Полимерные материалы в строительстве: Применение полимеров в строительстве

alexxlab | 26.06.2023 | 0 | Разное

Глава 9. Полимерные строительные материалы

9.1. Общие сведения

Полимерными материалами или пластмассами называют материалы, которые в качестве основного компонента содержат полимер – высокомолекулярное органическое соединение, обладающее на определенной стадии переработки пластичностью.

Сырьем для полимеров служат продукты коксования и газификации каменного угля, а также природный газ и так называемый “попутный газ”. Основные способы получения полимеров:

Полимеризация – процесс соединения молекул мономера за счет раскрытия двойных связей в макромолекулы без выделения побочных продуктов. Полимеризацией получают полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полистирол, поливинилхлорид, поливинилацетат, полиакрилаты, полиуретаны, инденкумароновые полимеры. Инициирование процесса полимеризации осуществляется активизацией мономера под воздействием нагревания, световых лучей, ионизирующего излучения, добавок инициаторов и катализаторов.

Поликонденсация – процесс образования макромолекул полимеров в результате взаимодействия между функциональными группами молекул исходных веществ. Это взаимодействие сопровождается образованием побочных низкомолекулярных продуктов. Поликонденсацией получают фенолоальдегидные, полиэфирные, фурановые, эпоксидные и кремнийорганические полимеры.

Пластмассы можно отнести к композиционным материалам, состоящим из основного компонента – матрицы (связующего вещества) и упрочняющего компонента в виде волокон или твердых частиц.

9.2. Состав пластмасс

Полимеры – высокомолекулярные соединения, молекулы состоят из многократно повторяющихся звеньев – одинаковых групп атомов. Молекулярная масса их обычно выше 5000. Низкомолекулярные вещества имеют молекулярную массу менее 500. Вещества, имеющие промежуточное значение молекулярной массы, называются олигомерами.

По происхождению полимеры бывают природные и искусственные (синтетические). Для производства строительных материалов применяют синтетические полимеры. В пластмассах полимеры выполняют роль связующего вещества.

По поведению при нагревании полимеры делят на термопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры (термопласты) способны многократно размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении при сохранении основных свойств. Это свойство обусловлено линейным строением молекул полимера, их малой связью друг с другом, снижающейся при нагревании. Термопластичные полимеры получают реакцией полимеризации; это – полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, поливинилацетат, полиметилметакрилат и др.).

Термореактивные полимеры (реактопласты) имеют пространственное строение – длинные линейные цепи связаны друг с другом в единую сетку более короткими поперечными цепями. Такие полимеры не могут обратимо изменять свои свойства, они не способны к повторному формованию. При нагревании происходит разрыв связей между цепями и внутри цепей; происходит деструкция (разрушение) полимера.

Термореактивные полимеры называют смолами. Это – фенолоформальдегидные, карбамидные, эпоксидные, полиэфирные смолы и др.

Наполнители снижают расход полимера и тем самым удешевляют пластмассы. Кроме того, они придают пластмассам необходимые свойства: уменьшают усадку и деформативность, повышают атмосферостойкость и теплостойкость, снижают горючесть, повышают прочность и твердость и проч. Наполнители могут быть органическими и неорганическими.

По виду наполнители бывают: порошкообразные (древесная мука, мел, тальк, сажа и т.п.),

волокнистые (стекловолокно, асбест, органические волокна), листовые материалы (бумага, древесный шпон, ткани). Некоторые пластмассы на 80-90% (по объему) состоят из наполнителей (например, древесностружечные плиты, полимербетоны, пенопласты).

Пластификаторы – вещества, облегчающие скольжение макромолекул друг относительно друга и в результате повышающие гибкость, растяжимость, пластичность, технологичность пластмасс; вводятся в количестве от 5 до 40% (например, глицерин, диоктилфталат и др. ). Стабилизаторы способствуют сохранению свойств пластмасс во времени, т.е. замедляют старение. Вводят термо- (тонкодисперсные металлы, оксиды переходных металлов) и светостабилизаторы (оксид цинка, газовая сажа и др.).

Отвердители – вещества, являющиеся инициаторами реакции полимеризации, ускоряющие процесс отвердевания пластмасс. Пигменты или красители служат для получения цветных пластмасс; их вводят соответственно в количестве 2-3% в случае минеральных порошкообразных материалов и 0,02-0,3% для органических порошкообразных веществ.

Порообразователи (порофоры) – специальные вещества, обеспечивающие создание в материале пор. Антипирены повышают стойкость против возгорания.

