Курс лекций РостовнаДону 2011 министерство образования и науки рф фгаоу впо институт архитектуры и искусств
 Скачать 1.63 Mb.
|
|
Теплоизоляционные материалы Теплоизоляционные пластмассы называют газонаполненными материалами, т.е. материалами, большую часть объема которых занимает воздух. Различают ячеистые пластмассы, в которых мелкие поры расположены беспорядочно, и сотопласты, в которых воздушные полости имеют правильную геометрическую форму. Ячеистые пластмассы в зависимости от характера пор подразделяются на пено- и поропласты. Пенопласты имеют преимущественно закрытые, не сообщающиеся между собой поры. В поропластах перегородки между отдельными ячейками нарушены и полости сообщаются между собой; встречаются материалы со смешанной структурой. Для теплоизоляции лучше применять пенопласты, а поропласты с сообщающимися между собой ячейками целесообразно применять как звукопоглощающий материал. Наиболее широкое применение в индустриальном строительстве получили пенополистирол, пенополинивилхлорид, пенополиуретан, пенопласты на основе фенолформальдегидных смол и мипора. Гидроизоляционные материалы и герметики К полимерным гидроизоляционным материалам относятся, в первую очередь, пленки на основе полиэтилена, поливинилхлорида, полиизобутилена и других полимеров. Эти пленки можно склеивать или сваривать в большие полотна для устройства сплошной гидроизоляции бассейнов, резервуаров и т.п. 105 Пленочные гидроизоляционные материалы отличаются долговечностью, надежностью и простотой применения, невысокой стоимостью и малым расходом полимера. Кроме чисто гидроизоляционного назначения, прозрачные пленки применяют для устройства ограждающих конструкций парников, теплиц и других подобных сооружений. Трубы и санитарно-технические изделия Коррозионная стойкость и небольшая плотность пластмасс открывают широкие перспективы для изготовления из них труб для водоснабжения, канализации и транспортирования агрессивных жидкостей, а также санитарно- технических изделий. Пластмассовые трубы легче металлических в 4...5 раз при той же пропускной способности. Соединение труб может быть осуществлено различными способами: сваркой, склеиванием или на резьбе. Недостаток пластмассовых труб – низкая теплостойкость (для большинства из них – 60...80°С). Для производства труб применяют чаще пластмассы на основе полиэтилена, поливинилхлорида и полипропилена. Прозрачные трубы получают из полиметилметакрилата, а трубы повышенной прочности – из стеклопластика. Пластмассовые трубы используют для холодного водоснабжения, канализации, водостоков, скрытой проводки, дренажа, а трубы-шланги – в сельском хозяйстве. Все виды пластмассовых труб снабжают фасонными деталями. Санитарно-технические изделия из пластмасс (смывные бачки, смесители, раковины, ванны) изготовляют прессованием из фенолформальдегидных, карбамидных и других полимеров, а 106 мелкие изделия (вентиляционные детали, крючки и т.п.) получают методом литья под давлением или штампованием в основном из полистирола. Санитарно-технические изделия из пластмасс отличаются: легкостью; высокой механической прочностью; стойкостью к коррозии растворов кислот, щелочей; красивым внешним видом. Недостаток пластмассовых изделий – малая поверхностная твердость (они сравнительно легко царапаются и теряют внешний вид). Использование пластмассовых труб и санитарно-технических изделий позволяет экономить черные и цветные металлы. Применение полимеров в технологии бетонов Цементный бетон – главнейший строительный материал. Он не лишен ряда недостатков, в частности пористости, что делает его недостаточно морозостойким и проницаемым для жидкостей. Свежий бетон плохо сцепляется с ранее уложенным бетоном. В ряде случаев цементные бетоны обладают недостаточной прочностью при растяжении и изгибе, износостойкостью, и, наконец, цементные бетоны быстро разрушаются под действием кислот и некоторых солей. Для устранения или уменьшения указанных недостатков цементного бетона разработаны типы бетонов, в которых минеральное вяжущее частично или полностью заменяется полимерами. Существует три типа таких материалов: полимерцементные материалы, бетонополимеры и полимербетоны. В полимерцементных материалах в бетонную или растворную смесь добавляют в