Применение полимерных материалов и изделий

Анализ всех свойств полимерных материалов показал, что в строительстве экономически целесообразно использовать их при изготовлении несущих конструкций высокой коррозионной стойкости, покрытии полов, отделке стен, теплоизоляции ограждающих конструкций и технологического оборудования, герметизации стыков и швов в крупнопанельных зданиях, гидроизоляции кровель и фундаментов, изготовлении санитарно-технического оборудования и труб, а также для антикоррозионных работ.

К несущим конструкциям можно отнести стены, оболочки и плиты покрытий, колонны, балки, дорожные плиты, покрытия пола промышленных зданий. Примером могут служить многослойные панели, которые применяют в качестве ограждающих конструкций для стен и покрытий. Они представляют собой деревянный или алюминиевый каркас, обшитый с двух сторон твердыми древесноволокнистыми и древесностружечными плитами с водостойким полимерным покрытием или листовым пластиком, промежуток между обшивками заполняют теплоизоляционными плитами из пено- или поропласта. Такие конструкции широко применяют в промышленном строительстве.

Большой интерес представляют пневматические конструкции (мягкие оболочки), которые выполняют ограждающие функции свода. Заданную форму купола и несущую способность ему обеспечивает нагнетаемый воздух под давлением 0,1 – 1,0 кПа. Материалом для пневматических конструкций служат неармированные и армированные сеткой (капроновой, лавсановой, металлической) полимерные пленки, ткани, покрытые или пропитанные полимерами, высокопрочные стальные канаты. Мягкие оболочки применяют для покрытия рынков, спортивных залов. При заполнении водой или водой в сочетании с воздухом эти конструкции используют в качестве плотин.

Преимущества жестких оболочек состоят в том, что они могут иметь как положительную, так и отрицательную кривизну поверхности. Пролеты, перекрываемые оболочками, могут достигать 90 – 110 м, масса 1 м² покрытия составляет 7 – 20 кг. Материалом для жестких оболочек служат листовые стеклопластики, алюминиевые и стальные профили, клееные деревянные брусья и для обеспечения теплоизоляции – пенопласт.

При строительстве цехов химической, пищевой, целлюлозно-бумажной промышленности встает вопрос обеспечения коррозионной стойкости несущих и самонесущих конструкций. Единственный материал, который отвечает комплексу заданных свойств, – полимербетон. Его получают путем интенсивного перемешивания в бетоносмесителе подогретых заполнителей (песка, щебня), полимерной смолы и добавок. Полученную массу помещают в форму, уплотняют и выдерживают при температуре до 100 °С. Полимербетоны обладают высокой механической прочностью (R_сж = 90 – 110 МПа, R_рас = 9 – 11 МПа), химической стойкостью, беспыльностью, гигиеничностью, водостойкостью. Все эти свойства предопределяют применение этих материалов для изготовления колонн, плит перекрытия, штучных материалов для покрытия пола. При производстве полимеррастворов в составе отсутствует крупный заполнитель (щебень).

В зависимости от вида полимерного связующего полимербетоны могут быть фурановые, полиэфирные, эпоксидные; содержащие арматуру называют армополимербетонами. В зависимости от материала арматуры различают сталеполимербетон (стальная арматура) и стеклополимербетон (стеклопластиковая арматура). Арматура может быть в виде стержней, проволоки или отдельных волокон, равномерно распределенных по всему объему, – дисперсная арматура. В качестве дисперсной арматуры применяют короткие тонкие нити и волокна (фибры) из металла, стекла, горных пород и полимеров. Если в полимербетоне использовано дисперсное армирование, то бетон называют фиброполимербетоном.

Стеклопластиковую арматуру получают путем скручивания пропитанных смолами стеклонитей в жгут и нанесения на поверхность полученных стержней специального защитного полимерного пленочного покрытия. Стеклопластиковая арматура обладает высокой прочностью, химической стойкостью, поэтому ее используют в железобетонных конструкциях, эксплуатируемых в условиях действия растворов кислот и солей.

