Сравнительно большой эффект дает применение стеклопластиковых конструкций, подверженных воздействию различных агрессивных веществ, которые быстро разрушают обычные материалы. В 1960 г. на изготовление коррозиестойких стеклопластиковых конструкций только в США было израсходовано около 7,5 млн. долл. (общая стоимость светопрозрачных стеклопластиков, произведенных в 1959 г. в США, составляет примерно 40 млн. долл.). Интерес к коррозиестойким стеклопластиковым конструкциям объясняется, по данным фирм, в первую очередь их хорошими экономическими эксплуатационными показателями. Их вес намного меньше стальных или деревянных конструкций, они значительно долговечнее последних, легко возводятся, ремонтируются и очищаются, могут быть изготовлены на основе самозатухающих смол, а светопрозрачные емкости не нуждаются в водомерных стеклах. Так, серийная емкость для агрессивных сред высотой 6 м и диаметром 3 м весит около 680 кг, в то время как подобная стальная емкость весит около 4,5 т. Вес вытяжной трубы диаметром 3 м и высотой 14,3 м предназначенной для металлургического производства, составляет часть веса стальной трубы при одинаковой несущей способности; хотя стеклопластиковая труба в изготовлении обошлась в 1,5 раза дороже, она экономичнее стальной, поскольку, по данным зарубежных фирм, срок службы таких сооружений, изготовленных из стали, исчисляется неделями, из нержавеющей стали - месяцами, подобные же сооружения из стеклопластика эксплуатируются без повреждения годами. Так, труба высотой 60 ж и диаметром 1,5 м эксплуатируется седьмой год. Ранее же установленная труба из нержавеющей стали прослужила всего 8 месяцев, а ее изготовление и установка обошлись только в два раза дешевле. Таким образом, стоимость трубы из стеклопластика окупилась уже через 16 месяцев.
Примером долговечности в условиях агрессивной среды являются также емкости из стеклопластика. Подобные емкости можно встретить даже в исконно русских банях, так как они не подвержены влиянию высоких температур, подробнее информацию о различном качественном оборудовании для бань можно найти на сайте http://hotbanya.ru/ . Такая емкость диаметром и высотой 3 м, предназначенная для различных кислот (в том числе серной), с температурой около 80° С эксплуатируется без ремонта 10 лет, прослужив в 6 раз больше, чем соответствующая металлическая; лишь одни ремонтные расходы на последнюю за пятилетний период равны стоимости емкости из стеклопластика. В Англии, ФРГ и США широкое распространение также нашли емкости в виде складов и резервуаров для воды значительной высоты. Наряду с указанными крупногабаритными изделиями в ряде стран (США, Англия) в серийном порядке из стеклопластиков изготовляются трубы, секции воздуховодов и другие подобные элементы, предназначенные для эксплуатации в условиях агрессивных сред.
Стеклопластиковая арматура занимает все более прочные позиции в современном строительстве. Это обусловлено, с одной стороны, ее высокой удельной прочностью (отношением прочности к удельной массе), с другой стороны, высокой коррозионной стойкостью, морозостойкостью, низкой теплопроводностью. Конструкции, где используется стеклопластиковая арматура, неэлектропроводны, что очень важно для исключения блуждающих токов и электроосмоса. В связи с более высокой стоимостью по сравнению со стальной арматурой, стеклопластиковая арматура используется, главным образом, в ответственных конструкциях, к которым предъявляются особые требования. К таким конструкциям относятся морские сооружения, особенно те их части, которые находятся в зоне переменного уровня воды.
КОРРОЗИЯ БЕТОНА В МОРСКОЙ ВОДЕ
Химическое действие морской воды обусловлено, главным образом, присутствием сернокислого магния, который вызывает два вида коррозии бетона - магнезиальную и сульфатную. В последнем случае в бетоне образуется комплексная соль (гидросульфоалюминат кальция), увеличивающаяся в объеме и вызывающая растрескивание бетона.
Другим сильным фактором коррозии является углекислота, которую выделяют органические вещества при разложении. В присутствии углекислоты нерастворимые соединения, обусловливающие прочность, переходят в хорошо растворимый бикарбонат кальция, вымываемый из бетона.