небольших количествах (5...15% от массы цемента) полимер, хорошо совместимый с цементным тестом. Этому соответствуют водорастворимые олигомеры, 107 отверждающиеся в процессе твердения бетона (например, водорастворимые фенолформальдегидные полимеры) или чаще водные дисперсии полимеров (поливинилацетата, синтетических каучуков, акриловых полимеров и др.). Полимерцементные растворы и бетоны отличаются высокой адгезией к большинству строительных материалов, низкой проницаемостью для жидкостей, очень высокой износостойкостью и ударной прочностью. Применяют полимерцементные материалы для покрытий полов промышленных зданий, взлетных полос аэродромов, наружной и внутренней отделки по бетонным и кирпичным поверхностям, в том числе для наклейки керамических, стеклянных и каменных плиток, устройства резервуаров для воды и нефтепродуктов. Бетонополимер представляет собой бетон, пропитанный после затвердевания мономерами или жидкими олигомерами, которые после соответствующей обработки (например, нагревания) переходят в твердые полимеры, заполняющие поры и дефекты бетона. В результате этого резко повышается прочность бетона (до 100 МПа и более), его морозостойкость и износостойкость. Бетонополимер – практически водонепроницаем. Для получения бетонополимера применяют стирол и метилметакрилат, полимеризующиеся в бетоне в полистирол и полиметилметакрилат. Полимербетон (пластбетон) – разновидность бетона, в котором вместо минерального вяжущего использованы термореактивные полимеры (эпоксидные, полиэфирные, фенолформальдегидные и др.). Полимербетон получают 108 смешиванием полимерного связующего и заполнителей. Связующее состоит из жидкого олигомера, отвердителя и тонкомолотого минерального наполнителя, необходимого для снижения расхода полимера и улучшения свойств полимербетона. Твердеют полимербетоны при нормальной температуре в течение 12...24 ч, а при нагревании – еще быстрее. Основное свойство полимербетона – высокая химическая стойкость в кислотных и щелочных средах. Полимербетоны обладают высокой прочностью (при сжатии – 60... 100 МПа, при растяжении – 20...40 МПа), плотностью, износостойкостью и отличной адгезией к другим материалам. Наряду с этим полимербетоны характеризуются повышенной деформативностью и невысокой термостойкостью. Их стоимость намного выше стоимости обычного бетона, но, несмотря на это, полимербетоны эффективно используют для устройства защитных покрытий и изготовления конструкций, работающих в условиях химической агрессии (химические и пищевые предприятия), ремонта каменных и бетонных элементов (восстановление поверхности, заделка трещин и т.п.). Клеи на основе полимеров Большинство клеев для соединений элементов строительных изделий и конструкций делают на основе полимеров. Они обладают высокой клеящей способностью к разнообразным материалам, биостойки, многие из них водостойки. Для наклейки отделочных материалов при внутренних работах (линолеума, облицовочных плиток, линкруста) 109 преимущественно используют клеи на основе водных дисперсий полимеров; для клейки обоев – водорастворимый клей на основе метилцеллюлозы; для склеивания элементов несущих конструкций и наружной отделки – клеи на основе отверждающихся смол. Качество склеивания зависит от правильности выбора типа клея для данных материалов, качества подготовки поверхности (сушка, обеспыливание, обезжиривание и т.п.) и соблюдения требуемого режима отверждения клея (время, температура, давление). Материалы, модифицированные полимерами Одним из эффективных направлений улучшения свойств традиционных строительных материалов – бетона, дерева, естественного камня, битума и др. – считается обработка их полимерами. Модификацию полимерами осуществляют следующими приемами: введением полимеров при перемешивании строительных смесей; пропиткой полимерами готовых изделий; нанесением полимерных покрытий на поверхности; введением полимерных волокон и заполнителей. Модифицированные материалы благодаря высокой эластичности полимеров обладают повышенной прочностью при сжатии и растяжении, улучшенными деформативными свойствами, повышенным сопротивлением динамическим воздействиям, высокой химической стойкостью, водостойкостью и водонепроницаемостью, меньшой истираемостью, повышенной адгезией. 110 ЛЕКЦИЯ 11. БИТУМНЫЕ И ДЁГТЕВЫЕ ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ 11.1. Битумные идегтевые вяжущие материалы Битумные и дегтевые вяжущие вещества наряду с полимерами и органическими клеями образуют группу органических вяжущих веществ. На их основе производят большое количество материалов и изделий для строительства: асфальтовые бетоны и растворы, рулонные кровельные и гидроизоляционные материалы, мастики, пасты, эмульсии и некоторые лаки. Битумные материалы могут быть, как природными, встречающимися в виде отдельных скоплений или чаще пропитывающими горные породы, так и искусственными, получаемыми при переработке нефти. Дегтевые – искусственные материалы, получаемые в заводских условиях при сухой перегонке твердых видов топлива. Наиболее широкое применение в строительстве и производстве строительных материалов получили битумные вяжущие, и особенно нефтяные битумы. Дегтевые материалы применяют ограниченно, многие из них служат сырьем для получения разных ценных химических продуктов. К тому же дегтевые вяжущие и материалы на их основе в условиях эксплуатации (под влиянием влаги, кислорода воздуха, солнечной радиации) сравнительно быстро «стареют», становятся хрупкими и малопрочными, обладают неприятным запахом и выделяют вредные для здоровья вещества. Природные битумы (твердые или вязкие) образовались из нефти в верхних слоях земной коры в результате испарения 111 летучих фракций и под влиянием окислительного процесса и полимеризации. Природные битумы иногда встречаются в виде залежей, состоящих почти из чистого битума с небольшим количеством минеральных примесей (например, на о. Сахалин), чаще они содержатся в осадочных горных породах: песках, песчаниках, карбонатных породах (известняках, доломитах), глинистых грунтах. Такие породы называют асфальтовыми или битуминозными. Нефтяные битумы получают из нефти путем обработки остатков, образующихся при ее фракционной перегонке на нефтеперерабатывающих заводах. В зависимости от способа производства различают остаточные, окисленные и крекинговые нефтяные битумы. По консистенции (при температуре 18°С) битумы могут быть твердыми, обладающими упругими, а иногда хрупкими свойствами, полутвердыми (вязкопластичными) и жидкими (легкотекучими). Битумы состоят из смеси высокомолекулярных углеводородов, главным образом, метанового (С п Н 2п +2) и нафтенового (С п Нг п ) рядов и их кислородных, сернистых и азотистых производных. Элементарный химический состав всех битумов достаточно близок. В них 70... ...87 % углерода, до 15 % водорода, до 10 % кислорода, до 1,5% серы (в природных битумах до 10%), небольшое количество азота. Важнейшие свойства битумов: 1) способность при нагревании (до 80...170°С) или 112 добавлении растворителей (разжижителей) переходить в вязкожидкое состояние и объединяться с каменными или другими строительными материалами; 2) способность при понижении температуры до 25°С и ниже или испарении растворителей вновь загустевать и образовывать единый материал, сцепляться с введенными в них или пропитанными и обмазанными ими другими материалами (асфальтовые бетоны и растворы, кровельные и гидроизоляционные материалы); 3) способность придавать гидрофобные (водоотталкивающие) свойства другим материалам. Основными свойствами, определяющими качество твердых и полутвердых битумов и деление их на марки, являются вязкость, температура размягчения и хрупкости, пластичность; для жидких битумов – вязкость и фракционный состав (содержание летучих масел). По назначению нефтяные битумы делят на: строительные, кровельные и дорожные. 11.2. Материалы на основе битумов идегтей Твердые и полутвердые нефтяные битумы применяют для дорожных покрытий, изготовления кровельных и гидроизоляционных материалов, некоторых герметизирующих материалов, а жидкие битумы используют в основном при строительстве дорог (для обработки гравийных и щебеночных смесей, изготовления асфальтовых материалов). Асфальтовые и дегтевые бетоны и растворы Асфальтовые и дегтевые растворы и бетоны 113 представляют собой искусственный каменный материал конгломератного строения.Их получают в результате затвердевания рационально подобранной и изготовленной смеси битума (дегтя), минерального порошка и рыхлых каменных материалов – песка, щебня или гравия (в бетонах) или только песка (в растворах). При использовании битумов в качестве связующего их называют асфальтобетонами или асфальтовыми растворами, а при использовании дегтевых вяжущих – дегтебетонами. В строительстве наиболее широко применяются асфальтобетоны. По назначению их разделяют на: дорожные, аэродромные; гидротехнические; промышленного применения – для устройства полов и плоских кровель промышленных зданий, складов, гаражей и др.; декоративные – для оформления городских площадей, устройства разделительных полос, проходов и т.п. По пористости асфальтобетоны подразделяют на плотные (П = 3...5 %) и пористые (П = 5... 10 %). По крупности зерен щебня и песка различают крупнозернистые асфальтобетоны – размер зерен до 40 мм, среднезернистые – до 25 мм, мелкозернистые – до 15 мм, песчаные – до 5 мм (иногда до 3 мм). В зависимости от содержания щебня и песка, их структуры асфальтобетонные смеси делят на следующие типы: А – многощебенистые с содержанием щебня 50...65 %; Б – среднещебенистые – 35...50 %; В – малощебенистые – 20...35 %; Г – песчаные из дробленого песка; Д – песчаные из природного песка. 114 По технологическим особенностям и виду применяемого битума асфальтобетонные смеси подразделяют на горячие, теплые и холодные. Горячие асфальтовые бетоны и растворы приготовляют на вязких битумах при температуре 140...180°С и укладывают при температуре не ниже 130°С, теплые приготовляют на битумах пониженной вязкости при температурах 90...160°С и укладывают – при 60...110°С; холодные приготовляют на жидких битумах при температуре 80...110°С, а укладывают – при 5...40°С. К холодным относят также асфальтобетонные смеси на битумных эмульсиях, укладываемые при нормальной температуре. Формирование структуры горячего и теплого бетона в основном заканчивается через несколько часов после уплотнения. У холодного асфальтобетона, затвердевающего в результате окисления, испарения и частичного поглощения вяжущего вещества основанием, этот процесс может продолжаться до 20...30 сут. в зависимости от условий окружающей среды (температуры, влажности). Выбор типа асфальтового бетона производят по его назначению и наличию уплотняющих механизмов. Для уплотнения жестких и пластичных асфальтобетонов применяют катки тяжелого и среднего веса, а для литых – катки малого веса и даже ручные. Приготовление асфальтового бетона начинают с заводского изготовления асфальтобетонной смеси и заканчивают укладкой и уплотнением бетона в покрытии на строительном объекте, а при изготовлении штучных изделий – на том же заводе. Исходные минеральные материалы 115 подвергают предварительной сушке и нагреву до рабочих температур (180...200°С), а затем разделяют по фракциям, точно дозируют и подают в смеситель периодического или непрерывного действия, куда одновременно поступает предварительно подогретый (до 150...170°С) и отдозированный битум. Далее готовую асфальтобетонную смесь обычно в автосамосвалах отправляют на место укладки. Укладывают асфальтобетонную массу на подготовленное основание специальными машинами – асфальтоукладчиками. Уложенный слой массы уплотняют моторными статическими (массой 5...14 т) или более эффективными вибромоторными катками (массой 0,5...4,5 т). В отличие от цементного бетона свойства асфальтового бетона в значительной мере изменяются от температуры. Кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие материалы Кровельные, гидроизоляционные и герметизирующие материалы позволяют надежно и длительный период эксплуатировать сооружения. От их долговечности во многих случаях зависит и долговечность конструкций. Кровельные материалы должны обладать не только прочностью, но и атмосферостойкостью, водостойкостью, водонепроницаемостью и теплостойкостью. Гидроизоляционные материалы подвергаются часто значительному напору воды, в том числе содержащей примеси. Кроме свойств, присущих кровельным материалам, они должны иметь повышенную прочность и водонепроницаемость, химическую стойкость, а также достаточную эластичность, чтобы не могли возникнуть трещины и разрывы вследствие 116 возможных усадочных, температурных и других деформаций изолируемых конструкций. Битумные и дегтевые рулонные кровельные материалы, несмотря