7 Строительные материалы на основе полимеров

Материалы для строительных конструкций

Пластическими массами называют материалы, в состав которых входят смолообразные органические вещества с высокой молекулярной массой, наполнители, пластификаторы, отвердители, стимуляторы и др. Пластмассы способны под влиянием нагревания и давления принимать нужную форму и затем устойчиво ее сохранять. Основным компонентом всех пластмасс является связующее вещество, от которого главным образом и зависят свойства пластмасс. По количеству компонентов, входящих в пластические массы, их можно подразделить на простые и сложные.

Простой называется пластмасса, состоящая из чистого полимера (органическое стекло). В большинстве случаев применяют сложные пластмассы, состоящие из полимера, наполнителя и других компонентов. Наполнители (порошкообразные, волокнистые или листовые) повышают прочность и теплостойкость пластмасс и снижают ее стоимость. Пластификаторы повышают пластичность и эластичность. Стабилизаторы способствуют сохранению свойств пластмасс в течение длительного времени.

Развитие современной промышленности строительных материалов на основе пластмасс базируется на применении синтетических смол, т.е. смол классов А и Б, получаемых методами полимеризации и поликонденсации.

Полимерные смолы по-разному ведут себя при нагревании. Термопластичные полимеры (полиэтиленовые, полистирольные и поливинилхлоридные смолы и др.) при нагревании становятся пластичными, после охлаждения они затвердевают. При повторном нагревании они снова размягчаются и становятся пластичными; такую операцию можно повторять неоднократно.

Термореактивные полимеры (фенолформаль-дегидные, мочевиноформальдегидные, эпоксидные смолы и др.) после первого нагрева отвердевают и при повторном нагреве не размягчаются. Это твердые нерастворимые полимеры.

Изделия на основе полимеров отличаются высокой прочностью наряду с малой массой. Главный недостаток пластмасс — их горючесть.

Для строительных конструкций на основе полимеров применяют стеклопластики, органическое стекло, винипласт листовой, сотопласты и др.

Стеклопластики —это пластмассы, состоящие из синтетического полимерного связующего и наполнителя, армирующего материала — стеклянного волокна. Основными видами стеклопластиков являются стекловолокнистый анизотропный материал СВАМ и стеклотекстолит.

Стеклотекстолит — непрозрачный листовой слоистый материал, получаемый горячим прессованием полотнищ стеклоткани, пропитанной синтетической смолой (фенолформальдегидной). Стек-лотекстолиты вырабатывают нескольких марок, различающихся толщиной листа, видом ткани, характером и количеством полимера. СВАМ — слоистый стеклопластик, полученный горячим прессованием пакета листов стеклошпона. Ст ек л ош п о н — тонкие полотнища однонаправленных стеклянных нитей, склеенных полимером. Склеивание стеклянных нитей производят в момент их получения — при вытягивании из расплавленной стеклянной массы. СВАМ характеризуется высокой прочностью и анизотропностью. Стеклопластик применяют для устройства светопрозрачных ограждений и перегородок, а также в качестве наружных слоев панелей цехов с агрессивной средой и кровельного материала.

 Органическое стекло — высокопрозрачный, свето-устойчивый материал, получаемый на основе органических полимеров (полиакрилов, полистирола, поликарбонатов и др. ). В промышленности под органическим стеклом понимают листовой материал, имеющий размеры, мм: длину 100…1350, ширину 100… 1250 и толщину 2…23. Органическое стекло применяют для устройства светопрозрачных ограждений и перегородок, световых фонарей куполов, ограждений теплиц, декоративной отделки зданий и т.д.

Сотопласт — материал, имеющий вид пчелиных сот; обладает высоким коэффициентом конструктивного качества. Изготовляют его из ткани, крафт-бумаги и изоляционно-пропиточной бумаги. Эти исходные материалы пропитывают термореактивными полимерами и формуют методом горячего прессования. Физико-механические свойства сотопластов зависят от материала — основы, вида и количества полимера и размера ячеек. Применяют сотопласты в качестве заполнителя при изготовлении дверных полотен, трехслойных панелей, в качестве тепло- и звукоизоляционных изделий. Для улучшения теплотехнических показателей рекомендуется заполнять ячейки сотопластов измельченной мипорой.

Жесткие пенопласты — пенопласты, газонаполненные пенистые пластмассы с системой изолированных, не сообщающихся между собой ячеек, разделенных тонкими стенками. Жесткие пенопласты малопроницаемы для звуковых колебаний. В настоящее время в строительстве широко применяют пенопласты, получаемые на основе термопластичных и термореактивных полимеров: полистирольные марок ПС-1, ПС-4 и ПС-Б; поливинилхлоридные ПВ-1 и пенополиуретановые ПУ-101. Применяют жесткие пенопласты в слоистых конструкциях как тепло- и звукоизоляционный слой.