Морская вода действует наиболее сильно на бетон, находящийся непосредственно над верхним уровнем воды. При испарении воды в порах бетона остается твердый остаток, образующийся из растворенных солей. Постоянное поступление воды в бетон и последующее ее испарение с открытых поверхностей приводит к накоплению и росту кристаллов соли в порах бетона. Этот процесс сопровождается расширением и растрескиванием бетона. Кроме солей надводный бетон испытывает на себе действие попеременного замораживания и оттаивания, а также увлажнения и высыхания.
В зоне переменного уровня воды бетон разрушается в несколько меньшей степени, из-за отсутствия солевой коррозии. Подводная часть бетона, не подвергающаяся циклическому действию указанных факторов, разрушается редко.
В работе приведен пример разрушения железобетонного свайного пирса, сваи которого, высотой 2,5 м, в зоне переменного горизонта воды не были защищены. Уже через год было обнаружено почти полное исчезновение бетона из этой зоны, так что пирс держался на одной арматуре. Ниже уровня воды бетон остался в хорошем состоянии.
Возможность изготовления долговечных свай для морских сооружений заложена в применении поверхностного стеклопластикового армирования. Такие конструкции по коррозионной стойкости и морозостойкости не уступают конструкциям, выполненным полностью из полимерных материалов, а по прочности, жесткости и устойчивости их превосходят.
Долговечность конструкций с внешним стеклопластиковым армированием определяется коррозионной стойкостью стеклопластика. Благодаря герметичности стеклопластиковой оболочки бетон не подвергается воздействию среды и поэтому его состав может подбираться только исходя из требуемой прочности.
СТЕКЛОПЛАСТИКОВАЯ АРМАТУРА И ЕЕ ВИДЫ
К бетонным элементам, где используется стеклопластиковая арматура, в основном применимы принципы проектирования железобетонных конструкций. Аналогична и классификация по видам применяемой стеклопластиковой арматуры. Армирование может быть внутренним, внешним и комбинированным, представляющим собой сочетание первых двух.
Внутреннее неметаллическое армирование применяется в конструкциях, эксплуатируемых в средах, агрессивных к стальной арматуре, но не агрессивных по отношению к бетону. Внутреннее армирование можно разделить на дискретное, дисперсное и смешанное. К дискретному армированию относятся отдельные стержни, плоские и пространственные каркасы, сетки. Возможна комбинация, например, отдельных стержней и сеток и др.
Наиболее простым видом стеклопластиковой арматуры являются стержни нужной длины, которые применяются взамен стальных. Не уступая стали по прочности, стеклопластиковые стержни значительно превосходят их по коррозионной стойкости и поэтому используются в конструкциях, в которых существует опасность коррозии арматуры. Скреплять стеклопластиковые стержни в каркасы можно с помощью самозащелкивающихся пластмассовых элементов или связыванием.
Дисперсное армирование заключается во введении в бетонную смесь при перемешивании рубленных волокон (фибр), которые в бетоне распределяются хаотично. Специальными мерами можно добиться направленного расположения волокон. Бетон с дисперсным армированием обычно называют фибробетоном.
В случае агрессивности среды к бетону эффектной защитой является внешнее армирование. При этом внешняя листовая арматура может выполнять одновременно три функции: силовую, защитную и функцию опалубки при бетонировании.
Если внешнего армирования недостаточно для восприятия механических нагрузок, применяется дополнительная внутренняя арматура, которая может быть как стеклопластиковой, так и металлической.
Внешнее армирование разделяется на сплошное и дискретное. Сплошное представляет собой листовую конструкцию, полностью покрывающую поверхность бетона, дискретное - элементы сетчатого типа или отдельные полосы. Наиболее часто осуществляется одностороннее армирование растянутой грани балки или поверхности плиты. При одностороннем поверхностном армировании балок целесообразно завести отгибы листа арматуры на боковые грани, что повышает трещиностойкость конструкции. Внешнее армирование может устраиваться как по всей длине или поверхности несущего элемента, так и в отдельных, наиболее напряженных участках. Последнее делают только в тех случаях, когда не требуется защита бетона от воздействия агрессивной среды.
