шаруватого пластика. Його поверхня може імітувати цінні породи каменю або дерева. Паперово-шаруватий пластик добре підда­ється механічній обробці, термостійкій і стійкий до зношування. Він гігієнічний, світло- та теплостійкий. Завдяки достатній хімічній стій­кості, він не псується від дії різних миючих засобів, розчинних кислот і лугів, органічних розчинників і мінеральних масел. Пластик витри­мує нагрів до 130°С.

3 рулонних матеріалів для оздоблення розповсюджені поліві- нілхлоридні декоративно-оздоблювальні плівки, які випускають різ­них кольорів і малюнків, прозорі і непрозорі, гладкі, тиснені, без клеє­вого шару чи на клеєвому шарі, на паперовій чи іншій підоснові, з ма­люнком чи без нього.

Прозорі плівки використовують для влаштування водозахисних та декоративних завіс, покриття теплиць і т.п. Непрозорі застосовують для оздоблення стін, перегородок, стель, дверних полотен, вбудованих меблів в приміщеннях, до яких висувають підвищені гігієнічні вимоги.

Шпалери - рулонний матеріал на паперовій основі. Випус­кається слідуючих видів: А, Ав — друковані; Б, Бв — друковані тис­нені; В, Вв — друковані гофровані; Г, Гв — дубльовані (індекс "в" означає стійкість проти вологого стирання).

Шпалери випускають рулонами шириною 500, 560 і 600 мм, дов­жиною 6; 10.5; 12 і 8 м. Маса паперової основи від 70 до 150 г/м.

Вологостійкі шпалери мають захисну плівку на лицевій поверхні з полімерних емульсій чи лаків. Їх застосовують для опоряджування кухонь і санвузлів, лікарняних приміщень.

Лінкруст — рулонний матеріал з рельєфним малюнком, який складається із суміші синтетичних полімерів і наповнювачів, на­несений на паперову основу. Він призначений для внутрішнього опо­рядження стін в приміщеннях з нормально-вологісним режимом екс­плуатації.