книги из ГПНТБ / Павлович, С. А. Применение пластических масс в гидротехнических сооружениях лекции для студентов специальности 1203

МВ ССО РСФСР

КУЙБЫШЕВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. А. И. МИКОЯНА

КАФЕДРА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

С. А, ПАВЛОВИЧ

ПРИМЕНЕНИЕ ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС В ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЯХ

Лекции для студентов специальности 1203

Утверждены советом института 9 июля 1973 г.

КУЙБЫШЕВ 1074

II -- • i- Л Kj оы«п

3 9 4 3 4

Ответственный редактор канд. техн. наук, и. о. профессора В. М. Д и д к о в с к и й.

© Куйбышевский инженерно-строительный институт им. А. И. Микояна.

Г л а в а

ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ — СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЛАСТИЧЕСКИХ МАССАХ

Пластическими массами называются материалы, состоящие из высокомолекулярных органических соединений и сохраняю­ щие пластичность на определенных этапах ‘производства. В пластичном состоянии материал прессуется, формуется; в даль­ нейшем приданная ему форма остается без изменения.

Основными компонентами пластических масс являются: свя­ зующее вещество — смола (4—100%), наполнители — (40— 90%"), пластикаторы — (до 5%), красители — (до 5%), ката­ лизаторы и смазочные вещества.

Пластмассы, изготовленные без наполнителей (полиэтилен, поливинилхлорид, оргстекло и т.'д.), называются однородными.

•Наполнители делят на твердые (органические и неоргани­ ческие), жидкие и газообразные. К твердым органическим на­ полнителям относятся древесная мука, древесный шпон, целлю­ лоза, ткань, бумага и т. д.; к твердым неорганическим наполни­ телям — стеклянные нити, стекломаты, стеклянная ткань, ши­ фер, слюда, каолин и др. Назначение жидких и газообразных наполнителей — уменьшать плотность пластмасс.

Пластические массы по составу входящих в них смол можно разбить на две большие группы.

1 группа — пластмассы на основе конденсационных смол, получаемые в результате многоступенчатой реакции поликонден­ сации с введением наполнителей. Эти пластмассы называются термореактивными полимерами (реактопласты), молекулы их имеют пространственное сетчатое строение. Названные пласт­ массы при нагревании необратимо превращаются в неплавкие и нерастворимые вещества.

К пластмассам данной группы относятся фенопласты, амино­ пласты, волокнит, текстолит, стеклотекстолит, древесные плас­ тики, прессованные порошки. В качестве связующего вещества применяют фенольно-формальдегидны.е, мочевино-формальде- гидные, меламино-формальдегидн.ые, полиамидные, полиурета­ новые, полиэфирные, эпоксидные и другие смолы.

2 группа — пластмассы на основе полимеризационных смол. Молекулы пластмасс имеют нитевидное, линейное строение.

3

Термопластичные пластмассы (термопласты) характеризуются многократным переходом из вязкого состояния в твердое гсри изменении температуры.

Эту группу представляют полихлорвиниловый пластикат, полиакрилат, полистирол, полиэтилен и др.

По величине модуля упругости и величине относительного удлинения при разрыве пластические массы делятся на жесткие, мягкие, эластопласты:

жесткие пластмассы — E > 10000 кг/см2, — е^25% ; мягкие пластмассы — Е< 10000 кг/см2, — е>25%; эластопласты — Е^ЮО кг/см2.

Большинство конструкционных пластических масс имеют ха­ рактерные физико-механические свойства:

малую объемную массу (не превышает 1,9 т/м3); высокие прочностные характеристики; высокую ударную прочность;

водостойкость, стойкость к агрессивным средам (кислотостойкость, щелочестойкость); высокую устойчивость к коррозии;

малый коэффициент теплопроводности; высокий коэффициент термического расширения (25.10-6—

120-10-6);

невысокую термостойкость, находящуюся в пределах 70— 200° С;

невысокий модуль упругости при сравнительно высоких прочностных характеристиках; старение (изменение физико-механических свойств под влия­ нием света, влаги, нагрузок); технологичность в обработке.

Основные характеристики всех конструкционных пластмасс, рассмотренных в учебном пособии, приведены в табл. 1.

В зависимости от наполнителя конструкционные материалы делятся на следующие группы: стеклопластики, древесные плас­ тики, полимербетоны и пластбетоны.