ВНЕШНЕЕ СТЕКЛОПЛАСТИКОВОЕ АРМИРОВАНИЕ
Основная идея конструкций с внешним армированием состоит в том, что герметичная стеклопластиковая оболочка, надежно защищает бетонный элемент от воздействий внешней среды и, одновременно, выполняет функции арматуры, воспринимая механические нагрузки.
Возможны два пути получения бетонных конструкций в стеклопластиковых оболочках. Первый включает изготовление бетонных элементов, их сушку, а затем заключение в стеклопластиковую оболочку, путем многослойной обмотки стекломатериалом (стеклотканью, стеклолентой) с послойной пропиткой смолой. После полимеризации связующего обмотка превращается в сплошную стеклопластиковую оболочку, а весь элемент - в трубобетонную конструкцию.
Второй основан на предварительном изготовлении стеклопластиковой оболочки и последующем заполнении ее бетонной смесью.
Первый путь получения конструкций, где используется стеклопластиковая арматура, дает возможность создания предварительного поперечного обжатия бетона, что существенно повышает прочность и снижает деформативность получаемого элемента. Это обстоятельство особенно важно, так как деформативность трубобетонных конструкций не позволяет в полной мере воспользоваться значительным увеличением прочности. Предварительное поперечное обжатие бетона создается не только натяжением стеклонитей (хотя в количественном отношении оно составляет основную часть усилия), но и за счет усадки связующего в процессе полимеризации.
СТЕКЛОПЛАСТИКОВАЯ АРМАТУРА: КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ
Стойкость стеклопластиков к воздействию агрессивных сред в основном зависит от вида полимерного связующего и волокна. При внутреннем армировании бетонных элементов стойкость стеклопластиковой арматуры должна оцениваться не только по отношению к внешней среде, но и по отношению к жидкой фазе в бетоне, так как твердеющий бетон является щелочной средой, в которой обычно применяемое алюмоборосиликатное волокно разрушается. В этом случае должна быть обеспечена защита волокон слоем смолы или использованы волокна другого состава. В случае неувлажняемых бетонных конструкций коррозии стекловолокна не наблюдается . В увлажняемых конструкциях щелочность бетонной среды можно существенно понизить, используя цементы с активными минеральными добавками.
Испытания показали , что стеклопластиковая арматура имеет стойкость в кислой среде более чем в 10 раз, а в растворах солей более чем в 5 раз выше стойкости стальной арматуры. Наиболее агрессивной для стеклопластиковой арматуры является щелочная среда. Снижение прочности стеклопластиковой арматуры в щелочной среде происходит в результате проникновения жидкой фазы к стекловолокну через открытые дефекты в связующем, а также посредством диффузии через связующее. Следует отметить, что номенклатура исходных веществ и современные технологии получения полимерных материалов позволяют в широких пределах регулировать свойства связующего для стеклопластиковой арматуры и получать составы с чрезвычайно низкой проницаемостью, а следовательно свести к минимуму коррозию волокна.
СТЕКЛОПЛАСТИКОВАЯ АРМАТУРА: ПРИМЕНЕНИЕ ПРИ РЕМОНТЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Традиционные способы усиления и восстановления железобетонных конструкций достаточно трудоемки и часто требуют продолжительной остановки производства. В случае агрессивной среды после ремонта требуется создать защиту сооружения от коррозии. Высокая технологичность, малые сроки твердения полимерного связующего, высокая прочность и коррозионная стойкость внешнего стеклопластикового армирования предопределили целесообразность его использования для усиления и восстановления несущих элементов сооружений. Применяемые для этих целей способы зависят от конструктивных особенностей ремонтируемых элементов.
СТЕКЛОПЛАСТИКОВАЯ АРМАТУРА: ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Срок эксплуатации железобетонных конструкций при воздействии агрессивных сред резко сокращается. Замена их стеклопластбетонными ликвидирует затраты на капитальные ремонты, убытки от которых существенно возрастают, когда на время ремонта требуется остановка производства. Капиталовложения на возведение конструкций, где используется стеклопластиковая арматура, значительно больше, чем железобетонных. Однако через 5 лет они окупаются, а через 20 лет экономический эффект достигает двукратной стоимости возведения конструкций.
ЛИТЕРАТУРА
- Коррозия бетона и железобетона, методы их защиты / В. М. Москвин, Ф. М. Иванов, С. Н. Алексеев, Е. А. Гузеев. - М.: Стройиздат, 1980. - 536 с.