на некоторые существенные недостатки по сравнению с асбестоцементными и черепицей (меньшая долговечность и огнестойкость, необходимость устройства для их укладки сплошной обрешетки), широко применяют в строительстве, особенно в промышленном. Они позволяют устраивать кровли с малым уклоном, плоские кровли и крыши сложной конфигурации; при их применении сокращаются расходы на эксплуатацию кровли в условиях агрессивной среды и т. п. 117 ЛЕКЦИЯ 12. БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ 12.1. Общие сведения Здоровье отдельного человека и целых групп населения зависит от воздействия различных подсистем природной и социальной сред, которые оказывают влияние на физиологические, биохимические и другие механизмы регуляции, что отражается на их физиологическом состоянии. Глобальные экологические проблемы человечества свидетельствуют о том, что человек испытывает на себе прямые и косвенные негативные влияния от строительных материалов, которые передаются ему через им же деформированную окружающую природную среду, приводящую к ее загрязнению, эстетическому и материальному обеднению. Для производства строительных материалов нужны природные ресурсы: вода, кислород воздуха, сырьевые и энергетические материалы. Необходимо учитывать то, что в процессе добычи сырья, изготовления строительных материалов и их перевозки происходит загрязнение атмосферы, гидросферы, литосферы, т.е. повреждение экосистемы. Это влечет за собой изменение климата, выпадение кислотных дождей, нарушение биохимического кругооборота веществ, образование и накопление в растениях, живых организмах и стенах зданий (в том числе в жилых помещениях) токсичных загрязнителей. Перечисленные параметры качества среды обитания оказывают прямое воздействие на здоровье. Эти же измененные факторы окружающей среды действуют разрушающе на здания, сооружения, вызывают коррозию строительных материалов, ухудшают их эксплуатационные свойства и дополнительно загрязняют среду внутри помещений. 118 Большинство строительных материалов имеют свои специфические радиационные свойства. Например, все строительные материалы минерального состава содержат в различном количестве изотопы химических элементов, которые радиоактивны. Наиболее опасными в этом отношении могут быть строительные материалы из природного камня и материалы на основе минеральных вяжущих. Пожары и взрывы – самые распространенные и приносящие наибольший ущерб чрезвычайные ситуации в современном обществе. Драматизм ситуации сегодня заключается в устойчивой тенденции роста количества пожаров с тяжелыми последствиями, что связано с использованием при строительстве горючих материалов, содержащих токсичные вещества. Часто гибель людей при пожарах происходит от отравления этими веществами, а не собственно от огня. Зарубежный опыт экологической оценки качества строительных материалов по показателям безопасности для окружающей среды и человека в рамках требований международных стандартов серии ИСО 14000 показывает, что материалы, содержащие токсические вещества, должны быть отнесены к категории «могут быть экологически опасными». Такие материалы следует «избегать», пока из их состава не будут исключены соединения, оказывающие негативное влияние на здоровье людей. Федеральный закон РФ № 384-ФЗ от 30 декабря 2009 г. «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», в частности, регламентирует условия применения материалов в зданиях. Общие цели закона: 119 1) защита жизни и здоровья граждан, имущества физических или юридических лиц, государственного или муниципального имущества; 2) охрана окружающей среды, жизни и здоровья животных и растений; 3) предупреждение действий, вводящих в заблуждение приобретателей; 4) обеспечение энергетической эффективности зданий и сооружений. 12.2. Экологическая оценка строительных материалов по показателям их гигиенической безопасности Находясь в помещении, человек постоянно испытывает прямое воздействие материалов. От того, будет ли оно благоприятным для человека или нет, зависит его настроение и самочувствие. Поэтому особое внимание при выборе материалов для интерьера следует уделять их безопасности для здоровья. Гигиеническая безопасность строительных материалов для человека определяется |