Материалы для внутренней отделки помещений

Строительные материалы на основе полимеров можно классифицировать на три группы: рулонные, плиточные и для бесшовных полов.

Рулонные материалы. К рулонным материалам для покрытия полов относят различного рода линолеумы. Они изготовляются на основе полимеров и наполнителей. Кроме того, в состав сырьевой смеси вводят пластификаторы, пигменты и другие добавки. В зависимости от вида применяемого полимера рулонные материалы для полов классифицируют на алкидные, поливинилхлоридные, резиновые и др. По структуре их подразделяют на бесподосновные с упрочняющей или тепло- и звукоизолирующей подосновой, однослойные, многослойные и ковровые покрытия с гладкой, рифленой и ворсистой поверхностью, одно- и многоцветные.

Линолеум полиэфирный (глифталевый) изготовляют на основе модифицированного глифталевого полимера с введением в него пробковой или древесной муки в качестве наполнителя, пигментов и других добавок. Выпускают в рулонах длиной 20 м, шириной 1,8…2 м при различной толщине. Применяют для покрытия полов жилых и гражданских зданий.

Поливинилхлоридный линолеум изготовляют из поливинилхлорида, наполнителей, пластификаторов, пигментов и других добавок. Выпускают его на тканевой основе и безосновным. В качестве основы применяют кордельную, полукордельную, джутовую и джуто-кенафную ткань. Поливинилхлоридный линолеум прочен, долговечен, биостоек, имеет малую теплопроводность и гигиеничен. Применяется при устройстве чистых полов.

Резиновый линолеум (релин) изготовляют на основе синтетических каучуков. Выпускают в виде рулонов длиной до 12 м, шириной 1000, 1200, 1600 мм, толщиной 3 мм. Наиболее распространенным в промышленности является двухслойный релин с лицевым слоем из цветной смеси синтетического каучука с наполнителем и нижним (подкладочным) слоем, для изготовления которого используется старая дробленая резина. Иногда выпускается трехслойный релин со средним слоем из пористой резины. Релин прочен, эластичен, обладает малой тепло- и звукопроводностью, водостоек. Применяется для покрытия полов в жилых, общественных и промышленных зданиях, преимущественно в помещениях с повышенной интенсивностью движения и влажным режимом эксплуатации.

Плиточные материалы. Их изготовляют, на основе полимеров, пластификаторов, наполнителей и пигментов. Применяют при устройстве полов в зданиях различного назначения. Наибольшее распространение получили поливинилхлоридные, кумаронополи-винилхлоридные, фенолитовые и резиновые плитки. Выпускают их в основном размером 300><300 мм при различной толщине. Полы из этих плиток обладают малой истираемостью, долговечны и химически стойки. При устройстве полов плитки наклеивают на хорошо выровненную поверхность специальными мастиками или клеями.

Полимерные материалы для устройства .бесшовных полов. Эти материалы делят на поливинилацетатные, полимерцементные и пластобетонные.    Такие   полы   устраивают   в   зданиях   различного назначения. Бесшовные полы на основе полимеров прочны, гигиеничны, эстетичны и достаточно индустриальный

Материалы для отделки стен. В настоящее время полимерные материалы широко применяют также для внутренней отделки стен. Они делятся на рулонные, листовые и плиточные. Из рулонных полимерных материалов наиболее распространены линкруст и дерматин, а из плиточных — полистирольные, поливинилхлоридные и фенолитовые облицовочные плитки.

Отделочные материалы на основе полимеров по своим декоративным качествам, разнообразию расцветок и рисунков, яркости красок, а также долговечности и гигиеничности превосходят все другие отделочные материалы.

Погонажные и санитарно-технические изделия, трубы, клеи и мастики

Погонажные изделия. Погонажные изделия на основе полимеров представляют собой длинномерные элементы разнообразных профилей и цвета. К ним относятся плинтусы, поручни, накладки на проступи, наличники, раскладки, нащельники, а также, трубы и др. Изготовляют их на основе поливинилхлорида, пластификатора, наполнителя и красителя методом экструзии.

Санитарно-технические изделия. К ним относятся ванны, раковины, мойки, умывальники, душевые кабины, вентиляционные решетки, фитинги (муфты, угольники, троники, крестовины, футорки, колпачки, стоны и др). Методы изготовления этих изделий различны и зависят от вида используемого полимера и размеров деталей. Санитарно-технические изделия на основе полимеров имеют значительные преимущества перед металлическими. Они не корродируют, легки, прочны, не требуют систематической окраски.