- Фролов Н. П. Стеклопластиковая арматура и стеклопластбетонные конструкции. - М.: Стройиздат, 1980.- 104с.
- Тихонов М. К. Коррозия и защита морских сооружений из бетона и железобетона. М.: Изд-во АН СССР, 1962. - 120 с.
Выбирая конструкционные материалы для строительства зданий и инфраструктуры, инжненры часто останавливают свой выбор на различных видах стеклопластика (FRP), предлагающих оптимальное сочетание прочностных свойств и долговечности.Широкое промышленное применение стеклопластика началось в тридцатые годы прошлого века, однако до настоящего времени его использование часто ограничено недостатком знаний о том, какие виды этого материала применимы в тех или иных условиях. Существует множество видов стеклопластиков их свойства, а следовательно и сферы применения могут во многом отличаться. В общем же преимущества использования данного вида материалов следующие:
Низкий удельный вес (на 80% меньше чем у стали)
Стойкость к коррозии
Низкая электро- и теплопроводность
Проницаемость для магнитных полей
Высокая прочность
Простота уходаВ связи с этим стеклопластик представляет собой хорошую альтернативу традиционным конструкционным материалам – стали, алюминию, дереву, бетону и т.д. Особенно эффективно его использование в условиях сильного коррозионного воздействия, поскольку изготовленные из него изделия служат значительно дольше и практически не требуют ухода.
Кроме того, применение стеклопластика оправдано и с экономической точки зрения, и не только потому, что изделия изготовленные из него служат значительно дольше, но и по причине его низкого удельного веса. За счет низкого удельного веса достигается экономия на расходах по перевозке, а также упрощается и удешевляется монтаж. В качестве примера можно привести использование стеклопластиковых мостков на станции водоочистки, монтаж которых был выполнен на 50% быстрее применявшихся ранее стальных конструкций.[I]Мостки из стеклопластика, установленные на причале
Несмторя на то, что все сферы применения стеклопластика в строительной индустрии невозможно перечислить, тем не менее большинство из них может быть сведено в три группы (типа): структурные элементы конструкций, решетки и стеновые панели.
[U]Структурные элементы
Существуют сотни различных типов структурных элементов конструкций, изготавливаемых из стеклопластика: платформы, мостки, лестницы, поручни, защитные кожухи и т.д.
[I]Лестница из стеклопластика[U]Решетки
Для изготовления решеток из стеклопластика может применяться как литье, так и пултрузия. Изготовленные таким образом решетки используются в качестве настилов, платформ и т.д.
[I]Решетка из стеклопластика[U]Стеновые панели
Изготовленные из стеклопластика стеновые панели в основном используются в менее ответственных областях, например коммерческих кухнях и ванных комнатах, однако их также применяют и в таких особых областях, как противопульные экраны.Наиболее часто изделия из стеклопластика применяются в следующих областях:
Строительство и архитектура
Производство инструментов
Пищевая промышленность и индустрия напитков
Нефтегазовая отрасль
Водоподготовка и водоочистка
Электроника и электротехника
Строительство бассейнов и аквапарков
Водный транспорт
Химическая промышленность
Ресторанный и отельный бизнес
Электростанции
Целлюлозо - бумажная промышленность
МедицинаПри выборе конкретного вида стеклопластика для использования в той или иной области необходимо ответить на следующие вопросы:
Будут ли присутствовать в рабочей среде агрессивные химические соединения?
Какова должна быть несущая способность?
Кроме того, необходимо учитывать такие факторы, как пожарную безопасность, поскольку далеко не все виды стеклопластиков имеют в своем составе антипирены.На основе этой информации, производитель стеклопластика, исходя из таблиц характеристик, подбирает оптимальный материал. При этом необходимо убедиться, что таблицы характеристик относятся к материалам именно этого производителя, поскольку характеристики производимых материалов у разных производителей могут во многом отличаться.
Основные понятия
Стеклопластик — система из стеклянных нитей связання реактопластами (необратимо
твердеющими смолами).
Механизмы прочности-Адгезия между единичным волокном и полимером (смолой ) адгезия зависит от степени очистки поверхности волокна от аппрета (полиэтиленовые воски, парафин). Аппрет наносится на заводе изготовителе волокон или тканей для сохраниения предотвращения расслаивания при траспортно-технологических операциях.