СТЕКЛОПЛАСТИКИ

Стеклопластики — обширная группа полимерных материалов с наполнителем из стеклоткани, стеклянных нитей или волокон, стеклянного шпона. Стеклопластики обладают высокой проч­ ностью, не подвержены коррозии и загниванию. Изготавливают­ ся стеклопластики на фенол-формальдегидных, эпоксидных и полиуретановых смолах. Для получения прозрачных стекло­ пластиков применяется полиэфирная смола.

В строительных конструкциях применяются стеклопластики трех групп: 1 группа — стеклопластики типа СВАМ (стеклово-

5

локни'Стый анизотропный материал); 2 группа — стеклоэфиропласты; 3 группа — стеклопластики типа «глакрезит».

Стеклопластики типа СВАМ. К данной группе стеклопласти­ ков относятся СВАМ и АГ-4С. Метод получения СВАМ состоит в ориентации стеклянных .волокон в клеящей среде. Впервые СВАМ, относящийся к самым высокопрочным пластикам, был получен в СССР в лаборатории анизотропных структур. Отно­ шение количества стекловолокна, расположенного вдоль и по­ перек материала, колеблется от 1:1 до 10:1. Стекловолокно со­ ставляет 45—65% объема пластика.

Пр^ изготовлении стеклопластика АГ-4С применяются стек­ ловолокна, переработанные в крученые нити. СВАМ и АГ-4С принадлежат к числу анизотропных материалов с максимальны­ ми прочностными характеристиками по направлению стеклово­ локон. Стеклопластики 1 группы, имея небольшую объемную массу — 1,9 tJm 3, обладают высокой прочностью, химической стойкостью, достаточной морозо- и теплостойкостью (см. табл. 2).

профили для оконных и дверных блоков), а также в форме вен­ тиляционных коробов.

Стеклоэфиропласты — прозрачный или полупрозрачный ма­ териал, армированный стеклянными матами или короткими раз­ нонаправленными стеклянными нитями, составляющими 20—55% объема. В качестве связующего вещества применяется полиэфир­ ная смола. Стеклоэфиропласт, содержащий 20% стекла, про­ пускает до 85% лучей светового спектра, а также ультрафиоле­ товые лучи. Стеклоэфиропласты выпускаются в виде плоских и волнистых листов, а также в виде рулонов шириной до 1 м и длиной до 6 м.

Стеклопластики типа «глакрезит» — пластические массы, в

которых наполнителем являются стекломаты, а связующим — фенольно-формальдегидная . смола с" добавлением талька или гипса. Соотношение смолы и минерального наполнения 70:30. Стеклопластик «глакрезит» устойчив против атмосферных воз­ действий, трудновоспламеняем, кислотоустойчив.

6

Стеклотекстолит — материал, в котором в качестве наполни­ теля применяется стеклоткань. Стеклотекстолит обладает высо­ кой механической прочностью, минимальным водопоглощением, стойкостью к агрессивным средам, биостойкостью, трудновоспламеняем. Стеклотекстолиты выпускаются разных марок КАСТ-В; КАСТ и другие в виде листов.

ДРЕВЕСНЫЕ ПЛАСТИКИ

Пластмассы, в которых наполнителем являются продукты переработки древесины, относятся к древесным пластикам. Все древесные пластики изготовляются горячим прессованием.

Наибольшее распространение получили следующие древесные пластики: древесно-слоистые пластики, древесноволокнистые и древесно-стружечные плиты.

Древесно-слоистый пластик (ДСП) — слоистый материал,

получаемый из древесного шпона путем пропитки его водным или спиртовым раствором фенолили крезол-формальдегидных смол с последующей обработкой прессованием под давлением 150 кг/см2 при температуре 150° С. В зависимости от располо­ жения листов шпона в пакете ДСП выпускаются следующих ма­ рок: ДСП-A, ДСП-Б, ДСП-В и ДСП-Г.

ДСП-А — волокна всех листов шпона имеют параллельное направление;

ДСП-Б — через каждые 5—20 слоев с параллельным направ­ лением волокон 'укладывается 1 лист шпона с перпендикуляр­ ным направлением волокон;

ДСП-В — волокна во всех смежных слоях взаимно перпен­ дикулярны;

ДСП-Г — пластик со звездообразным расположением во­ локон.