Повысить стойкость готовых железобетонных конструкций можно за счет их пропитки мономером, который, полимеризуясь в порах бетона, обеспечивает высокую плотность и коррозионную стойкость конструкций. Пропитка проводится в специальных герметичных камерах под давлением на глубину до 3 см. Такой материал называют бетонополимером, а конструкции и изделия – бетонополимерными.

К конструкциям, испытывающим в процессе эксплуатации действие нагрузки, относится также опалубка. Опалубку применяют для получения на строительной площадке бетонных и железобетонных элементов и конструкций. Для ееизготовления используют древесностружечные плиты, водостойкую фанеру, пластики. Вследствие своей гидрофобности поверхность пластиковой опалубки обладает малым сцеплением с бетоном и не требует специальной смазки. Формы для производства сборного железобетона на заводе могут быть цельнополимерными или комбинированными. Последние получают путем облицовки деревянных поверхностей листами пластиков. Кроме вышеперечисленных имеется еще один вариант изготовления стеклопластиковой опалубки (форм) – методом напыления смеси стекловолокна со смолой на ограждающую поверхность, выполненную из ДВП, ДСП или фанеры. Кроме стеклопластиков для опалубки применяют листовой жесткий поливинилхлорид, бумажно-слоистые пластики, полиэтилен, резину.

Для покрытия полов в строительстве используют полимерные растворы, рулонные (линолеумы), плиточные материалы и ворсовые ковровые изделия, которые используют как вторичное покрытие. Бесшовные монолитные покрытия из полимерных мастик, растворов и бетонов применяют в промышленных зданиях, где необходима коррозионная стойкость или имеются повышенные требования к полам по гигиеничности и беспыльности покрытий. Покрытие выполняют в два слоя: нижний из полимербетона, верхний из полимерраствора. Выравнивание и уплотнение проводят специальными вибраторами или катками.

Самым распространенным материалом для покрытия полов является рулонный линолеум. Полы из линолеума удобны, так как упруги, заглушают шум шагов, малотеплопроводны, декоративны, легко моются, хорошо сопротивляются износу, долговечны. Качество линолеума оценивают по трем основным показателям: упругости, твердости и истираемости. По виду используемого основного сырья линолеумы можно разделить на поливинилхлоридные, резиновые и алкидные. Основной объем составляют поливинилхлоридные (ПВХ)линолеумы, которые выпускают безосновными, (методами экструзии, вальцево-каландровым) и основными (промазной способ) с гладкой или тисненой фактурой лицевой поверхности. В качестве основы используют джутовые ткани, стеклоткань и стеклосетку, а также нетканый иглопробивной материал, который придает линолеуму теплозвукоизолирующие свойства. Аналогичные изделия получают при нанесении вспененной полимерной массы на подоснову. Эти материалы применяют для покрытия пола в жилых, общественных и промышленных зданиях при средней интенсивности движения.

Резиновые линолеумы (релины) изготавливают на основе синтетических каучуков, наполнителей (тонкомолотые резиновые отходы, горные породы) и добавок. По конструкции они могут быть однослойными или многослойными на теплозвукоизолирующей подоснове. Этот вид материала хорошо зарекомендовал себя для покрытия полов животноводческих, медицинских помещений, в массовом жилищном строительстве используется ограниченно. Не рекомендуется воздействие кислот, щелочей, жиров, растворителей и нефтепродуктов.

Алкидные линолеумы применяют в жилых помещениях, общественных, лечебно-профилактических и производственных зданиях.

Полотна линолеума сваривают в цехах токами высокой частоты, горячим воздухом или инфракрасными лучами для получения ковра размером на комнату, что снижает трудоемкость отделочных работ на строительной площадке. Линолеум укладывают по тщательно выполненному ровному, сухому и чистому основанию и приклеивают специальными полимерными составами.