Трубы. Трубы на основе полимеров применяют при монтаже различных трубопроводов в разных отраслях промышленности: при сооружении водопроводов, канализации, нефтепроводов, ирригационных систем и т.п. Наиболее часто применяют трубы из стеклопластика, полиэтилена, поливинилхлорида, органического стекла и фенолита. Пластмассовые трубы не корродируют, легкие, стойки к агрессивным средам, гигиеничны.

Смолы. Все синтетические высокомолекулярные соединения, получаемые полимеризацией и поликонденсацией, за исключением эфиров, целлюлозы и каучуков, принято называть синтетическими смолами. Их делят на термопластичные и термореактивные. К термопластичным относится большинство полимериза-ционных смол, к термореактивным — конденсационных. В строительстве наиболее распространены термореактивные смолы, т.е. фенолформальдегадные, карбамидные, меламиноформальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические и другие смолы. Синтетические смолы широко применяют при производстве древесностружечных плит, древеснослоистых пластиков и других видов пластмасс. На основании синтетических смол изготовляют различные клеи и мастики. Их применяют для склеивания некоторых строительных материалов и изделий. Они обеспечивают необходимую прочность клеевого шва при температурах от +60 до —30 °С, а иногда и до —60 °С.

Использование полимеров в строительстве: тенденции прошлого и будущего

Полимеры существуют уже довольно давно, а первые пластмассы были изобретены в начале 1900-х годов. С тех пор эти искусственные материалы становятся все более и более распространенными в нашей повседневной жизни. Полимеры завоевывают огромную популярность в строительной отрасли благодаря их способности производить долговечные, энергоэффективные и экономичные строительные материалы и конструкции. Однако их использование в строительстве все еще относительно новое и иногда ограничивается лишь несколькими типами полимеров.

Итак, что такое полимеры? Откуда они? Почему они являются такими прекрасными строительными материалами? И как мы можем использовать их для построения лучшего будущего? Здесь мы обсудим прошлые тенденции, растущее использование полимеров в строительстве и будущее этой ниши рынка.

История полимерных материалов

Когда в 1850 году Александр Паркес изобрел первый целлулоидный термопласт, известный как паркезин, он намеревался создать дешевую замену слоновой кости. Однако людям не потребовалось много времени, чтобы понять, что из него можно формовать листы, которые тоньше бумаги и столь же прочны. В 1907 Лео Бакеланд изобрел первый в мире полностью синтетический пластик, известный как бакелит. Эти два изобретения проложили путь к пластику, который мы знаем сегодня.

Как пластик использовался в строительстве в прошлом

Хотя в последнее время пластмассы стали более популярными в строительстве, их использование не ново, и с момента своего создания они играли большую роль в промышленности. Хотя пластик по-прежнему используется аналогичным образом сегодня, в прошлом он также использовался в меньших масштабах. Например, до того, как в строительстве появилась изоляция, некоторые строители использовали пластик в качестве покрытия кирпича. Поскольку пластмассы можно было плавить и формовать в различные формы, они позволили добавить к кирпичным зданиям гораздо больше декоративных элементов, чем это было возможно ранее с помощью традиционных методов кирпичного строительства.

Использование полимеров в современном строительстве

Современные полимерные материалы обычно используются в сантехнике, бытовой технике, электронных компонентах и ​​других строительных материалах. Эти универсальные соединения существуют уже более века, но только недавно начали более широко использоваться в строительных материалах. В настоящее время можно использовать полимеры практически для любого типа строительных проектов, таких как оконные рамы, черепица, осветительные приборы, трубы, изоляция, наружные изоляционные панели (EIP) и многое другое.

Хотя они и не считаются традиционно экологически чистыми материалами, современные тенденции показывают, что пластмассы обещают стать более экологичными. Технологии сделали возможным использование этих удивительных продуктов в гораздо более широком масштабе, чем когда-либо прежде.

Будущие тенденции применения полимеров

Хотя мы уже привыкли строить из стали, бетона или дерева, достижения в области пластиковых технологий постоянно меняют то, что возможно. Новые материалы позволили нам строить небоскребы сложной конструкции, мосты, перекинутые через реки без опор, и массивные стадионы — часто за несколько месяцев. По мере развития новых технологий эти пластиковые материалы будут становиться еще более эффектными и полезными для различных строительных целей.

