Древесина и пластмассы

«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
ЛЕКЦИЯ 2
2. Свойства древесины и пластмасс как конструкционных
материалов
2.1. Физические свойства древесины
ЛЕКЦИЯ 2
2. Свойства древесины и пластмасс как
конструкционных материалов
К физическим свойствам древесины, имеющим большое
значение для деревянных конструкций, относятся:
2.1. Физические свойства древесины
-
плотность;
2.2. Механические свойства древесины
-
термическое расширение;
2.3. Конструкционные пластмассы
-
теплопроводность.
2.1.1. Плотность
Древесина имеет трубчато-волокнистое строение. Плотность
её зависит от породы, количества пустот, толщины стенок
клеток и содержания влаги. Она может быть различна даже в
пределах одной и той же породы.
Таблица 2.1 – Плотности древесины
Породы деревьев
Хвойные:
лиственница
сосна, ель, кедр, пихта
Твердые лиственные:
дуб, береза, бук, ясень, клен, граб, акация, вяз, ильм
Мягкие лиственные:
осина, тополь, ольха, липа
Страница 1 из 23
Плотность древесины, кг/м3
защищенной от увлажнения
незащищенной от увлажнения
650
500
800
600
700
800
500
600
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
2.1.2. Термическое расширение
Увеличение размеров деревянного элемента при
нагревании характеризуется коэффициентом линейного
расширения. Величина которого различна для разного
направления волокон.
Коэффициент линейного расширения древесины вдоль
волокон принимается равным 3·10-6…5·10-6, поперек волокон –
7·10-6…11·10-6.
Незначительная величина этого показателя, наряду с
низким модулем упругости, позволяет не учитывать в
деревянных конструкциях влияние температурного
расширения: не устраивать, например, подвижных опорных
частей и температурных швов.
2.1.3. Теплопроводность
Малая теплопроводность древесины объясняется пористым
строением. Межклеточные и клеточные пространства в
древесине, наполненные воздухом, являются плохими
проводниками тепла.
Плотная древесина проводит тепло несколько лучше, чем
мягкая. Влажная древесина имеет большую теплопроводность,
чем сухая.
Теплопроводность древесины вдоль волокон больше, чем в
поперечном направлении, в котором она вообще незначительна.
Малая теплопроводность древесины в поперечном
направлении позволяет использовать её для ограждающих
конструкций отапливаемых зданий – дерево может быть
использовано одновременно как несущая и ограждающая
конструкция.
Страница 2 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
Таблица 2.1 – Коэффициенты теплопроводности строительных материалов
Материал
Вакуумированные теплоизоляционные материалы (ТИМ)
Эффективные ТИМ (экструзионные пенополистиролы и др.)
Минераловатные и стекловатные ТИП
Древесина сосны поперек волокон
Кирпич глиняный обыкновенный
Бетон
Сталь
Коэффициент теплопроводность λ, Вт/м °С
0,001…0,003
~ 0,03
~ 0,04
0,1
0,7
2
70
По теплозащитным свойствам стена из бруса толщиной 15
см равна кирпичной стене толщиной 64 см.
2.1.4. Химическая стойкость древесины
Древесина является химически более стойким материалом,
чем металл и железобетон. Поэтому деревянные конструкции
можно рекомендовать для применения в зданиях с химически
агрессивной средой.
В зависимости от вида химической агрессии древесину
можно использовать без дополнительной защиты или защищая
её покраской или поверхностной пропиткой.
Древесина по-разному реагирует на действие химических
веществ.
Плавиковая, фосфорная и соляная (низкой концентрации)
кислоты не разрушают древесину при обычных температурных
режимах эксплуатации. Серная кислота при концентрации
более 5 % и особенно азотная кислота разрушают древесину и
при обычных температурах.
Большинство органических кислот (уксусная, муравьиная,
лимонная и др.) ослабляют древесину только в горячих
растворах.
Страница 3 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
Газовые среды, например серный или сернистый ангидрид,
вредно действуют на древесину при наличии увлажнения и
повышенной температуры.