В зависимости от вида напряженного состояния применяется тот или иной вид пластика. Для изготовления ДСП обычно при­ меняется березовый шпон толщиной 0,55 мм. Количество свя­ зующего вещества составляет 20—25%. ДСП выпускаются в ви­ де листов длиной от 1,5 до 5,6 м.

Древесноволокнистые плиты (ВП). Наполнителем для ВП служат волокна древесины, которые проклеиваются синтетичес­ кими смолами. Связующее вещество составляет 3—10% сухой массы. ВП маркируют по величине объемной массы. Выпускают

кг/м3; изоляционно-отделочные — у = 250—300 кг/м3; изоляцион­ ные — у=150—250 кг/м3. ВП выпускаются в виде плит, приме­ няющихся в качестве ‘конструкционного материала для обшив­ ки панелей, подвесных потолков, встроенной мебели.

Древесно-стружечные плиты (ПС) получают путем горячего

7

прессования под давлением смеси древесной стружки и 4—12% термореактивной смолы. Древесно-стружечные плиты по объем­ ной массе делятся на следующие марки:

особо твердые—у > 1000 кг/см3; твердые—у = 800—1000 кг/см3; полутвердые — у = 500—800 кг/см3; легкие — у<500 кг/см3.

По конструкции древесно-стружечные плиты делятся на сплошные (однослойные и многослойные) и пустотелые. Плиты выпускаются необлицованными и облицованными древесным шпоном, пленкой и бумагой. ПС применяются для тех же целей, что и ВП.

ПЛЕНОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Пленочные полимерные материалы благодаря высокой экра­ низирующей способности и относительно низкой стоимости нашли широкое применение в гидротехническом строительстве в качест­ ве противофильтрационных экранов плотин, облицовок каналов

иложа водохранилищ.

ВСоветском Союзе наиболее широко применяются следую­ щие полимерные пленочные материалы: полиэтиленовая пленка, листовой рулонный полиэтилен, поливинилхлоридная пленка.

Для экранов и диафрагм в основном используются пленки из полиэтилена низкой плотности марок П-2008 и П-2010 тол­ щиной 0,06—0,6 мм. В результате работ, проведенных в НИСе Гидропроекта и МИХМе по изучению структурно-механических свойств ряда композиций на основе полиолефинов и поливинил­ хлорида, установлено, что для изготовления противофильтрационных диафрагм и экранов целесообразно применять следующие материалы: сополимер этилена с пропиленом (СЭП), полиэтилен П-2003 и композицию полиэтилена на основе П-2003 с бутилкаучуком (10%) — П/БК, физико-механические свойства кото­ рых, по данным НИСа Гидропроекта, приведены в табл. 3.

Таблица 3

8

Применение полимерных пленочных экранов в гидротехничес­ ких и мелиоративных сооружениях обусловлено долговечностью этих материалов. Долговечность зависит от скорости старения пленок, т. е. изменения с течением' времени их физико-механи­ ческих свойств. Старение полимеров происходит в результате повышения температуры, воздействия на пленку ультрафиолето­ вых лучей, химических и биологических реагентов, а также ме­ ханических воздействий. Полимерные пленки обычно служат 2— 3 года. Для увеличения срока службы в состав полимеров вво­ дят антиоксидианты, стабилизаторы и другие антистарители, увеличивающие сроки службы до 35—40 лет (данные ВНИИГ и

0,2—0,6 мм. Полиэтиленовые пленки толщиной до 0,2 мм выпус­ каются по ГОСТ 10354-63, толщиной от 0,2 до 0,6 мм — в соот­ ветствии с ТУ 67-65.

Поливинилхлоридные пленки уступают полиэтиленовым: они быстрее стареют и менее морозоустойчивы.

С целью увеличения прочности пленки между слоями поли­ этилена прокладывают нейлоновую, хлопчатобумажную или льняную ткань. Такой способ армирования пленки применяется в Англии.

ПОЛИМЕРБЕТОНЫ И ПЛАСТБЕТОНЫ

С целью повышения водонепроницаемости, прочности, кави­ тационной стойкости в бетонные смеси в последнее время нача­ ли вводить синтетические смолы. Появились новые виды бето­ нов — пластбетоны и полимербетоны.

В пластбетонах в качестве связующего применяются синте-