Изготовление пластмасс на заказ

В последние годы неуклонно растет популярность инновационной технологии, известной как изготовление пластмасс на заказ. Эта технология часто используется архитекторами для создания проектов, которые невозможно создать с помощью обычных строительных материалов. Трудно представить, что некоторые здания, такие как The Gherkin, расположенные в Лондоне, никогда бы не существовали, если бы не было пластика. Использование передовых технологий пластиковой инженерии позволяет создавать здания любого размера и формы. Если учесть, что большая часть сегодняшней архитектуры направлена ​​на то, чтобы заявить о том, где она стоит, то становится понятным, что ищутся более уникальные типы строительных материалов. Пластмассы предоставляют бесконечные возможности благодаря своей пластичности, именно поэтому они так популярны среди дизайнеров во всем мире.

Самые большие проблемы с пластиком в строительстве

Несмотря на то, что использование пластика в качестве строительного материала имеет некоторые преимущества, оно сопряжено с целым рядом проблем. Среди них повреждение непластиковых компонентов (таких как бетон, стальная арматура или другие материалы) из-за их несовместимости с добавками на полимерной основе. Также могут возникнуть проблемы, связанные с изменением температуры, деформацией, если строительство остановлено до завершения полимеризации, и трудности, связанные с ремонтом или заменой, поскольку новые пластиковые компоненты могут не соответствовать предыдущим. Короче говоря, несмотря на то, что использование пластмасс в строительных проектах многообещающе, все еще есть некоторые области, в которых отрасль может увидеть улучшения в будущем.

Полимеры в строительстве – Проектирование зданий

Мы используем файлы cookie, чтобы обеспечить вам максимально удобные условия пользования нашим веб-сайтом. Вы можете узнать о наших файлах cookie и о том, как отключить файлы cookie, в нашей Политике конфиденциальности. Если вы продолжите использовать этот веб-сайт без отключения файлов cookie, мы будем считать, что вы довольны их получением. Закрывать.

Редактировать эту статью

Последняя редакция 09 ноя 2022

См. вся история

Полимер – это вещество, молекулярная структура которого состоит главным образом или полностью из большого числа подобных звеньев, связанных вместе. Проще говоря, полимеры представляют собой очень длинные молекулы, обычно состоящие из многих тысяч повторяющихся звеньев.

Многие синтетические и органические материалы основаны на полимерах, в том числе; пластмассы, каучуки, термопластичные эластомеры, клеи, пены, краски и герметики. Полимерные материалы составляют самую большую область роста в строительных материалах. Хорошо зарекомендовавшие себя применения полимеров в строительстве включают продукты, используемые для полов, окон, облицовки, труб, мембран, уплотнений, изоляции и так далее. С тысячами коммерчески доступных полимеров постоянно появляются новые области применения.

Однако появление полимерных материалов принесло с собой новые опасения, в частности, связанные с их долговечностью, влиянием на них старения и атмосферных воздействий, последствиями загрязнения, вопросами охраны окружающей среды и устойчивого развития, пожарными характеристиками, повторным использованием, переработкой или утилизация по окончании срока службы и так далее.

Примеры полимерных материалов в строительстве включают:

  • Эпоксидные смолы: Твердая смола, напольные покрытия Terrazzo, анкерные крепления и клеи.
  • Этилентетрафторэтилен (ЭТФЭ): тканевые конструкции.
  • Этилвинилацетат (ЭВА): герметики для солнечных панелей.
  • Пенополистирол (EPS): Формы для бетона, изоляция и упаковка.
  • Поликарбонат: Корпуса осветительных приборов, арматура систем горячего водоснабжения и остекление.
  • Полиэстер: Секции мостов из FRP, облицовочные панели, раковины, поверхности и покрытия.
  • Полиэтилен: Подложка из вспененного материала, гидроизоляционные мембраны и покрытия.
  • Полиизобутилен (PIB): Герметики и водонепроницаемые мембраны.
  • Полиметилметакрилат / акрилат (ПММА): Поверхности и раковины.
  • Полипропилен (ПП): звукоизоляция и трубы.
  • Полиуретан (PU): Герметики и бетонные швы.
  • Поливинилхлорид (ПВХ): Герметики, бетонные швы и тканевые конструкции.
  • Резина: Мостовые подшипники и настил.
  • Акрил.
  • Битумное вяжущее может замедлить износ дорожного покрытия.
  • Углеродное волокно.
  • Композиты.
  • Пленка ЭВА.
  • Тканевые конструкции.
  • Стеклопластик GRP.
  • Графен.
  • Нейлон.
  • Пластик.
  • Пластмассовая облицовка.
  • Рынок пластиковых покрытий.
  • Поликарбонатный пластик.
  • Полиэтилен.
  • Полимерное напольное покрытие.
  • Полипропилен.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *