Полимеры в строительстве и архитектуре

Содержание
Введение…………………………………………………………………………...3
1 Несущие и ограждающие конструкции из полимеров……………………….4
2 Тепло- и гидроизоляция………………………………………………………...6
3 Трубы и санитарно-технические изделия из полимерных материалов……..7
4 Полимерные отделочные и облицовочные материалы и изделия…………..8
5 Полимерные материалы и изделия для покрытия полов……………………10
6 Полимерные клеевые составы и модифицирующие добавки………………12
Заключение……………………………………………………………………….14
Список использованных источников…………………………………………...15

Введение
В настоящее время в строительстве широко применяются различные виды полимеров. Современные синтетические материалы с успехом используются при конструировании и отделке зданий и сооружений наряду с металлом, бетоном, древесиной, стеклом. В некоторых случаях полимеры выступают в качестве аналогов традиционных стройматериалов, но иногда уникальные свойства синтетических композитов делают их незаменимыми.
К полимерам относятся различные пластики АБС, ПВХ, поликарбонат, полиэтилен, полистирол, фторопласт, искусственный каучук, композитные составы с армирующими элементами из углеволокна, стекловолокна, стеклохолста, металла и так далее. В отличие от традиционных строительных материалов, нужные технические характеристики полимеров задаются при их производстве. В зависимости от конкретных требований синтетические материалы могут обладать различной прочностью, гибкостью, цветом, степенью прозрачности, стойкостью к температурным воздействиям.
1 Несущие и ограждающие конструкции из полимеров
В современных несущих и ограждающих конструкциях широко применяются полимеры, обладающие высокой прочностью, пластичностью и низкой теплопроводностью. Основными направлениями использования полимеров являются: конструкции из полимербетона, композитные стойки, балки и арматура, многокамерные рамы для стеклопакетов, остекление из монолитного и сотового поликарбоната, светопрозрачное покрытие для теплиц и т. д.
Полимербетон. В настоящее время насчитывается около 30 видов полимерного бетона, обладающего различными свойствами. В зависимости от конкретных условий эксплуатации для изготовления полимербетона могут использоваться эпоксидные, фурановые, полиэфирные и другие виды искусственных смол. В сравнении с традиционным бетоном, полимербетон обладает более высокими эксплуатационными качествами и успешно противостоит воздействию агрессивных сред.
Например, раствор, изготовленный на основе полиэфирных и эпоксидных смол, отличается прочностными характеристиками. Применение в качестве заполнителя кварцевого песка, базальта, гранита придают смеси кислотостойкие свойства. Определенные виды связующих позволяют значительно увеличить срок службы бетона, повысить стойкость к различным излучениям, понизить хрупкость. Прочность полимербетона на сжатие может достигать 120 МПа, морозостойкость – до 300 циклов.
Основные области применения полимербетона в строительстве – фундаменты в грунтах с агрессивными водами, ремонт и восстановление железобетонных конструкций, трубы канализационных коллекторов, полы в промышленных зданиях, обладающие повышенными требованиями к износостойкости, маслостойкости, бензостойкости, электропроводности, электростатике и т.д.
Стеклопластик представляет собой композитный материал, состоящий из нескольких слоев пластика, армированных стекловолокном или стеклохолстом. Благодаря своей легкости (плотность материала не превышает 2 г/см3), прочности (до 1000 МПа на растяжение) и стойкости к механическим и химическим воздействиям, стеклопластик успешно применяется в качестве альтернативы стали в несущих конструкциях, емкостных сооружениях, трубопроводах. Светопрозрачные виды стеклопластика используются для вертикального и горизонтального остекления (кровли, балконы, лоджии).
Стеклопластик не подвержен разрушению в условиях температурных колебаний и солнечной радиации, обладает коррозионной стойкостью и не является средой для роста микроорганизмов. Благодаря этому, материал может успешно эксплуатироваться на открытом воздухе и в помещениях с наличием мокрых процессов. Вибрационная стойкость, ремонтопригодность и диэлектрические свойства обуславливают широкие возможности стеклопластика для применения в производственных зданиях и сооружениях.
