12.5.1. Конструкційні полімерні матеріали

Склопластики (ГОСТ 27389) - листові композиційні матеріали, одержувані шляхом просочення скляних волокон або тканин (армуючих компонентів) полімером. Склопластикова арматура має високу міцність і хімічну стійкість. Зв'язувальною речовиною у склопластиках служать феноло-формальдегідні, поліефірні й епоксидні полімери. Отримують три види склопластиків:

• склопластики з орієнтованими волокнами (СВАМ), ефективність яких полягає в сполученні низької густини (1800-2000кг/м³), високої хімічної стійкості й міцності при розтяганні (до 1000 МПа, межа міцності при стиску - 420 МПа);

• склопластики з рубаним скляним волокном, що мають світлопрозорість, застосовуються для покрівель, огороджень лоджій і балконів;

• склопластики на основі склотканини (склотекстоліти) одержують шляхом просочення полотен тканини термореактивними полімерами способом гарячого пресування при високій температурі й тиску.

Склопластики застосовують для виготовлення пневматичних конструкцій, твердих оболонок, до достоїнств яких відносять технологічну інваріантність (можуть мати як позитивну, так і негативну кривизну поверхні). Прольоти, які перекривають такими оболонками можуть досягати 90-110 м, маса 1 м² покриття становить 7-20 кг. Пневматичні оболонки застосовують для покриття ринків, спортивних залів.

Деревношаруваті пластики (ДШП) (ГОСТ 20966) - це листові та плиткові матеріали, виготовлені гарячим пресуванням пакетів та листів із деревного шпону, просочених полімером. В'яжучими речовинами для ДШП є резольні фенол-формальдегідні чи фенолокарбамідно-формальдегідні полімери (рис. 12.4). Товщина деревного шпону залежно від регулювання ріжучого пристрою лущильного верстата може бути 0,5...2,5 мм. Стрічку шпону розрізують на листи заданих розмірів, сушать у роликових сушарках до вологості 9...12 %.

Рис. 12.4 - Схема конструкції тришарової панелі зі стільниковим заповненням (а) та з'єднання стінки чарунки з обшивкою (б): 1 — обшивка: 2 — стінка чарунки стільника; 3 - клейовий шар, нанесений на обшивку; 4 - клей, що закріплює стінку

Для просочування шпону використовують розчини полімерів різної концентрації (28...55%). Технологія виготовлення та основні властивості ДШП наведені в розділі 10.4.

Деревношаруваті пластики за основними фізико-механічними властивостями переважають вихідну деревину і використовуються для виготовлення несучих конструкцій, допоміжних та монтажних елементів.

Полімербетон являє собою композиційний матеріал, що складається з високомолекулярних смол, дрібного й великого заповнювача, тонкомолотого наповнювача й добавок. Сполучними в полімербетоні можуть бути: фуранові, поліефірні, епоксидні полімери. Одержують шляхом інтенсивного перемішування підігрітих заповнювачів, смол і добавок з наступним зануренням у форму, ущільненням і витримкою при температурі до 100 ⁰С. Заповнювачі обирають залежно від умов експлуатації. Полімербетон - єдиний матеріал, що успішно працює в цехах хімічної, харчової, целюлозної промисловості, забезпечуючи корозійну стійкість несучих і самонесучих конструкцій. Від звичайного бетону полімербетон відрізняється не тільки хімічною стійкістю, але й високими показниками міцності: при стисканні - 60-120 МПа, при розтяганні - 7-40 МПа, морозостійкість - 200-300 циклів, але його вартість у кілька разів вище цементних. Застосування полімербетону доцільно там, де його вартість буде виправданою.

Бетонополімер одержують просочуванням звичайного важкого бетону на глибину 1-3 см мономерами у спеціальних герметичних камерах під тиском. Мономери полімеризуються в порах бетону, тим самим забезпечуючи високу щільність і корозійну стійкість конструкцій.

Оболонки покриттів відносять до найбільш ефективних конструкцій з пластмас. Завдяки високій технологічності, є можливість виготовляти оболонки раціональної геометричної форми, тип якої дозволяє компенсувати деякі недоліки вихідного матеріалу, наприклад підвищену деформативність, і виконувати одночасно несучу та огороджувальну функції. Деякі типи оболонок наведено на рис. 12.5.