К рулонным материалам можно отнести также ковровые ворсовые тепло- и звукоизолирующие покрытия, которые применяют в жилых и общественных зданиях. Их получают из синтетического ворсового материала на подоснове. Ворсово-прошивные (тафтинговые), иглопробивные войлочные ковры и ворсовые линолеумы – ворсолин применяют для устройства полов в гостиницах, театрах, библиотеках и т.д.

Второе место по объему выпускаемой продукции для покрытия полов занимают плиточные полимерные материалы. В зависимости от применяемого связующего их можно разделить на кумароновые, поливинилхлоридные, резиновые. Плитки получают методом прессования или вырубкой по размерам из полотна безосновного линолеума. Основное назначение – покрытие полов кухонь, коридоров, лестничных площадок.

Достоинства плиточных покрытий: повышенная экономичность производства за счет снижения расхода полимерного связующего, высокая долговечность изделий и ремонтоспособность покрытия. Недостатки: малая декоративность, большое количество швов, снижающих монолитность покрытия, повышенная трудоемкость при устройстве полов. По сравнению с плиточными материалами преимущества линолеумов – в их индустриальности, технологичности и большей монолитности, а также в низкой трудоемкости при укладке.

Для отделки стен применяют пленочные безосновные и основные материалы, а также крупноразмерные листы и мелкоштучные плитки. Они могут быть окрашены в разные цвета с гладкой, тисненой или рельефной поверхностью. Отделку кухонь, прихожих, торговых залов, кафе выполняют с применением ПВХ-пленки на бумажной подоснове с различным печатным и тисненым цветным рисунком (полиплен, изоплен). Высокой декоративностью обладает девилон, имитирующий кожу, тексоплен – ткань с набивным рисунком, пропитанная специальным кремнийорганическим составом.

В отделке жилых (коридоры, прихожие) и общественных помещений все чаще находит применение рулонный вспененный на бумажной подоснове пеноплен. Этот материал запрещают использовать в детских учреждениях, больницах, так как он относится к группе сгораемых материалов. Возможность применения полимерных рулонных материалов оценивают по их поверхностному водопоглощению, гибкости и прочности на разрыв.

Облицовку плитками санитарно-технических помещений, холлов, торговых залов выполняют с использованием специальных приклеивающих полимерных составов (мастик). Плитки выпускают полистирольные декоративные и ПВХ рельефные, имитирующие текстуру ценных пород древесины, лепные узоры. Вследствие низкой огнестойкости эти материалы запрещают применять в помещениях с нагревательными приборами открытого огня, в детских учреждениях и на лестничных клетках. Качество изделий оценивают по соответствию ГОСТу внешнего вида и термостойкости.

Для отделки стен широкое распространение нашел листовой бумажно-слоистый пластик, который выпускают одноцветным и многоцветным с имитацией ценных пород дерева, камня. Облицовочные рельефные поливинилхлоридные панели полидекор применяют для отделки стен и потолков общественных и производственных зданий. Листы изготавливают с рельефным рисунком, одноцветными и многоцветными, с печатным рисунком, гладкой или тисненной лицевой поверхностью.

К материалам специального назначения относятся акустические, теплоизоляционные, кровельные, гидроизоляционные, герметизирующие и антикоррозионные.

Акустические звукоизоляционные материалы используют в конструкциях между перекрытиями и стенами в виде гибких, упругих прокладок из пенополиуретана или губчатой резины. По этому же назначению применяют упругие минераловатные маты и плиты, представляющие собой крупноразмерные изделия, в состав которых входят каменные, шлаковые или стеклянные волокна, скрепленные полимерными смолами, а также пенополиуретановые и пеновинилхлоридные плиты, располагаемые под покрытием пола.

Звукопоглощающие материалы необходимы для снижения шума в промышленных цехах, зрительных залах, учебных аудиториях, теле- и радиостудиях. Эффект звукопоглощения обеспечивает высокая сквозная пористость материала (минераловатные, стекловатные плиты на фенолоформальдегидном, битумном или крахмальном связующем) или искусственно выполненная перфорация. В качестве перфорированного покрытия можно использовать слоистый пластик. Основу полимерных изделий (плит) составляют вспененные или газонаполненные пластмассы с открытой пористостью.

Теплоизоляционные материалы на основе пластмасс изготавливают из различных полимеров: полистирола, полиуретана, полихлорвинила, полиэтилена и др. Поропласты характеризуются высокими теплоизоляционными свойствами в сочетании с хорошими прочностными показателями. Одним из высокоэффективных теплоизоляционных материалов является мипора, полученная вспениванием мочевиноформальдегидной смолы. Ее применяют в виде блоков плотностью 10 – 20 кг/м³ для теплоизоляции кирпичных стен и трехслойных каркасных панелей.

По строению теплоизоляционные поропласты имеют преимущественно замкнутые поры. Свойства материалов в зависимости от вида полимера и способа производства колеблются в широких пределах: плотность 10 – 150 кг/м³; теплопроводность при температуре 20 ± 5 °С – 0,023 –
0,052 Вт/(м·К), прочность 0,05 – 4 МПа, объемное водопоглощение – 2 – 70 %. По огнестойкости изделия относятся к трудносгораемым и сгораемым материалам.

Поропласты широко применяют для теплоизоляции трубопроводов и оборудования, для утепления строительных ограждающих конструкций и защиты холодильных агрегатов. Температура применения пенопластов в зависимости от вида смолы находится в пределах от –180 до +100 °С.

Проблема улучшения теплотехнических свойств ограждающих конструкций решается за счет применения многослойных стеновых и кровельных панелей, средний слой которых выполняют из эффективного плитного утеплителя или применяют способ вспенивания полимера непосредственно в полости строительных конструкций. По этой технологии гранулы полимера нагревают паром или токами высокой частоты, заливают между слоями панели и охлаждают до определенной температуры.

В связи с высокими водостойкостью, водонепроницаемостью, часто сочетающимися с гидрофобными свойствами, полимеры нашли широкое применение при выполнении кровельных работ и гидроизоляции строительныхконструкций. В качестве кровельных используют листовые и рулонные изделия, мастичные составы.

Наибольшее распространение среди листовых кровельныхматериалов получили плоские и волнистые полиэфирные стеклопластики. Эти материалы обладают высокой прочностью, стойкостью к атмосферным воздействиям, повышенным светопропусканием (до 85 %). Основным назначением кровельных стеклопластиков является устройство крыш для неотапливаемых построек – павильонов, веранд, складов, а также теплиц и оранжерей.

Рулонные материалы одновременно выполняют роль кровельных и гидроизоляционных. К ним относятся армированные стеклосеткой и неармированные полимерные пленки, безосновные материалы, в состав которых входят резиновые смеси в сочетании с наполнителями и специальными добавками (гидробутил, бутизол, бутерол) или полученные на основе стеклосетки и стеклоткани с пропиткой и покрытием их с двух сторон полимерными мастичными составами (армобитэп, эластостеклобит и др.).

Интересно применение нового полимерного материала кровелит, который представляет собой мастичную композицию на основе хлорсульфированного полиэтилена. Для получения прочного водостойкого верхнего покрытия состав с помощью валиков наносят на поверхность железобетонной или асбестоцементной плиты в несколько слоев, где он подсыхает и превращается в упругий эластичный резиновый ковер, успешно работающий при температуре от –45 до +120 °С.

Для производства новых рулонных гидроизоляционных материалов используют синтетические полиамидные, полиэтиленовые волокна, соединенные синтетическими смолами, латексами. Иногда в массу добавляют легкоплавкие волокна, которые при плавлении и прокатке образуют непрерывное полотно. Широкое применение находят синтетические волокна с добавлением минеральных волокон (стеклянных, шлаковых) и связующего вещества для производства нетканых синтетических полотен. Существуют различные комбинации органических волокон с неорганическими (металлическими, шлаковыми, стеклянными, базальтовыми), повышающими прочность, долговечность рулонных материалов. В качестве связующего используют винилацетат, фенольные смолы, эфиры полиакриловой кислоты, органосиликаты и латексы.

