Строительные материалы

Пленочные и тканевые полимерные материалы для возведения пневматических конструкций должны отвечать следующим требованиям: технологичность при изготовлении конструкций, легкость, прочность, морозостойкость, теплостойкость, долговечность, биостойкость, эластичность. Преимуществом пленочных материалов перед тканевыми является возможность получать светопрозрачные конструкции. Однако общим недостатком пленочных и тканевых материалов является ползучесть и потеря эластичности при старении.

Различают пневмоконструкции воздухоопорные, пневмокаркасные и линзовые.

Воздухоопорные - мягкие оболочки, выполняющие ограждающие функции и сохраняющие заданную форму благодаря нагнетаемому в них воздуху под большим давлением (0,1-1Кпа).  Выполняют такие конструкции в виде цилиндрических сводов с различной стрелой подъема. (рис.19     ) Торцовые части могут быть плоскими, сферическими, цилиндрическими. В качестве фундамента для таких конструкций используют ленточные фундаменты с закладными для крепления купола. Соединение фундамента и купола должно быть выполнено максимально герметично, что обеспечивается наличием технологических юбок. В качестве нагнетательных установок используют компрессоры, вентиляторы. Целесообразно осуществлять оснастку аварийным комплектом оборудования с целью бесперебойного поддержания давления в оболочке. Соединение между нагнетательной установкой и внутренним объемом осуществляют посредством патрубков. В зависимости от назначения конструкции необходимо подбирать схему освещения: наиболее оптимальной является размещение  осветительных приборов непосредственно на площадке или на специально устроенных для этого подставках; крепление на оболочке опасно и трудоемко.

Рис. 19 . Принципиальная схема воздухоопорной конструкции: 1-установка для подачи воздуха;2- оболочка;3- опорный контур; 4- тамбур-шлюз.

 

 

Для большей теплоизоляции возможно создание двухслойных конструкций. В этом случае поток воздуха от нагнетательной установки разделяется на 2 части: один идет непосредственно под купол, другой - между слоями оболочки (расстояние между слоями может достигать до 60 см). Для больших пролетов применяют усиление воздухоопорных конструкций канатами и сетками, воспринимающими растягивающие усилия.                                       

Применяются воздухоопорные конструкции для возведения постоянных и временных сооружений, таких как производственные и складские помещения, спортзалы, торговые павильоны, мобильные здания (медпункты, СТО).

Пневмокаркасные конструкции имеют замкнутые полости, внутри которых поддерживается высокое избыточное давление (1-1,5 МПа). Сопротивление сжатию и изгибу таких конструкций обеспечивается именно сжатым воздухом. Для изготовления таких конструкций необходим  более прочный материал, нежели для пневматических, в связи с необходимостью выдерживать повышенное давление. При использовании таких конструкций отпадает необходимость в постоянной работе компрессора: он включается в случае, когда давление падает ниже допустимого. Наиболее типичной конструкцией такого типа является свод с несущим каркасом из пневмоарок и пневмопрогонов, покрытых тканевой ограждающей оболочкой.

Существуют так называемые смешанные конструкции, сочетающие свойства воздухоопорных и пневмокаркасных конструкций: с открытыми торцами они  работают как тент, с закрытыми как воздухоопорная конструкция.

Преимущества воздухоопорных конструкций:

- быстрота монтажа;

- малая масса (2-3,5 кг/м  перекрытой площади)

- малый транспортный объем;

- светопропускание исключает использование  электроэнергии днем;

- низкая удельная стоимость  монтажа;

-  возможность установки на  плоских кровлях;

- радиопрозрачность.

Недостатки:

- малый срок службы ( до 10 лет);

-неблагоприятные акустические  характеристики;

- потребность в вентиляторных  установках;

-низкая огнестойкость;

- трудность поддержания микроклимата  внутри конструкции.

Разновидностью пневматических конструкций являются линзовые конструкции - двухслойные, скрепленные по контуру оболочки, между которыми нагнетается воздух.  Такие конструкции используют в зданиях, имеющих по контуру обычные стены. Давление в линзе создается, исходя из возможной снеговой нагрузки. 

Оболочки.

Пластмассовые оболочки удачно сочетают такие свойства, как: радиопроницаемость, легкость, устойчивость, индустриальность возведения. Перекрываемые оболочками пролеты могут достигать 90-110 м, но  чаще составляют 3-30м.

Благодаря высокой технологичности пластмасс, получают оболочки рациональной геометрической формы, чем компенсируется повышенная деформативность пластмасс.