Поликарбонат сотового и монолитного типов – один из самых популярных и востребованных полимерных материалов для остекления. Высокая степень прозрачности, прочность, экологическая и санитарно-гигиеническая безопасность, низкая травмоопасность позволяют с успехом применять поликарбонат в жилых, офисных и производственных зданиях, теплицах и оранжереях, спортивных сооружениях.
Прочность монолитного поликарбоната на порядок превосходит прочность обычного стекла. При этом он легок и удобен в обработке. Из монолитного поликарбоната изготавливают современное ударопрочное антивандальное остекление, прозрачные полы и стены. Профилированный монолитный поликарбонат применяется для устройства прозрачной кровли и навесов.
Прочность поликарбоната сотового типа немного ниже, чем у монолитного, но, при этом, стоимость материала также не высока. Дополнительные преимущества сотового поликарбоната – низкая теплопроводность, шумопоглощение. Материал широко применяется для устройства сплошного остекления оранжерей и теплиц, кровель спортивных сооружений, звукопоглощающих конструкций и ограждений.
2 Тепло- и гидроизоляция
К наиболее востребованным синтетическим теплоизоляционным материалам относятся следующие:
- пенополистирол (пенопласт). В строительстве используется разновидность ПСС с антипиреном, понижающим горючесть;
- экструдированный пенополистирол обладает высокой прочностью, долговечностью и более низкой степенью водопоглощения, чем пенопласт;
- жесткий пенополиуретан, обладая закрытой пористой структурой, одновременно может использоваться и как гидроизоляция;
- пенополиуретан напыляемого типа – для теплоизоляции конструкций в труднодоступных местах.
Синтетические теплоизоляционные материалы, в сравнении с минеральными, имеют меньший удельный вес, лучше противостоят воздействию влаги, хуже проводят тепло. Их недостаток – горючесть.
Полимерные материалы обладают отличными гидроизоляционными свойствами и входят в состав различных водозащитных систем (окрасочного, обмазочного, оклеечного, штукатурного и проникающего типов). Наиболее известными видами полимерной гидроизоляции являются:
- битумнополимерные составы для обмазки бетонных поверхностей. Материал защищает бетон от воздействия агрессивных подземных вод;
- полимерные мембраны ПВХ, ТПО – для гидроизоляции кровельных конструкций. Армированные мембраны применяются в качестве покрывного слоя кровельного пирога и в качестве нижнего слоя инверсионных кровель;
- штукатурные гидроизоляционные составы (полимерный торкретбетон) – для защиты заглубленных железобетонных конструкций. Штукатурное покрытие отличается высоким качеством и скоростью нанесения;
- проникающие составы – способ гидроизоляционной защиты железобетонных конструкций. Одновременно состав увеличивает прочностные характеристики сооружений из бетона.
3 Трубы и санитарно-технические изделия из полимерных
материалов
Трубы из полимерных материалов обладают высокой коррозионной стойкостью, низкой плотностью, гладкой внутренней поверхностью, повышающей их пропускную способность. Они не подвержены воздействию блуждающих токов, пониженной чувствительностью к гидравлическим ударам и неравномерным осадкам, высокой морозостойкостью. Недостатки: повышенный температурный коэффициент линейного расширения, существенное уменьшение прочности при длительных нагрузках, зависимость ее от температуры, необходимость соответствующего санитарного контроля. Трубы изготавливаются из термореактивных и термопластичных полимеров.
Винипластовые трубы обладают высокой коррозионной стойкостью, прочностью. Низкая хладноломкость (-100С) ограничивает их применение в наружных сетях, а малая теплостойкость (+600С) – в горячих трубопроводах.
Полиэтиленовые трубы отличаются малой теплопроводностью, что позволяет прокладывать их в грунте на меньшей глубине. Обладают значительной деформативностью и высокой морозостойкостью, высоким температурным коэффициентом линейного расширения. Применяют в наружных сетях водоснабжения, при транспортировке жидкостей и газов.
Полипропиленовые трубы обладают высокой прочностью, коррозионной стойкостью, повышенной теплостойкостью (110-1200С), что позволяет применять их в системах водяного отопления и горячего водоснабжения.
