нием прочности материала к его объемной массе). Варьируя число листов стеклошпона и ориентацию стекловолокон, можно в относительно широких пределах менять физико-механические характеристики материала. Средняя плотность СВАМ —1900 кг/м^ прочность при растяжении — 500 МПа, при сжатии — 400 МПа, при изгибе— 700 МПа. Удельная прочность при растяжении — 2,6, модуль упругости — 35 ООО МПа. Наружной поверхности листов СВАМ можно придавать различные фактуры. Из СВАМ можно изготовлять легкие и прочные панели стен, перегородок и перекрытий, несущие конструктивные, в том числе объемные, элементы зданий, штампованные детали окон и дверей, погонажные конструктивные профили (уголки, швеллеры, трубы).

Типичными представителями армированных слоистых пластмасс являются стеклотекстолит, древеснослоистые и бумажносло-истые пластики.

Стеклотекстолит изготавливают преимущественно на основе модифицированной фенолоформальдегидной смолы с наполнителем из стеклоткани. Листы стеклотекстолита изготавливают различной толщины — 0,5—7 мм, шириной 1200 мм. Его средняя плотность—1850 кг/м, прочность при растяжении, сжатии и изгибе — соответственно 230, 95 и 120 МПа, модуль упругости — 24 ООО МПа.

Стеклотекстолит применяют для наружных слоев трехслойных панелей стен и покрытий и для обшивки элементов пространственных конструкций, подвергающихся влиянию агрессивной среды.

Древеснослоистые пластики—листовые материалы, получаемые горячим прессованием шпона лиственных пород древесины, пропитанных синтетическими (преимущественно фенолоформальдегид-ными смолами). Листы пластика выпускают шириной до 1200 мм, длиной до 5000 мм, толщиной до 18 мм. Цвет их золотисто-коричневый, фактура гладкая, блестящая, текстура дерева хорошо просматривается. Средняя плотность — 1400 кг/м, прочность при сжатии— до 180 МПа, при растяжении и изгибе — до 280 МПа. Мате-эиал этот хорошо поддается механической обработке. Применяется преимущественно в машино-, самолето- и судостроении, а также в строительстве для наружных слоев трехслойных навесных стеновых панелей.

Хорошими физико-механическими свойствами и разнообразными декоративными качествами обладают бумажно-слоистые пластики. Их изготовляют посредством горячего прессования «пакетов», составленных из листов бумаги, пропитанной раствором фенолоформальдегидной или мочевиноформальдегидной смолы. Для лицевых слоев применяют цветную или рисунчатую (с печатным ри-

сунком) бумагу, пропитанную меламиноформальдегидной смолой. Размеры листов по длине — до 3000 мм, по ширине — до 1600 мм, по толщине — 1,3—5 мм. Средняя плотность — 1400 кг/м, прочность при изгибе — 120 МПа.

Декоративный бумажно-слоистый пластик является отличным облицовочным и одновременно конструкционным материалом, используемым преимущественно для внутренней облицовки несущих и ограждающих конструкций, для изготовления дверных полотнищ и встроенной мебели. Широко этот материал применяют также в самолето-, судо- и вагоностроении.

В отличие от материалов предыдущей группы в составных структурах V группы прочностные качества обеспечиваются не за счет максимальной интеграции составляющих слоев, а за счет их дифференциации. Однако не каждое изделие с разнородным слоистым строением может быть отнесено к V группе, а лишь такое, в котором несущие слои расположены на некотором расстоянии друг от друга. Структуры, в которых несущие функции выполняет монолитный средний слой, а наружные являются, по существу, лишь декоративно-защитными облицовками, принадлежат к предыдущим группам (например, древесностружечные плиты, облицованные пленками или бумажно-смоляными покрытиями).

Для составных структур конструкционных изделий V группы используют материалы четырех предыдущих групп. Обе внешние поверхности трехслойных конструкций образуются слоистыми или волокнистыми пластиками, а также материалами 1 группы. Средний слой представляет собой газонаполненные пластмассы, волнистый лист стеклопластика либо «сотовые» образования. Последние представляют собой легкие сотообразные маты, склеенные из крафт-бумаги, пропитанной термореактивными смолами. Для наружных слоев кроме материалов I и IV групп применяют также листы из легких сплавов, стали, асбестоцемента, армированного и закаленного стекла (стемалита).