Важная задача в строительстве – герметизация стыков между строительными блоками и панелями, так как стыки являются наиболее уязвимым местом в зданиях. Герметизирующие материалы для долговечного и надежного обеспечения монолитности сооружения должны быть атмосферо- и влагостойкими, устойчивыми к многократным сезонным и суточным температурным изменениям, иметь хорошие тепло- и звукоизоляционные свойства. Применяемые материалы представляют собой мастичные составы, эластичные прокладки в виде пористых или плотных резиноподобных полимерных жгутов (пороизол, гернит и др.).

Мастичные составы получают путем смешивания органических связующих с тонкомолотыми наполнителями и специальными добавками, повышающими стойкость материала к действию ультрафиолетовых лучей, замедляющими процесс старения и т.д. В качестве наполнителей, снижающих расход связующего и повышающих эксплуатационные свойства, используют порошкообразные или тонкомолотые волокнистые неорганические материалы (песок, шлак, асбест). При их введении снижаются усадочные деформации при отверждении композиций, повышаются теплостойкость и механическая прочность. Тонкодисперсные отходы резины применяют для увеличения упругости и эластичности. По виду используемого связующего мастики классифицируют на полимерные, битумно-полимерные и битумные. По технологии применения – на горячие, требующие разогрева перед нанесением на поверхность, и холодные, пластичность которых обеспечивают вода (эмульсионные) или растворитель. Кроме герметизирующего назначения мастики используют для приклеивания рулонных материалов при устройстве кровли, паро- и гидроизоляции трубопроводов и строительных конструкций, а также с целью защиты их от коррозии.

Антикоррозионные полимерные материалы выпускают в виде лакокрасочных составов, замазок, мастик, растворов и бетонов, а также таких изделий, как плитки и листы. Основное их назначение – защита строительных конструкций и технологического оборудования от разрушения.

Полимеррастворы и полимербетоны на основе фурановых смол применяют для устройства полов при действии кислот, щелочей и органических растворителей. На основе термопластичных смол (полистирола, поливинилхлорида, полиэтилена, полиизобутена) для оклеечной антикоррозионной защиты строительных конструкций производят изделия и материалы в виде листов, плиток и пленок. В качестве фиксирующих композиций используют специальные клеи, замазки, мастики на основе химически стойких высокомолекулярных смол.

Красочные составы применяют для защиты поверхности строительных конструкций от коррозии, загнивания, поглощения влаги, а также для придания им декоративности. В зависимости от назначения в покрытии различают следующие виды малярных составов: грунтовки, обеспечивающие сцепление покрытия с поверхностью; шпатлевки, предназначенные для заполнения пор, раковин и выравнивания окрашиваемой поверхности; окрасочные составы, придающие декоративность и выполняющие защитные функции по отношению к поверхности изделия и конструкции.

Выбор лакокрасочных материалов, применяемых для защиты бетонных, железобетонных и металлических конструкций, проводят с учетом условий эксплуатации, вида и степени агрессивности среды, требуемой долговечности покрытия. В марку лаков, эмалей, красок входят цифры, обозначающие условно их назначение, буквы – вид полимерного связующего. Например, эмаль ЭП-225 – ограниченно-атмосферостойкая, на основе эпоксидной смолы.

Окрасочные составы представляют собой вязкотекучие композиции, которые образуют при нанесении на поверхность изделий и отверждении пленочные плотные эластичные защитные покрытия.