Для зданий с химически агрессивной средой желательно
применять сплошные, монолитно склеенные безметальные
конструкции, не имеющие зазоров и щелей. Для покрытий
подходят клеефанерные панели, имеющие гладкую поверхность
без выступающих частей.
Целесообразно применение деревянных конструкций при
строительстве складов для агрессивных сыпучих материалов,
таких как калийные и натриевые соли, минеральные
удобрения, разрушающих сталь и бетон.
Страница 4 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
2.2. Механические свойства древесины
2.2.1. Анизотропия древесины
Древесина является анизотропным материалом, поэтому ее
прочность и деформативность зависят от направления действия
усилий и деформаций по отношению к волокнам.
При действии усилий вдоль волокон, оболочки клеток
работают в самых благоприятных условиях, и древесина
показывает наибольшую прочность и наименьшую
деформативность.
Анизотропия является следствием особенностей строения
древесины, представляющей собой совокупность волокон,
расположенных в основном лишь в одном направлении. Второй,
не менее важной причиной анизотропии является ярко
выраженная слоистость по годовым слоям.
Слово «анизотропия» происходит от греческих слов «анизос» (неравный)
и «тропос» (направление) и означает неодинаковость свойств материала в трех
различных структурных направлениях.
Применительно к древесине такая схема является идеализированной
(упрощенной). Плоскости продольного, поперечного и тангенциального срезов
ствола могут рассматриваться как плоскости симметрии только при условиях:
- плоскость 2 при условии, если кривизна годичных слоев мала;
- плоскость 1, перпендикулярную волокнам, лишь при условии
постоянства свойств по высоте ствола;
- тангенциальная плоскость 3 – если не считаться с различием свойств
ранней и поздней древесины.
Рис.2.1 – Плоскости симметрии анизотропии древесины
1 – поперечный срез; 2 – продольный срез; 3 – тангенциальный срез
Страница 5 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
Необходимо отметить, что теплофизические свойства
(теплопроводность и линейное тепловое расширение),
электропроводность, влагопроводность и изменение размеров
при увлажнении-высыхании древесины также различны по
трем направлениям структурной симметрии.
2.2.2. Прочность.
Прочность характеризует способность материала
сопротивляться воздействию механических нагрузок, сохраняя
целостность.
Сопротивляемость древесины различна при различных
видах напряжённо-деформированного состояния (НДС).
Различают прочность древесины при изгибе, сжатии, смятии,
растяжении и скалывании.
Древесина относится к материалам средней прочности,
однако, ее относительная прочность с учетом малой плотности
сравнима со сталью
Rдрев
γ древ
≈
Rстали
γ стали
,
где: R – прочность, γ – плотность.
Нормативное сопротивление Rн является минимальным
вероятностным пределом прочности чистой древесины,
получаемым при статистической обработке результатов
испытаний стандартных образцов на кратковременную
нагрузку.
Страница 6 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
Средний предел прочности чистой (без пороков) древесины
сосны вдоль волокон составляет:
при растяжении – 100 МПа,
при изгибе – 80 МПа,
при сжатии – 44 МПа.
При растяжении, сжатии и скалывании поперек волокон эта
величина не превосходит 6,5 МПа.
Расчетное сопротивление R – это максимальное
напряжение, которое может выдержать материал, при
эксплуатации в конструкции, не разрушаясь при учете всех
неблагоприятных факторов, снижающих его прочность.
Наличие пороков значительно (~ на 30 %) снижает
прочность древесины при сжатии и изгибе, а особенно (~ на 70
%) при растяжении.
Поэтому значения расчетных сопротивлений древесины
вдоль волокон приняты значительно меньшими, чем предел
прочности:
при растяжении вдоль волокон Rр ≈10 МПа;
при изгибе, сжатии и смятии вдоль волокон Rи=Rс=Rсм ≈ 15
МПа;
при сжатии поперек волокон Rс,90 = 1,8 МПа;
при растяжении поперек волокон Rр,90 ≈ 0,3 МПа.
Страница 7 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
2.2.3. Жесткость (деформативность) древесины
Жесткость и твердость древесины относительно невелики
ввиду её трубчато-волокнистого строения.