Типы оболочек

Структурные оболочки состоят из расположенных в одной плоскости тонкостенных пространственных элементов. Такие оболочки работают как плита, опираясь по контуру или в отдельных точках.

Оболочки ординарной кривизны - цилиндрические, призматические и своды.

Оболочки двоякой кривизны - положительной кривизны и отрицательной кривизны.

Материалом для оболочек всех типов служат стеклопластики на полиэфирной основе, эпоксидный и полистирольный пенопласт, алюминиевые и стальные профили, клееные деревянные брусья.

 

 

Рис.20.   Типы оболочек из пластмасс: а) структурные; б) одинарной кривизны и призматические оболочки; в) двоякой положительной гауссовой кривизны и выпуклые многогранные оболочки; г) двоякой отрицательной гауссовой кривизны;1,2- с одно- и двухосным расположением элементов;3,5- цилиндрические;4,6- призматические;7- замкнутая; 8- висячая; 9,10- эллиптическая и пирамидальная; 11,12—сферическая и многогранная; 13- замкнутая эллиптическая; 15,16- гиперболическая;17,18- шатровые гиперболические; 19,20—воронкообразная и зонтичная гиперболические; 21,22- висячие гиперболические (седловидная и с центральной опорой).

 

Полимербетонные конструкции

 

Полимербетон по сравнению с цементным бетоном имеет преимущества: химическая стойкость, высокие прочностные характеристики, высокую газо- и водонепроницаемость.

Наиболее рациональными областями применения полимербетонов являются несущие химически стойкие конструкции промышленных зданий (рис.( 21     )):

а) колонны сечением  40х60 см, высотой14,4 м;

б) колонны сечением  40х40 см, высотой 3,3м  для эстакад под электролизные ванны и этажерок;

в) фундаменты под колонны и технологическое оборудование размером в плане 100х100см;

г) балки покрытий, подкрановые фундаментные опорные длиной 4-6 м и сечением от 20х20 до 40х80 см для конструкций, несущих технологические коммуникации;

д) плиты для полов и футеровок размером 50х50 см и для стен 1,2х4,8 м;

е) трубы диаметром 20-80 см.

Рис. 21.   Схемы сталеполимербетонных конструкций промышленных зданий

 

Для подземных сооружений из полимербетона изготавливают коллекторные кольца, колодцы, блоки стен подвалов, способные к длительной эксплуатации в агрессивных средах. Полимербетон на фурановом связующем используется для изготовления травильных и электролизных ванн.

 

 

 

Трехслойные панели

 

Трехслойные панели - это плоские или пространственные конструкции, состоящие из легкого тепло-, звуко-, виброизоляционного материала, обклеенного с обеих сторон прочными и жесткими обшивками, стойкими к различным воздействиям.

Монолитность соединения обшивок со средним слоем и частичная передача на этот слой действующих нагрузок с одновременным выполнением им изоляционных функций ставят трехслойные панели в число наиболее эффективных несущих и ограждающих конструкций. Масса трехслойных панелей лежит в пределах 40-70 кг/м3, что позволяет значительно снизить массу зданий и повысить индустриальность строительства.

Панели классифицируют по назначению (для стен, покрытий), по светопропускающей способности (светопроницаемые и глухие), по технологическим свойствам (неутепленные и утепленные). Основное назначение трехслойных панелей - покрытия по несущим конструкциям, подвесные перекрытия и вертикальные ограждения зданий.

В качестве обшивок применяют тонколистовой алюминий, защищенную от коррозии сталь, стеклопластики, фанеру, древесные плиты, асбестоцемент.

Распространение в качестве материала среднего слоя получил полистирольный пенопласт, вследствие сравнительно низкой стоимости и высоких физико-механических свойств. Однако ему присущи определенные недостатки: низкая теплостойкость (70-80°С) и низкая огнестойкость, которую повышают введением специальных добавок. Более высокую прочность и теплостойкость имеет пенополивинил-хлорид. Но он может вызывать коррозию металлов. Кроме того, вследствие высокой стоимости его применение ограничено. Для трехслойных панелей широко используется пенополиуретан. Его заливают в полости в жидком виде, после чего он самопроизвольно вспенивается и склеивается с листами обшивки. Структура пенопласта и степень вспенивания регулируются путем изменения состава исходной композиции. Отвержденный пенопласт обладает достаточно высокой прочностью и теплостойкостью (до 130°С).