Санитарно-технические изделия из полимерных материалов обладают высокими санитарно-гигиеническими и эксплуатационными свойствами. Арматура трубопроводов (краны, вентили), фасонные части (тройники, крестовины), санитарно-технические приборы (ванны, раковины и т.д.) выполняются из полиэтилена, винипласта, полистирола и др. Для изготовления химически стойких напорных труб, а также санитарно-технических приборов все большее использование находят полимербетоны.
4 Полимерные отделочные и облицовочные материалы и изделия
Подразделяются на: рулонные, листовые, плиточные. К ним относятся также профильно-погонажные изделия и мелкие детали. Обладают высокими декоративными качествами, малой средней плотностью, хорошими гигиеническими свойствами, водо- и коррозиестойкостью.
Рулонные материалы изготовляются из смеси синтетической смолы с наполнителем, пластификатором и пигментом. По виду подразделяются на: моющиеся обои и пленочные. По структуре: безосновные и с упрочняющей бумажной или тканевой подосновой. По виду лицевой поверхности: гладкие и тисненые. Применяются для отделки стен, потолков, перегородок в помещениях жилых, общественных, производственных зданий.
Поливинилхлоридные пленочные материалы выпускаются в виде пленок, безосновных и на бумажной подоснове. Удобны в применении самоклеющиеся пленки. Новый двухслойный отделочный материал – пеноплен (вспененная в процессе термообработки поливинилхлоридная паста, нанесенная на бумажную подоснову). Влагостойкие (моющиеся) обои (полиплен) получают нанесением печатным способом на бумажную подоснову поливинилхлоридной пасты, образующей при термообработке многоцветную пленку.
Листовые изделия – изделия на древесных (древесно-волокнистые, древесно-стружечные плиты и декоративная фанера) и бумажных (декоративно-слоистый пластик) наполнителях, а также из поливинилхлорида (винистен и др.). Выпускаются в виде листов длиной 1-3,6 м, шириной 0,6-1,8 м при толщине 1-22 мм.
Древесно-волокнистые плиты изготавливаются из древесных волокон, получаемых расщеплением отходов деревообрабатывающей промышленности или иных растительных волокон (костры, камыша и др.). В качестве отделочных используются сверхтвердые плиты со средней плотностью не менее 850 кг/м3. Плиты получают горячим прессованием отформованной древесно-волокнистой массы, пропитанной фенолформальдегидными смолами и антисептиками. Древесно-волокнистые плиты легко подвергаются механической обработке, крепятся к поверхности гвоздями или клеевыми мастиками.
Древесно-стружечные плиты производятся путем горячего прессования предварительно антисептированной стружки, опилок, мелкой щепы, смешанных с фенолоформальдегидными или карбамидными смолами. В качестве облицовочных используются плиты плотностью более 650 кг/м3.
Декоративная фанера изготавливается из слоев древесного шпона с нанесением на лицевую сторону синтетической водостойкой пленки или оклейкой шпоном из древесины ценных пород. Декоративный бумажно-слоистый пластик получается горячим прессованием листов бумаги, пропитанной фенолоформальдегидными смолами. Поливинилхлоридные облицовочные рельефные листы изготавливаются пневмоформованием из одно- или двухслойных листов или пленок.
Плиточные изделия – полистирольные облицовочные плитки, состоящие из смеси полимера с наполнителем и добавками (пластификаторами, красителями), а также цветные полимербетонные плитки. Выпускаются квадратной и прямоугольной формы с размерами сторон от 100 до 300 мм при толщине 1,25-1,5 мм. Плиточные изделия используются для внутренней отделки стен и перегородок зданий с повышенными гигиеническими требованиями, тяжелым влажностным режимом эксплуатации. Полистирольные плитки из-за низкой теплостойкости, горючести и токсичности при термодеструкции применяют только для облицовки стен санитарных узлов зданий.
Профильные погонажные изделия представляют собой длинномерные элементы (плинтусы, поручни, накладки на ступени и др.). Изготавливаются из смеси полимерного связующего с наполнителями и пигментами на основе поливинилхлорида, полиэтилена методом экструзии, а полистирола и полиметакрилата – литьем (прессованием). Из полистирола и полиметилметакрилата изготавливаются мелкие изделия: вентиляционные решетки, дверные и оконные приборы (ручки, кнопки и т.д.), электроосветительная фурнитура.
5 Полимерные материалы и изделия для покрытия полов
Полимерные строительные материалы для покрытия полов подразделяются на: рулонные, плиточные и составы для устройства бесшовных полов.
Рулонные материалы – линолеумы и синтетические ковровые покрытия. Их применяют в условиях, исключающих воздействие абразивных материалов, жиров и масел.
Поливинилхлоридный линолеум широко применяется в строительстве жилых и общественных зданий. Более экономичен и долговечен двухслойный линолеум. Наиболее эффективен линолеум на тепло- и звукоизолирующей волокнистой или пористой синтетической подоснове, исключающей необходимость устройства соответствующего слоя в перекрытии.
Резиновый линолеум (релин) обычно изготавливается двухслойным. Нижний слой состоит из смеси резиновой крошки отработанной резины с битумом и наполнителем, а верхний лицевой – из смеси синтетического каучука с наполнителем и пигментом. Релин обладает повышенной прочностью и водостойкостью, используется в помещениях с повышенной влажностью.
Синтетические ковровые покрытия изготавливают из полиамидных, вискозных и других химических волокон. Структура бывает одно- и двухслойной. Выпускаются рулонами.
Плиточные изделия по виду полимера подразделяются на: поливинилхлоридные, кумароновые, резиновые и фенолитовые. Плитки изготавливаются вырубкой на специальных прессах из ранее полученных вальцекаландровым или прессовым способом заготовок, отличающихся от линолеумов меньшим содержанием полимера и большим – наполнителей.
По сравнению с рулонными материалами их использование обеспечивает создание разнообразного рисунка пола, оперативный выборочный ремонт покрытия.
Поливинилхлоридные плитки отличаются повышенной гибкостью, могут быть одно- и двухслойными.
Резиновые плитки могут быть одно- и двухслойными, отличаются повышенной водостойкостью и эластичностью, применяются только в общественных и производственных зданиях.
Составы для устройства бесшовных полов
Изготавливаются из синтетических полимерных связующих, наполнителей и заполнителей, красителей (полимерные) либо путем введения полимерных добавок в цементный раствор или бетон (полимерцементные).
По виду полимера подразделяются на: поливинилацетатные, полиэфирные, эпоксидные, фурановые и др. По консистенции: наливные (мастичные) и пластичные (растворные и бетонные).
Составы для бесшовных полов должны обеспечивать отсутствие трещин и шелушения при затвердевании и эксплуатации пола. Характеризуются высокими показателями физико-механических свойств.
Мастичные покрытия содержат только тонкомолотый минеральный наполнитель, наносятся на основание распылением или розливом слоем толщиной 3-5 мм. Они малоистираемы, гигиеничны, имеют красивый вид, стойки к агрессивным воздействиям. Покрытия на поливинилацетатной дисперсии неводостойки, хрупки, требуют особенно качественного основания и не могут применяться в помещениях с повышенной влажностью и ударными нагрузками на пол.
Полимерцементные растворные покрытия содержат кроме наполнителя песок крупностью 2-5 мм и укладываются слоем толщиной 7-10 мм. Отличаются повышенной прочностью, водонепроницаемостью, стойкостью к истиранию. В качестве добавок применяются водные дисперсии поливинилацетата, синтетических каучуков (латексы), некоторых видов водорастворимых эпоксидных и полиамидных смол.
Полимеррастворные и полимербетонные покрытия содержат наряду с наполнителем песок или песок и щебень крупностью до 10 мм, укладываются слоем толщиной 15-20 мм с уплотнением вибрированием. Отличаются повышенной плотностью и прочностью, особенно на растяжение и изгиб.
6 Полимерные клеевые составы и модифицирующие добавки
Клеевые составы на базе полимерных соединений отличаются высокими адгезионными свойствами, водостойкостью. Используются для склеивания различных элементов из пластмасс, древесины, металла, бетона, стекла, керамики и других искусственных и природных материалов. Зачастую прочность соединения превышает прочность самих склеиваемых деталей.
Основные области применения полимерных клеевых составов – ремонт бетона и производство клееных деревянных конструкций. В связи с популярностью последних в состав клея вводятся добавки снижающие (и даже полностью исключающие) вероятность возгорания древесины. Популярностью пользуются также полимерные химические анкеры, для фиксации тяжеловесных металлических деталей в вертикальных и горизонтальных конструкциях из бетона и в кирпичной кладке.
Монтажные пены на основе пропан-бутановой и полиуретановой смесей – современное и технологичное решение для герметизации стыков строительных конструкций, удаления мостиков холода, гидроизоляции труднодоступных мест. Различают составы, увеличивающиеся в размерах в процессе отверждения и сохраняющие стабильность. Имеются более дорогие варианты для использования в условиях отрицательных температур и высокой влажности. К специальным видам пен относятся огнестойкие составы, служащие для герметизации проходок инженерных коммуникаций в ограждающих конструкциях с нормируемым пределом огнестойкости.
Модифицирующие полимерные добавки способны значительно повысить эксплуатационные свойства традиционных строительных материалов, таких как бетон и древесина. В том числе, модифицирующие вещества усиливают:
- прочностные характеристики материалов;
- эластичность;
- износостойкость;
- водонепроницаемость;
- сопротивляемость химическим и биологическим видам угроз;
- адгезионные качества поверхности;
- срок службы.
Например, прочность на сжатие и растяжение бетона с добавками из эпоксидных и полиэфирных смол, может увеличиваться в 10 раз, а его морозостойкость может доходить до 300 циклов. Бетон, армированный полимерной фиброй, отличается повышенной устойчивостью к различным видам деформаций, трещинообразованию, механическим и ударным воздействиям. Вследствие этого применяется при устройстве автодорог и полов в производственных зданиях с наличием интенсивных динамических и вибрационных нагрузок. Противоморозные добавки в бетон позволяют производить заливку монолитных конструкций при температуре до -5°С.
Модифицирующая обработка низкосортной древесины (береза, ольха, осина и др.) позволяет придать ей прочностные характеристики и долговечность таких пород, как дуб, ясень, бук. Пропитка структуры дерева фенолоформальдегидными, фурановыми и полиэфирными смолами увеличивает прочность на сжатие в 2-3 раза, прочность на изгиб поперек волокон – в 3-4 раза. Снижение показателя водопоглощения достигает двух крат и более. Конструкции из модифицированной древесины не подвержены порче насекомыми, грибком и плесенью.
Заключение
Направления применения полимеров в строительстве чрезвычайно разнообразны. Часто один и тот же материал может использоваться в различных областях, например – в качестве звуко- и теплоизоляции, конструкционных и декоративно-отделочных элементов. Основные направления применения полимеров в строительстве следующие: несущие и ограждающие конструкции; теплоизоляция; гидроизоляция; полы и напольные покрытия; инженерные коммуникации; клеи, пены; модифицирующие добавки.
Список использованных источников
1. Байер, В.Е. Архитектурное материаловедение: Учебник для вузов / В.Е. Байер.. - М.: Архитектура-С, 2012. - 264 c.
2. Дворкин, Л.И. Строительное материаловедение / Л.И. Дворкин, О.Л. Дворкин. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2013. - 832 c.
3. Киреева, Ю.И. Строительное материаловедение для заочного обучения / Ю.И. Киреева, О.В. Лазаренко. - Минск: Новое знание, 2008. - 366 c.
4. Парикова, Е.В. Материаловедение (сухое строительство): Учебник для начального профессионального образования / Е.В. Парикова, Г.Н. Фомичева, В.А. Елизарова. - М.: ИЦ Академия, 2012. - 304 c.
5. Рыбьев, И.А. Строительное материаловедение / И.А. Рыбьев. - М.: Высшая школа, 2008. - 701 c.
6. Смирнов, В.А. Материаловедение. Отделочные работы: Учебник для начального профессионального образования / В.А. Смирнов, Б.А. Ефимов, О.В. Кульков. - М.: ИЦ Академия, 2012. - 368 c.