Рис. 12.5 Типи оболонок з пластмас

а - структурні (типу просторової плити); б - призматичні оболонки одинарної кривизни; в - багатогранні оболонки подвійної позитивної гаусової кривизни і схожі з ними випуклі; г - оболонки складної конфігурації (подвійної негативної гаусової кривини); 1,2, 3 - із одно- і двовісним розташуванням елементів; 3,5 - циліндричні; 4, 6 - призматичні; 7 - замкнені; 8 -висячі; 9, 10 - еліптичні й пірамідальні; 11, 12 - сферичні й багатогранні; 13 - замкнені еліптичні; 14 - висячі еліптичні; 15, 16 - гіперболічні; 17, 18 - шатрові гіперболічні; 19, 20 - лійкоподібні й зонтоподібні гіперболічні; 21, 22 - висячі гіперболічні (сідлоподібні з центральною опорою)

Пластмасові оболонки вдало поєднують такі властивості, як радіопроникність, легкість, стійкість, індустріальність зведення. Такі оболонки дозволяють перекривати прогони споруд від 3 до 110 м. Оболонки виготовляють з використанням різних типів матеріалів: склопластиків (поліефірного, епоксидного і полістирольного); алюмінієвого та сталевого профілів; клеєних дерев'яних брусків.

Використовують такі конструкції для перекриття театрів, концертних залів, спортивних арен, торгових майданчиків тощо.

Тришарові панелі — це плоскі чи просторові конструкції, складені з легкого тепло-, звуко-, віброізоляційного матеріалу, обклеєні з обох боків міцними і жорсткими обшивками, стійкими до різних впливів.

Такі панелі є найбільш ефективними несучими і огороджувальними конструкціями. Середня густина тришарових панелей знаходиться в межах 40...70 кг/м³, що дозволяє значно знизити масу будинку і підвищити індустріальність будівництва.

Такі панелі класифікують за призначенням (для стін, покриттів) з урахуванням світлопропускаючої спроможності (світлопроникні і глухі) та технологічних властивостей (неутеплені і утеплені).

Основне призначення тришарових панелей - влаштування підвісних перекриттів і вертикальних огороджувальних конструкцій.

Матеріалом обшивок панелей може бути тонколистовий алюміній, корозійностійка сталь, склопластики, фанера, деревні плити, азбестоцемент.

Найчастіше як матеріал середнього шару використовують полістирольний пінопласт, що зумовлено його порівняно низькою вартістю і високими фізико-механічними властивостями. Проте йому притаманні деякі недоліки: низька теплостійкість (70...80 °С) та низька вогнестійкість, яку іноді підвищують введенням спеціальних добавок.

Більш високою міцністю і теплостійкістю (до 130 °С) характеризується пінополівінілхлорид, але його застосування обмежене внаслідок високої вартості та можливості виникнення корозійних процесів.

Для тришарових панелей широко використовують пінополіуретан. Його у рідинному стані заливають у порожнини, після чого він самочинно спінюється і склеюється з листами обшивки.

Структура пінопласту і ступінь спінювання регулюються зміною складу вихідної композиції.

Найбільшу жорсткість і сталість при мінімальній масі мають панелі з середнім шаром із сотового заповнення, яке виготовляють з металевої фольги, паперу, пластмас (рис. 12.6).

Рис. 12.6. Тришарова панель: а — без обрамовування; б — з обрамовуванням; в — з хвилеподібним світлопрозорим заповненням; г — складена з коробчастих елементів

Іноді для підвищення теплоізоляційних і вогнезахисних властивостей панелей чарунки стільників заповнюють пінопластом, спученим перлітом чи вермикулітом тощо.

При склеюванні стільників з обшивками застосовують різні клеї. Більш жорсткі наносять на стільники, а еластичні - на листи обшивки.

Тришарові плити покриттів і підвісних перекриттів виготовляють з обрамовуванням, яке міцно з'єднане з обшивками. Обрамовування може бути із сталевих, азбестоцементних, фанерних профілів (рис. 12.6, б).

Торцеві боки панелей також закривають смугами з водостійкої бакелізованої фанери і обрамовують алюмінієвими кутиками, скріпленими з обрамовуванням і фанерою клеєзаклепувальними з'єднаннями.

Стики панелей ущільнюють прокладками з пороізолу, герніту, пінополіуретану, які здатні сприймати температурні деформації панелей без порушення герметичності стику. Додаткову герметичність забезпечують мастики і механічні пристрої, компенсатори, прокладки.

Азбестоцементні тришарові панелі обрамовують дерев'яними, фанерними чи сталевими профілями, які з'єднають з обшивками клеєгвинтовими з'єднаннями (рис. 12.10).

Панелі з алюмінієвими обшивками і середнім шаром із полівінілхлоридного пінопласту обрамовують алюмінієвим швелером, який скріплюють із обшивками клеєзаклепувальним чи клеєзварним з'єднанням.

Сучасним вимогам, які пред'являються до будівель відносно теплозахисту, відповідають тришарові панелі із зовнішніми шарами з армованого важкого бтону і середнім теплоізоляційним шаром із полістирольного пінопласту ПСБ-С у вигляді плит на «гнучких зв'язках» (з металевих стрижнів).