В конструктивном отношении трехслойные структуры обладают пространственной жесткостью. Из таких структур могут быть изготовлены как плоские панели, так и криволинейные оболочки. Разнообразие материала, цвета и рельефа наружных слоев, а также возможность изготовления структур из светопрозрачных пластмасс значительно обогащают арсенал средств современного архитектурного формообразования.

Кроме описанных пяти групп материалов встречаются также переходные типы, в которых сочетаются принципы двух или даже трех групп (например, пенопласты с поверхностным армированием). Однако при детальном анализе всегда можно выделить веду-

щий принцип, в наибольшей степени определяющий характер формообразования строительных элементов.

В самостоятельную группу должны быть выделены пленки и ткани, применяющиеся в тентовых и пневматических конструкциях. По конструктивным и эксплуатационным соображениям материалы эти должны обладать высокой прочностью на растяжение, влаго- и воздухонепроницаемостью, долговечностью, легкостью, негорючестью, невысокой стоимостью.

Выпускаемые в настоящее время технические ткани из синтетических волокон воздухонепроницаемы, хотя и очень прочны, а полимерные пленки практически воздухонепроницаемы, однако прочность их недостаточна. Поэтому естественно появились композиционные материалы—армированные пленки и импрегниро-ванные полимерные ткани.

Пленки армирутся сеткой из синтетических нитей и пряжи, с уменьшением размеров ячейки сетка приближается к ткани. В импрегнированных тканях защита текстильной основы от разрушающего атмосферного воздействия достигается нанесением специальных полимерных составов, чаще всего в виде пасты. При этом достигается нужная степень влаго- и воздухонепроницаемости.

В СССР для пневмоконструкций применяется, как правило, рулонный материал, текстильную основу которого составляет капроновая ткань полотняного переплетения или рогожка из высокопрочных кордных нитей. В качестве покрытия, наносимого на ткань, применяются синтетические каучуки. Однако в последнее время, учитывая зарубежный опыт, от прорезиненных тканей начинают отказываться в пользу тканей, покрытых пластифицированным по-ливинилхлоридом. (О материалах для пневматических конструкций см. также раздел «Пневматические сооружения» в гл. III.)

Особую группу составляют комбинированные материалы и конструкции, т. е. композиции из традиционных и полимерных материалов. Такие композиции создаются с целью локализовать как недостатки пластмасс (низкая огнестойкость, относительно высокая стоимость, деформативность), так и недостатки традиционных материалов.

Из комбинированных материалов представляют интерес плакированная сталь, металлопласты (сталь или алюминий, покрытые пластмассой), сочетающие в себе высокую коррозионную стойкость пластмасс с прочностью металла, а также асбестоцемент, покрытый тонким слоем стеклопластика. Начинает все шире внедряться в строительную практику пропитанная полимерами древесина.

Свойства строительных пластмасс

Средняя плотность — масса единицы объема в естественном состоянии (вместе с порами и пустотами) полимерных строительных материалов — колеблется в широких пределах — от 12 до 1900 кг/мз.

По сравнению с традиционными материалами пластмассы дают существенное снижение массы конструкций. Полиэфирные стеклопластики, например, в 2 раза легче алюминия, в 5 раз легче стали. Пенопласты в 20—40 раз легче пенобетона, отдельные их виды в 10 раз легче пробки.

Малая масса — одно из основных положительных качеств пластмасс, активно влияющих на процессы формообразования, корректирующих привычные тектонические представления, основанные на выявлении «весовых» соотношений архитектурных, форм.

Прочностные характеристики пластмасс также располагаются в широком диапазоне, что позволяет дифференцировать их применение в строительных конструкциях.

Важнейший показатель материала — удельная прочность, т. е. отношение прочности к обьемной массе. Если для кирпичной кладки это отношение примерно равно 0,2, для бетона — 0,06—0,24, для стали — 0,51—0,7, то для армированных пластмасс типа СВАМ — 2,2-2,9.

К числу специфических свойств пластмасс относится зависимость прочности от длительности действия нагрузки. Лишается смысла понятие «предел прочности», если не указано точное время действия нагрузки. Уменьшение прочности пластмасс во времени заставляет принимать ряд конструктивных мер, «амортизирующих» воздействие этого отрицательного свойства.

Кроме фактора времени на прочность конструкционных пластмасс оказывает действие и ряд других технологических и эксплуатационных факторов, важнейшие из которых:

химическая природа полимера;

физическое состояние полимера;

технологические условия изготовления и переработки пластмасс;

условия работы материала и т. д.

Химическая природа полимера обуславливает величину и характер молекулярных и межмолекулярных сил, которые непосредственно влияют на прочность материала. Поэтому важнейшей константой полимеров является молекулярная масса, определяющая длину молекул и механические свойства полимера — прочность на разрыв и многократный изгиб, предел текучести.

Все полимеры имеют сложную аморфно-кристаллическую структуру, т. е. состоят из ориентированных (кристаллических) и неориентированных (аморфных) участков. Наличие аморфной фазы уменьшает прочность полимеров, так как «упаковка» молекул не может быть плотной из-за их неупорядоченного взаиморасположения. Но при механическом растяжении полимера спутанные нитевидные макромолекулы распрямляются и располагаются более или менее параллельно, следовательно, плотнее. Этот процесс, называемый ориентацией полимера, в несколько раз увеличивает механическую прочность в направлении растяжения и делает материал анизотропным.

Ориентация осей макромолекул вдоль одного направления приводит к значительной анизотропии механических свойств. Так, прочность при разрыве ориентированных полимеров вдоль оси ориентации значительно (для кристаллизующихся полимеров в десятки раз) выше, чем в поперечном направлении; модули упругости значительно более высоки в продольном направлении, чем в поперечном.

Анизотропия свойств пластмасс возникает также при различных способах переработки полимеров (прессование, экструзия, каландрирование и др.). Возникшая в полимерных изделиях анизотропия свойств должна учитываться при конструировании из них элементов зданий.

К числу влияющих на прочность факторов физического порядка можно отнести качества внутренней структуры и поверхности. Дефекты структуры (для кристаллической фазы) и дефекты поверхности (для аморфной фазы) приводят к тому, что практически достигнутая прочность ничтожно мала по сравнению с теоретической.

Наличие различных ингредиентов оказывает существенное влияние на прочность пластмасс: если пластификаторы уменьшают прочность, то наполнители ее увеличивают, причем увеличение это зависит не только от вида наполнителя, но и от его предварительной обработки, расположения, ориентации. Например, при дисперсном расположении рубленого волокна в стеклопластиках прочность материала значительно ниже, чем при наполнителе из ориентированного волокна.

. Влияние технологических факторов чрезвычайно разнообразно. Например, прессовая технология позволяет изготовлять более прочные материалы, чем беспрессовая. В общем случае процесс, обеспечивающий б&льшую чистоту компонентов и точность технологических циклов, будет предпочтительнее, так как позволяет получить продукцию с более высокими показателями.

Зависимость прочности строительных пластмасс от условий их работы (температуры, влажности, продолжительности загружения) является важной отличительной чертой этих материалов. Во всех случаях прочность пластмасс уменьшается с повышением температуры приблизительно по линейному закону. Зависимость прочности от длительного увлажнения более сложна, так как пластмассы не имеют капилляров и влага может проникать в толщу материала только диффузионным способом.

Деформативность пластмасс обусловлена особенностями химической структуры полимеров, что особенно наглядно проявляется в пластмассах 1 группы. В пластмассах II группы деформативность в значительной степени корректируется влиянием физической структуры полимера, в пластмассах III группы — влиянием наполнителя. В IV и V группах жесткость почти полностью зависит от особенностей конструирования слоистых пластиков и составных структур.

В основе механизма деформативности лежит способность молекул (после достижения определенного размера) изменять .свою форму под воздействием внешних сил. Гибкость — важнейшее свойство макромолекул, определяющее многие характерные свойства полимеров.

Полная деформация полимеров слагается из трех фазовых соединений:

упругая деформация (форма полностью восстанавливается сразу после снятия нагрузки) обусловлена увеличением средних расстояний между атомами и молекулами, деформация сопровождается возрастанием объема полимера;

высокоэластическая деформация (форма восстанавливается только после определенного периода релаксации) обусловлена изменением формы полимерных цепей — раскручиванием и скручиванием молекул;

пластическая (остаточная) деформация в полимерах линейного строения обусловлена процессом вязкого течения, происходящего при необратимом смещении макромолекулярных цепей относительно друг друга.

В полимерах пространственного строения закрепленность участков цепей между узлами сетки и, следовательно, затрудненность «проскальзывания» цепей препятствует развитию пластических деформаций. Своеобразное вязкое течение может развиваться только за. счет разрыва химических связей.

Основным показателем деформационных свойств материалов обычно является модуль упругости. Принят этот показатель и для пластмасс, хотя для них рн не является столь же определенной