Виды пластмасс, применяемых в строительстве. Основы расчета элементов конструкций из пластмасс.

Конструкционные пластмассы в строительстве применяют в составе элементов несущих и ограждающих строительных конструкций. Основой этих материалов являются синтетические полимерые смолы — продукты промышленности химических органических материалов. К ним относятся стеклопластики, пенопластики, оргстекло, винипласт, воздухо- и водонепроницаемые ткани и пленки и древесные пластики, синтетические клеи.

Из наиболее прочных стеклопластиков, расчетное сопротивление сжатию и растяжению которых достигает 100 МПа, выполняют основные элементы несущих строительных конструкций. Прозрачные стеклопластики используют в качестве светопрозрачных цементов ограждающи х конструкций зданий. Из особо прозрачного оргстекла и прозрачного винипласта изготовляют прозрачные части ограждений, пропускающие все части солнечного спектра. Сверхлегкие пенопласты применяют в средних слоях легких ограждений покрытий и стен. Прочные, тонкие воздухо- и водонепроницаемые ткани используют в пневматических и тентовых покрытиях. Из полимерных пленок осуществляют временные по-крытия закрытого грунта. Древесные пластики могут служить материалом для конструкций, работающих на открытом воздухе.

К положительным свойствам этих материалов относятся: малая плотность, не превышающая 1500 кг/м³, химическая стойкость в некоторых агрессивных средах; влагостойкость и неподверженность гниению. В процессе изготовления им можно придать ряд требуемых свойств и сделать элементы конструкций любой требуемой формы.

Основными недостатками конструкционных пластмасс является их малая жесткость (модуль упругости не превышает 10⁴ МПа) и, следовательно, повышенная деформативность, не позволяю­щая полностью использовать их прочность. Сгораемость данных материалов ограничивает их применение в основных несущих кон­струкциях. Малая поверхностная твердость ведет к легкой повреж­даемости конструкций. Ползучесть и старение в процессе эксплуатации приводит к повышению прогибов и уменьшению прозрач­ности ограждающих конструкций.

В состав конструкционных пластмасс входит ряд компонентов.

Синтетические смолы являются основными компонентами пластмасс. Они образуют основную массу материалов, служат связующими аналогично цементному раствору в бетоне и делятся на два основных класса — термопластичные и термореактивные.

Термопластичные смолы после завершения процесса синтеза и превращения в твердую стеклообразную массу способны под действием нагрева размягчаться, переходя в вязко-текучее состояние, а при охлаждении вновь возвращаться к твердому состоянию. Термопластичные смолы используют для изготовления листовых материалов (органическое стекло, винипласт), клеев для их склеивания, пенопластов, пленок.

Термореактивные смолы переходят из вязкотекучего в твердое состояние только один раз — в процессе отверждения. Этот процесс происходит под воздействием отвердителя или при нагрева или одновременно того и другого. После завершения процес отверждения термореактивный материал не размягчается при последующем нагреве, а лишь незначительно теряет прочность и же сткость.

Для улучшения механических и технологических свойств, по вышения теплостойкости, снижения стоимости в пластмассовые материалы вводят наполнители неорганического и органического происхождения в виде порошков, волокон, листов (древесн мука, цемент, стеклянные и асбестовые волокна, бумага, хлопчатобумажные и стеклянные ткани и т.п.).

Пластмассовые материалы окрашивают путем введения красителей в массу материала.

Стеклопластик представляет собой материал, состоящий из двух основных компонентов: синтетического связующего и стеклянного волокна

Продолжение)

(наполнителя). Сущность изготовления стеклопластика состоит в том, что в неотвержденную смолу вводят стекловолокно, а затем смолу подвергают отверждению. Синтетическое связующее придает монолитность и обеспечивает стабильность формы готового стеклопластика; обеспечивает использование высокой прочности стекловолокна путем равномерного распределений усилий между волокнами и обеспечения их устойчивости, защиту волокон от атмосферных и других внешних воздействий; принимает часть усилий, возникающих в эксплуатационных условиях.