Наибольшую жесткость и устойчивость при минимальной массе имеют панели со средним слоем из сотового заполнителя, который изготавливают из металлической фольги, бумаги, пластмасс.

Для предохранения стенок ячеек от смятия при механической обработке соты на время обработки заполняют водой и замораживают. Для повышения теплоизоляционных и огнезащитных свойств панелей ячейки сот заполняют пенопластом, перлитом, вермикулитом.

Огнестойкость сотовых конструкций повышают пропиткой их антипиренами. Благодаря малой собственной массе панели с сотовым заполнителем могут иметь большие размеры, например, на 2 этажа.

При склеивании сот с обшивками применяют различные клеи. Более жесткие наносят на соты, а эластичные на листы обшивки (рис. 22  ). Жесткий клей обеспечивает устойчивость стенки в месте крепления, а эластичный - деформативность при температурных воздействиях. Для запрессовки при склеивании плоских панелей используют винтовые, гидравлические и пневматические прессы. Панели криволинейного очертания запрессовывают на соответствующей по форме матрице с помощью резинового мешка вакуумным или автоклавным способом.

 Рис.   22.         Схема конструкции панели с сотовым заполнителем: 1- обшивка;2- стенка ячейки сот; 3- клеевой слой, наносимый на обшивку.

 

Плиты покрытий и подвесных перекрытий устраивают с обрамлением, прочно соединенным с обшивками. Обрамление может быть из стальных, асбестоцементных, фанерных профилей (рис. 23   ). Кромки панелей также закрывают полосами из водостойкой бакелизированной фанеры и обрамляют алюминиевыми уголками, скрепленными с обшивкой и фанерой клеезаклепочными соединениями.

 

|   

 

Рис.23    Трехслойная панель: а) без обрамления; б) с обрамлением

 

Стыки панелей уплотняют прокладками из пороизола, гернита, |пенополиуретана, воспринимающими температурные деформации панелей без нарушения герметичности стыка. Дополнительную герметичность обеспечивают мастики и механические устройства, компенсаторы, прокладки, держатели.

Асбестоцементные трехслойные панели, как правило, обстраиваются обрамлением из деревянных, фанерных или стальных профилей, соединенных с обшивками клеевинтовыми соединениями. Панели с алюминиевыми обшивками и средним слоем из поливинилхлоридного пенопласта обрамляют алюминиевым швеллером, скрепленным с обшивками клеезаклепочным или клеесварным соединением, которое в сравнении с клеезаклепочным менее трудоемко. В клеесварных соединениях применяется эпоксидный клей К-138, шаг сварных точек составляет 50 мм.

Современным требованиям, предъявляемым к теплозащите зданий, отвечают трехслойные панели с наружными слоями из армированного тяжелого бетона и средним теплоизоляционным слоем из полистиролъного пенопласта ПСБ-С в виде плит. Для обеспечения совместной работы слоев наружные железобетонные слои выполняют коробчатого сечения, т.е. с ребрами жесткости. Эти ребра жесткости, являясь "мостиками холода", снижают теплозащитные свойства панелей. Коэффициент термического сопротивления таких панелей при толщине пенопластового среднего слоя, равной 100 мм, составляет 1,35 м2 °С/ Вт. Этого недостатка лишены панели на «гибких связях, выполненных из металлических стержней. Коэффициент термического сопротивления этих панелей составляет 1,42 м2 0 С/Вт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1	Глуховский В.Д., Рунова Р.Ф., Шейнич Л.А., Гелевера А.Г. Основы технологии отделочных, тепло- и гидроизоляционных материалов - К.: Вища шк. Головное изд-во, 1986. – 303с.
2	Микульский В.Г. и др. Строительные материалы (Материаловедение. Строительные материалы) – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2004. – 536с.
3	Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы – М.: Стройиздат, 1986. – 688с.
4	Баженов Ю.М., Угинчус Д.А., Улитина Г.А. Бетонополимерные материалы и изделия – К.: Будiвельник, 1978. – 88с.
5	Домокеев А.Г. Строительные материалы – М.: Высш. Шк., 1989. – 495с.
6	Инструкция по технологии приготовления полимербетонов и изделий из них. СН 525-80/ Госстрой СССР – М.: Стройиздат, 1981. – 23с.
7	Баженов Ю.М. Технология бетона – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2002. – 500с.
8	Батраков В.Г. Модифицированные бетоны – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 1998.
9	Черных В.Ф., Пшеничный Г.Н. Специальные бетоны – Краснодар: КубГТУ, 1994. – 109с.