Жесткость – степень деформативности при действии
нагрузки.
Жесткость древесины существенно зависит от направления
действия усилий по отношению к волокнам, длительности
действия нагрузки и влажности древесины.
Характеристика деформативности – модуль упругости Е.
В СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции» даются
значения модуля упругости для любой породы древесины:
вдоль волокон Е = 10 000 МПа;
поперек волокон Е90 = 400 МПа.
2.2.4. Влияние длительности действия нагрузки.
При неограниченно длительном нагружении прочность
древесины характеризуется пределом длительного
сопротивления, который составляет ~50 % предела прочности
при стандартном нагружении.
Наибольшую прочность, в 1,5…2 раза превышающую
кратковременную, древесина показывает при кратчайших
ударных и взрывных нагрузках.
Это обстоятельство учитывается введением коэффициентов к
расчетному сопротивлению и модулю упругости:
mд < 1 – когда длительно действующие нагрузки составляют
более 80 % суммарных.
mн > 1 – при учете кратковременных воздействий.
Страница 8 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
Результаты испытаний стандартных образцов для
определения длительной прочности древесины приведены на
графике рисунка 2.2.
Асимптотический характер кривой показывает, что
прочность (предельные напряжения перед разрушением) с
увеличением длительности приложения нагрузки хотя и
падает, но не безгранично. Предельные напряжения при
длительном действии нагрузки σдл называют пределом
длительной прочности древесины.
ε
σкр
σдл
t (время)
Рис.2.2 – Кривая длительного сопротивления древесины
Другая характерная особенность древесины – свойство
ползучести (увеличение деформаций с течением времени) под
действием неизменной нагрузки.
При уровне напряжений σ < σдл рост деформаций будет с
течением времени затухать, а при σ > σдл деформации будут
нелинейно возрастать вплоть до разрушения.
ε
σ > σдл
σ < σдл
Рис.2.3 – Кривые деформирования древесины при уровне номинальных
напряжений меньше и больше предела длительной прочности
t (время)
При этом нужно отметить, что деформации ползучести (при
σ > σдл) это пластические деформации, то есть необратимые.
Страница 9 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
2.2.5. Влияние влажности
Увеличение влажности древесины приводит к снижению её
прочности и увеличению деформативности.
Количественно влажность древесины определяется
процентным отношением содержания влаги к массе древесины:
W =
Gвл − Gсух
Gсух
⋅ 100% ,
где Gвл – вес влажной, а Gсух – сухой древесины.
При условиях эксплуатации с повышенной влажностью к
расчетному сопротивлению и модулю упругости
древесины вводится понижающий коэффициент mв<1.
Различают два вида влаги, содержащейся в древесине –
связанную (гигроскопическую) и свободную (капиллярную).
Связанная влага находится в толще клеточных оболочек, а
свободная в полостях клеток и в межклеточных пространствах.
W=12% – равновесная влажность древесины в сухом помещении.
W=30% – предел гигроскопической влажности (влага в стенках клеток).
W>30% – влага заполняет пустоты.
W=70% – полное водонасыщение в воздушной среде.
Древесина погруженная в воду может иметь влажность до 200%.
3…6%
0,1%
6…12%
Страница 10 из 23
При изменении влажности от 0 до 30% происходит
изменение объема древесины. При этом изменение линейных
размеров вдоль волокон, в радиальном и тангенциальном
направлениях существенно различаются.
Рис.2.4 – Относительные изменения линейных размеров деревянного элемента
при разбухании-высыхании
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
2.2.6. Влияние температуры эксплуатации
При повышении температуры от 30 до 50 °С прочность
древесины снижается, а деформативность увеличивается.
При повышенной температуре эксплуатации к расчетному
сопротивлению и модулю упругости древесины вводится
понижающий коэффициент mт < 1.
При температуре эксплуатации до +35 °С коэффициент
mт=1.
При температуре эксплуатации 50 °С коэффициент mт=0,8.
При промежуточный значениях температуры коэффициент
mт определяется по интерполяции.
При температуре окружающей среды выше 50 °С
эксплуатация деревянных конструкций не допускается.
Страница 11 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
2.3. Конструкционные пластмассы
Пластмассы – это материалы на основе природных или
синтетических полимеров, способные приобретать заданную
форму при нагревании под давлением и устойчиво сохранять ее
после охлаждения.
Полимеры – вещества, молекулы которых состоят из большого числа
повторяющихся звеньев. По происхождению полимеры делят на природные
(белки, нуклеиновая кислота, натуральный каучук), и синтетические
(полиэтилен, полиамиды, эпоксидные смолы), получаемые методом
полимеризации, поликонденсации или сополимеризации.
Природные и синтетические полимеры являются органическими
веществами, образующимися в результате соединения углерода с другими
элементами. К особому классу высокомолекулярных соединений относятся
кремнийорганические смолы, в которых атомы углерода замещены кремнием,
что открывает им перспективу применения в условиях повышенных
температур.
По форме молекул различают линейные, разветвлённые и сетчатые
полимеры. Для линейных и разветвлённых полимеров характерна способность
образовывать анизотропные волокна и плёнки, а также существовать в
высокоэластичном состоянии.
При воздействии повышенных температур термопластичные полимеры,
полученные, как правило, на основе полимеризации, размягчаются, тогда как
термореактивные поликонденсационные полимеры сопротивляются до
области их разложения. Наиболее используемыми в практике строительства
термопластичными полимерами являются поливинилхлорид, полиэтилен,
полистирол, полиамидные и акриловые смолы. К термореактивным полимерам
относятся: фенолформальдегидные, карбомидные, эпоксидные,
фенолрезорциновые, полиэфирные и фурановые смолы.
Помимо полимера пластмассы могут содержать
наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, пигменты и
другие компоненты.
Страница 12 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
Пластмассы различаются по эксплуатационным свойствам
(например, атмосферо-, термо- или огнестойкие), природе
наполнителя (стеклопластики, углепласты), способу его
расположения в материале (слоистые пластики), по типу
полимера (акрилопласты).
Конструкционные пластмассы сгораемы, имеют невысокую
огнестойкость, их жесткость невелика (за исключением
стеклопластиков), подвержены старению.
Пластмассы рационально применять в химически
агрессивных средах и в ограждающих строительных
конструкциях.
Стеклопластики из-за своей высокой прочности
представляют наибольший интерес для конструктора. Это
химически стойкий материал, получаемый горячим
прессованием эпоксидных, фенолформальдегидных,
полиэфирных и других смол, смешанных со стеклянным
наполнителем. Стеклянное волокно выполняет роль арматуры,
оно защищено от влияния внешней среды связующим.
Стеклянные нити получают из расплавленной стеклянной
массы, протягиваемой через мельчайшие отверстия — фильеры.
Первичные нити служат исходным сырьем для получения
крученых нитей, стекложгутов, стеклохолстов и стеклотканей,
вид которых определяет механические свойства
стеклопластика.
Рис.2.17 – Схема получения непрерывного стекловолокна
Страница 13 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
Стеклопластики применяют в элементах несущих
конструкций в виде уголков и швеллеров, в обшивках
ограждающих светопроницаемых панелей, в узловых
соединениях в виде фасонок, болтов и гаек.
Листовой материал применяют в качестве обшивок плит,
стенок профильных балок, соединительных элементов
немагнитных деревянных и пластмассовых конструкций.
Рис.2.18 – Стеклопластик с непрерывным однонаправленным волокном и
хаотически направленным рубленым волокном
Наиболее высокими механическими свойствами обладают
стеклопластики, армированные непрерывным прямолинейным
стекловолокном. В направлении волокон их прочность
достигает 1000 МПа при растяжении, а модуль упругости до
40000 МПа, в поперечном направлении прочность примерно в
10 раз меньше.
Все стеклопластики, армированные в одном или в двух
взаимноперпендикулярных направлениях, являются
материалами анизотропными. Стеклопластики, армированные
рубленым стекловолокном – изотропные материалы.
Существуют следующие виды стеклопластиков:
Пресс-материалы типа СВАМ (стекловолокнистый
анизотропный пресс-материал) получают путем прессования
шпонов из однонаправленного стекловолокна.
Предел прочности СВАМ при растяжении и сжатии
составляет 400-500 МПа, а при изгибе, приблизительно, 700
МПа.
Страница 14 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
Пресс-материалы АГ-4С и АГ-4В.
АГ-4С представляет собой однонаправленную ленту,
полученную на основе крученых стеклянных нитей и аминофинолоформальдегидной смолы. Предназначается для
получения высокопрочных изделий методом прямого
прессования или намотки.
Пределы прочности при сжатии и изгибе 200…250 МПа, при
растяжении несколько выше.
АГ-4В представляет собой стекловолокно на основе срезов
первичной нити. Специально подготовленный стекловолокнистый наполнитель смешивают с фенолоформальдегидной
смолой, затем сушат.
Стеклопластики типа СВАМ, АГ-4С и АГ-4В используют для
изготовления соединительных деталей (болтов, фасонок) и для
профильных изделий, эксплуатируемых в химически агрессивных средах, где металл быстро коррозирует. Все перечисленные
стеклопластики являются светонепроницаемыми.
Полиэфирный стеклопластик изготавливают из рубленого
стекловолокна и прозрачных полиэфирных смол, благодаря
которым полиэфирный стеклопластик является
светопроницаемым. Выпускается он в виде волнистых или
плоских листов, часто имеющих различные окраски.
Прочностные характеристики существенно ниже, чем у
предыдущих материалов, и составляют 60-90 МПа при
растяжении и сжатии.
Полиэфирные стеклопластики получили широкое
применение в ограждающих конструкциях (стеновые и
кровельные панели), лестничных ограждениях и балконных
ограждениях, навесах, так как их можно эксплуатировать без
потери механических свойств в широком температурном
диапазоне, –60…+70 °С. Недостатком является нестойкость к
солнечной радиации.
Страница 15 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
Из стеклянных волокон изготовляют нити, ровинги (пряди
из большого числа равномерно натянутых некрученых нитей),
стекломаты, ткани.
Стекломаты представляют собой рулонный материал из
хаотически расположенных в горизонтальной плоскости
отрезков нитей длиной примерно 50 мм, скрепленных
связующим. Маты используют как армирующий материал при
изготовлении стеклопластиков на основе полиэфирных смол.
К нетканым стеклопластикам относят перекрестные сетки,
состоящие из непрерывных стеклонитей, расположенных во
взаимноперпендикулярных направлениях. В местах
пересечения нити склеивают или скрепляют механически.
Нетканые перекрестные материалы изготовляют
различной структуры: от плотных до редких сеток с размером
ячейки 20x20 мм.
Плотные клееные материалы применяют для армирования
конструкционных стеклопластиков, получаемых методом
намотки, контактного формования и прессования.
Клееные сетки предназначены для армирования пленок,
бумаг.
Нетканые перекрестные сетки - перспективный
армирующий материал при изготовлении строительных
конструкций. В результате исключения операции ткачества в
10-15 раз увеличивается производительность оборудования.
Улучшаются прочностные характеристики стеклопластика, т.к.
устраняются изгибы нитей в местах пересечения.
Тканые стекловолокнистые материалы – стеклоткани,
различаются типом переплетения, числом нитей вдоль и
поперек ткани.
Страница 16 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
Для создания высокопрочных конструкционных не
расслаивающихся стеклопластиков разработаны многослойные
стеклоткани толщиной 1…10 мм. Отдельные слои тканей
связывают друг с другом в процессе тканеобразования.
Многослойные ткани могут быть комбинированными, с
включением различного количества синтетических волокон.
Изготавливают стеклоткани также из ровинга. В производстве
таких тканей применяют некрученые стеклонити из волокон
диаметром 10 мкм, что обеспечивает их низкую себестоимость.
Органическое стекло – это термопластичный
стеклопластик, получаемый путем полимеризации метилового
эфира метакриловой кислоты.
При изготовлении элементов светопрозрачных конструкций
из органического стекла, в частности, для районов Крайнего
Севера, целесообразно применять техническое стекло (ТОСП,
ТОСН, ТОСС), максимальные размеры которого 1,4x1,6 м при
практически любой толщине от 1 мм и выше.
Основные достоинства органического стекла:
- высокая степень прозрачности, светопропускание в
среднем составляет 92%;
- относительно малая плотность (1,2 г/см3);
- хорошо пропускает ультрафиолетовое излучение, 70…90 %;
- обладает повышенными теплотехническими свойствами,
теплопроводность в пять раз ниже чем у силикатного стекла.
Недостатки органического стекла:
- низкая поверхностная твердость, при длительном
воздействии атмосферы, статической нагрузки на поверхности
стекла появляются микротрещины – «серебро»;
- горючесть.
Страница 17 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
По своей природе органическое стекло является
термопластом, поэтому при повышении температуры до 90 °С
оно переходит из стеклообразного состояния в эластичное. Это
свойство используется при формовании изделий любой
конфигурации.
Сотовый поликарбонат – широко используется в качестве
светопрозрачного ограждения (зимних садов, жилищ, соляриев,
навесов, перегородок, навесных потолков). Он представляет
собой полые прозрачные панели, которые состоят из
разнесенных между собой листов, соединенных продольными
ребрами жесткости. Количество листов в панели может быть от
двух до четырех при общей толщине панели от 4 до 25 мм.
Рис.2.16 – Сотовая структура
Помимо всех достоинств, присущих оргстеклу, сотовый
поликарбонат более ударопрочный (антивандальный)
материал. За счет воздушных прослоек имеет более высокие
теплотехнические характеристики. Трудновоспламеним.
Недостатком этого материала является неустойчивость к
солнечной радиации, которая устраняется нанесением в
процессе изготовления прозрачного ультрафиолетового
стабилизирующего слоя. По данным зарубежных исследований
срок службы панелей сотового поликарбоната в качестве
кровельного материала не ограничевается 30 годами.
Полиэтилентерефталат (ПЭТ). По своим техническим и
экономическим показателям этот материал находится между
оргстеклом и поликарбонатом. Однако в силу отсутствия
достаточного опыта применения в строительстве и наблюдения
этот материал пока не получил широкого признания.
Страница 18 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
Винипласт, как и оргстекло, состоит полностью из
термопластичной смолы без наполнителей. Его изготовляют в
виде плоских или волнистых листов толщиной до 2 мм и
шириной до 1200 мм. Может быть прозрачным.
Свойства винипласта близки к свойствам оргстекла.
Основными достоинствами являются самозатухаемость, высокая
стойкость в химически агрессивных средах.
Страница 19 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
Воздухонепроницаемые ткани для пневматических
конструкций состоят из текстиля и эластичных покрытий.
Свойства воздухонепроницаемых тканей определяются
свойствами составляющих их текстилей и покрытий.
Технический текстиль изготовляется из высокопрочных
синтетических волокон. Полиамидные волокна типа «капрон»
применяются наиболее широко. Они имеют высокую прочность,
значительную растяжимость и малую стойкость против
старения. Полиэфирные волокна типа «лавсан» менее
растяжимы и более стойки против старения.
Текстиль имеет полотняное переплетение. Более прочные
нити располагаются вдоль рулона (основа), а менее прочные —
поперек него (уток). Синтетические волокна не подвержены
загниванию, но сгораемы.
а)
Покрытия обеспечивают необходимую воздухонепроницаемость тканей, служат для плотной связи нитей и
слоев текстиля между собой и защищают их от активного
атмосферного старения. В качестве покрытий применяют,
главным образом, резину на основе синтетических каучуков, а
также эластичный пластифицированный поливинилхлорид.
б)
Рис.2.17 – Пневматические строительные конструкции:
а – пневмокаркасное покрытие; б – воздухоопорное
Страница 20 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
Синтетические ткани только с водонепроницаемыми
покрытиями, или пропитками, применяются для тентовых
покрытий.