Стеклопластики бывают сгораемыми и трудносгораемыми. Специальные добавки в смолу придают им свойство самозатухания. Они могут быть светопроницаемыми и светонепроницаемыми. |

Прозрачный стеклопластик, состоит из прозрачной полиэфирной термореактивной смолы рубленого стекловолокна в количестве около 25 % по массе имеет высокий коэффициент светопропускания (0,85). Свет при этом пропускается рассеянно, обеспечивая равномерную освещенность помещений. Такой стеклопластик может быть бесцветным или иметь любую требуемую окраску

Пенопласты — это сверхлегкие газонаполненные конструкционные пластмассы. Они представляют собой твердую пену, состояшую из массы замкнутых ячеек, заполненных воздухом или безвредным газом со стенками из затвердевшей полимерной смолы. Пенопласта образуются путем горячего вспенивания термопластичных смол или введения в состав термореактивных смол затвердителей и пенообразователей в процессе их твердения. Прессовые пенопласты изготовляются в установках высокого давления. Они имеют повышенную прочность и стоимость. Беспрессовые пенопласты вспениваются при обычном атмосферном давлении, являются менее прочными и более дешевыми. Особенно эффек-тивно изготовление термопластичных пенопластов непосредствен но в полостях ограждающих конструкций, например при форми ровании среднего слоя трехслойных плит и панелей.

Пенопласты — очень эффективный теплоизоляционный мат риал. Теплопроводность, соответствующая их малой плотности очень низкая. Теплостойкость их ограничена и у термопластична видов составляет всего 60 °С и лишь вдвое выше у термореактивных. Пенопласты бывают сгораемые — ПС-1 и ПС-4, трудносгс раемые и самозатухающие — ПСБ и ФРП. Благодаря малой массе, низкой теплопроводности и относительно достаточной прочности их используют как эффективный материал для слоист плит и панелей покрытий и стен зданий различного назначения, отличающихся легкостью и высокими теплозащитными свойствами.

Органическое стекло, или оргстекло, — это конструкционная пластмасса, состоящая полностью из термопластичной полимер ной смолы—полиметилметакрилата, без каких-либо наполнителей. Его изготовляют в виде листов и плит размерами до 170 см I толщиной до 40 мм. Главное достоинство оргстекла — высокая степень прозрачности (до 95 %). Существенным преимуществом оргстекла перед оконным стеклом является отсутствие хрупкости и светопрозрачность В строительстве его используют для создания светопрозрачных участков в покрытиях и

Продолжение)

стенах зданий, в помещениях которые необходимо создание оздоровительного для людей внутреннегой микроклимата. Малая теплостойкость оргстекла позволяет формованию из нагретых листов гнутые поверхности зенитных фонарей.

Винипласт.

Воздухонепроницаемые ткани — новый конструкционный материал, состоящий из текстиля и эластичных покрытий.

Расчёт с. к. Строительные конструкции должны быть рассчитаны на прочность, устойчивость и колебания. При этом учитываются силовые воздействия, которым конструкции подвергаются при эксплуатации (внешние нагрузки, собственный вес), влияние температуры, усадки, смещения опор и т.д., а также усилия, возникающие при транспортировке и монтаже С. к. В СССР основным методом расчёта С. к. является метод расчёта по предельным состояниям, утвержденный Госстроем СССР для обязательного применения с 1 января 1955. До этого С. к. рассчитывали в зависимости от применяемых материалов по допускаемым напряжениям (металлические и деревянные) или по разрушающим усилиям (бетонные, железобетонные, каменные и армокаменные). Главный недостаток этих методов - использование в расчётах единого (для всех действующих нагрузок) коэффициента запаса прочности, не позволявшего правильно оценивать величину изменчивости различных по своему характеру нагрузок (постоянных, временных, снеговых, ветровых и т.д.) и предельную несущую способность конструкций. Кроме того, метод расчёта по допускаемым напряжениям не учитывал пластической стадии работы конструкции, что приводило к неоправданному перерасходу материалов.

Продолжение)

низкая стоимость. Недостатки: необходимость постоянного поддержания избыточного давления воздуха в оболочке, сравнительная недолговечность, низкие огнестойкость и звукоизолирующая способность.

Применение П. с. к. рационально для возведения постоянных и временных сооружений различного назначения (производственные и складские помещения, зрелищные, спортивные, торговые, выставочные и др. сооружения), мобильных зданий (станции технического обслуживания, медпункты, клубы, библиотеки), транспортных и гидротехнических сооружений (мосты, плотины, затворы), вспомогательных устройств для производства строительных

Эффективность применения пневматических оболочек опред еляется их ничтожно малой поверхностной плотностью порядка 1 кг/м², возможностью их транспортирования в компактном свернутом виде и возможностью возведения в кратчайшие сроки, из­меряемые сутками. Значительный эффект дает их применение в качестве временных сборно-разборных покрытий, например зерноскладов в районах с непредусмотренно большими урожаями. Оболочки могут быть туда доставлены воздушным транспортом и быстро возведены, что приводит к сохранению значительной части урожая. Этим оправдывается их повышенная стоимость, дефицитность воздухонепроницаемых тканей и небольшой срок их нормальной эксплуатации, не превышающий пяти лет.