Основным компонентом этих материалов являются связующие (пленкообразующие вещества), обеспечивающие пластичность смеси, прочность и стойкость покрытия. В полимерных красочных составах в качестве связующего используют высокомолекулярные смолы, в масляных – олифы. Олифы могут быть получены путем переработки растительных масел (льняного, конопляного и др.) – натуральные и на основе полимерных смол.

В зависимости от пластичности масляные краски подразделяют на густотертые и готовые к употреблению (при увеличении расхода олифы). Для ускорения отверждения пленки в масляные краски вводят сиккативы.

Качество связующего оценивают по вязкости, цвету и скорости высыхания. При растворении полимерного связующего органическим растворителем (бензином, уайт-спиритом, толуолом, скипидаром) получают лак, образующий при нанесении на поверхность прозрачное защитное покрытие, путем введения в лак пигмента – эмаль.

Пигмент представляет собой тонкомолотый окрашенный порошок, не растворимый в воде, связующем и растворителе. По происхождению пигменты могут быть органическими, обладающими высокой интенсивностью цвета, но пониженной долговечностью, и минеральными – атмосферостойкими. Качество пигментов оценивают по степени их измельчения – тонкости помола (дисперсности), укрывистости (интенсивности окрашивания) и маслоемкости (минимальному расходу связующего, необходимого для получения однородной пластичной массы определенной молярной консистенции).

Красочный состав включает связующее, пигмент, растворитель (или разбавитель) и наполнитель.

Наполнитель применяют в виде слабоокрашенного тонкомолотого минерального материала (кварцевого песка, мела, талька, доломита, каолина). Основное назначение этого компонента – повышение вязкости состава, прочности, плотности, температуроустойчивости и снижение деформативности защитного пленочного покрытия, а также сокращение расхода дорогостоящего пигмента.

Разбавители используют для уменьшения вязкости красочного состава, в отличие от растворителя они не растворяют связующее. Разбавителем может быть вода в водоэмульсионных красках, олифа – в масляных красках.

При испытании красочных составов определяют их вязкость, твердость пленки, прочность при ударе и изгибе.

Материалы, применяемые в строительстве, представлены в табл. 2.3.

Таблица 2.3

Применение полимерных материалов

 

Материалы и изделия	Область применения
Полимербетоны, бетонополимеры	Колонны, балки, плиты перекрытия, полы в химических цехах с агрессивными средами
Листовые пластики	Обшивка навесных панелей; устройство светопрозрачных кровель (стеклопластики), жестких оболочек; отделка фасадов и внутренних стен; выполнение подвесных потолков; изготовление форм при производстве железобетонных изделий и конструкций
Плиты крупноразмерные высокопористые: мягкие	Звукоизоляция междуэтажных перекрытий

Окончание табл. 2.3

жесткие	Теплоизоляция ограждающих конструкций (стеновых панелей, плит покрытия). При наличии перфорации – звукопоглощающие материалы для выполнения подвесных потолков
Стержни стеклопластиковые	В качестве арматуры при получении бетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях действия кислото- и солесодержащих сред
Плиточные – мелкоштучные (вырубленные и прессованные) (ПВХ, кумароновые, резиновые полистирольные и др.)	Покрытие полов, стен в помещениях с влажным режимом эксплуатации
Рулонные основные и безосновные:	Выполнение мягких кровель
линолеумы (ПВХ, алкидные, резиновые и др.)	покрытие полов в жилых, общественных помещениях
пленки гладкие и рельефные	Выполнение мягких оболочек, защита кровельных и гидроизоляционных рулонных материалов, внутренняя отделка стен
Длинномерные жгуты, шнуры, прокладки из полиуретана, каучуков и мягких поропластов	Герметизация швов, звукоизоляция строительных конструкций
Вязкопластичные мастичные составы на битумно-полимерных и полимерных связующих	Выполнение мастичных кровель, герметизация швов, антикоррозионная защита строительных конструкций, приклеивание рулонных, плиточных и крупноразмерных материалов к основанию
Вязкотекучие красочные составы	Придание декоративности и защита поверхности от разрушения