Рис.2.18 – Тентовое вантово-стоечное покрытие
Воздухонепроницаемые ткани поставляются рулонами
шириной до 1 м, длиной до 20 м, толщиной 1...2 мм и массой
0,5...1,5 кг/м2.
По числу слоев текстиля ткани бывают одно- и многослойными с числом слоев до трех. Многослойные ткани
изготовляют параллельно дублированными – нити слоев
располагаются параллельно, и диагонально дублированными,
когда нити располагаются под углом 45° друг к другу.
Прочность воздухонепроницаемых тканей зависит только от
прочности нитей текстиля, направленных вдоль действующего
в ткани растягивающего усилия. Вдоль основы прочность ткани
значительно выше, чем вдоль утка. Прочность параллельно
дублированных тканей близка к суммарной прочности
составляющих их слоев.
Деформативность воздухонепроницаемых тканей весьма
значительна и может достигать при одноосном растяжении
30%. Модуль упругости однослойных тканей составляет около
90 кН/м по основе и около 45 кН/м по утку.
Интервал эксплуатационных температур достаточно широк
– от –50 °С до +50 °С.
К недостаткам воздухонепроницаемых тканей относятся их
сгораемость и легкая повреждаемость. Они так же подвержены
старению. Покрытия тканей при этом снижают эластичность и
воздухонепроницаемость, а нити текстиля уменьшают
прочность.
Страница 21 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
Теплоизоляционные пенопласты.
Феноформальдегидный пенопласт марки ФРП-1
представляет собой мелкопористый материал от светло-серого
до темно-коричневого цвета. Технология изготовления
фенольного пенопласта сводится к механическому смешиванию
двух жидких компонентов (смесь резольной смолы ФРВ-1 и
вспенивающего и отверждающего агента ВАГ-3). Вспенивание
производится без подвода тепла или с небольшим подогревом
если форма изготовления пенопласта выполнена из теплоемких
или теплопроводных материалов.
ФРП-1 отнесен к группе трудносгораемых материалов и
допущен к применению в жилищном строительстве без
ограничений. Его изготовляют в виде блоков или заливкой
непосредственно при изготовлении ограждающих конструкций.
Плотность ФРП-1, вспененных при изготовлении трехслойных
конструкций, составляет 80-100 кг/м3.
Полиуретановый пенопласт, более однороден по
теплотехническим свойствам и с более низкой технологической
усадкой по сравнению с фенолформальдегидными
пенопластами.
Полиуретановые пенопласты имеют высокие механические
характеристики, особенно при сдвиге, что важно для
трехслойных ограждающих конструкций без ребер. С целью
экономии полиуретановой композиции при изготовлении
используют наполнители в виде минеральных гранул,
полученных на основе обожженных глин, стекла, перлита. К
наполнителям предъявляются высокие требования по
плотности, гранулометрическому составу, водопоглощению и
влажности.
Высокая плотность 150…200 кг/м3 и прочность на сжатие 0,6
МПа позволяют использовать пенополиуретановые пластмассы
Страница 22 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»
«Конструкции из дерева и пластмасс» Лекция 2
2. Свойства древесины и пластмасс
для изготовления двухслойных ограждающих конструкций без
верхней обшивки и устройства рулонных кровель
непосредственно по пенопласту.
Пенополистирольный пенопласт получают вспениванием
гранул что обеспечивает высокое содержание воздуха, до 98%, а
следовательно легкость и низкую теплопроводность материала.
В строительстве в последнее десятилетие применяется в
основном марка ПСБ-С, которая в отличие от марки ПСБ имеет
огнестойкое исполнение. Благодаря этому существенно
снижается воспламеняемость и распространение огня по
поверхности пенополистирола. Только при продолжительном
высокотемпературном воздействии он может гореть, но при этом
скорость распространения огня не велика.
Пенополистирол имеет исключительно низкий процент
водопоглощения, менее 1 %, не является питательной средой
для грибов плесени, не растворяется в воде, а также устойчив к
воздействию большинства химических веществ.
Страница 23 из 23
СГУПС кафедра «Строительные конструкции и здания»