Смолы — полиэфирные, характеризуются невысокой прочностью и значительной усадкой при твердении, это их минус. Плюс- быстрая полимеризация в отличии от эпоксидов.
Однако усадка и быстрая полимеризация вызывают сильные упругие напряжения в изделии и со временем изделие коробится, коробление незначительно, но на тонких изделиях дает неприятные блики кривой поверхности- см любой совеЦкий обвес для ВАЗов.
Эпоксиды- значительно более точно держат форму, значительно прочнее, однако дороже. Миф о дешевизне эпоксидов связан с тем, что стоимость отечественной эпоксидной смолы сравнивают со стоимостью импортной полиэфирной. Эпоксиды так же выигрывают по термостойкости.
Прочность стеклопластика- в любом случае зависит от количества стекла по объему- наиболее прочные с содержанием стекла 60 процентов, однако, такое можно получить только под давлением и при температуре. В «холодных
условиях» прочный стеклопластик получить затруднительно.
Подготовка стекломатериалов перед выклейкой.
Поскольку процесс заключается в склеивании волокн между собой смолами, то требования к склеиваемым волокнам точно такие же как и при процессах склеивания- тщательное обезжиривание, удаление адсорбированной воды отжигом.
Обезжиривание, или удаление аппрета- можно произвести, в бензине БР2, ксилоле, толуоле, их смесях. Ацетон не рекомендуется из-за связывания воды из атмосверы и «намокания » поверзности волокон. Как способ обезжиривания можно применить и отжиг при температуре 300-400 градусов.В любительских условиях это можно сделать так- свернутая в рулон ткань помещается в заготовку от вентиляционной трубы или водосточной оцинкованной и наревается спиралью от электроплитки помещаемой внутрь рулона, можно использовать фен для удаления краски и др.
После отжига стекломатериалы не должны пролеживать на воздухе, поскольку поверхность стеклоткани адсорбирует на себя воду.
Слова некоторых «умельцев
» о возможности выклеивать не удаляя аппрет вызывают грустную улыбку- ни кому в голову не придет склеивать стекло по слою парафина.Байки о том, что де «смола
растворяет парафин» еще смешнее. намажте стекло парафином, натрите а теперь попробуйте к нему что нибудь приклеить. Выводы сделайте сами))
Выклейка.
Разделительный слой по матрице- наилучний поливиниловый спирт в воде, нанесенный распылителем и высушенный.Дает скользкую и эластичную пленочку.
Можно использовать специальные воски или восковые мастики на основе силикона, однако всегда нужно убедится что растворитель в смоле не растворяет разделительный слой, попробовав предварительно на чем то маленьком.
При выклейке- укладывать слой на слой прокатывая резиновым валиком выдавливая излишки смолы, воздушные пузырьки удалять прокалывая иглой.
Руководствоваться принципом- избыток смолы всегда вреден- смола только склеивает стеклянные волокна, но не является материалом для создания форм.
если деталь высокой точности, как например, крышка капота, желательно вводить в смолу минимум отвердителя и для полимеризации применять источники нарева, например инфракрасную лампу или бытовой «рефлектор
».
После твердения не снимая с матрицы очень желательно изделие равномерно прогреть- особенно на стадии «желатинизации
» смолы. Эта мера снимет внутренние напряжения и деталь не будет коробится со временем. Относительно коробления — я говорю о появлении бликов а не о изменении размеров, размеры могут менятся всего на доли процента но при этом давать сильные блики.Обратите внимание на обвесы из пластика изготовленные в россии — никто из производителей не «заморачивается
» результат- лето, постояла на солнышке, зимой пара морозов и…кривое все как..хотя новое выглядело отлично.
Кроме того, при постоянном действии влаги, особенно на местах сколов стеклоткань начинает вылезать наружу, и постепенно смачиваясь водой просто бахромится, вода рано или поздно проникая в толщу материала отслаивает стеклянные нити от основы (стекло
адсорбирует влагу очень сильно)
через год.
Зрелище более чем печальное, ну такие изделия вы видите каждый день. что сделано из стали а что из пластика видно сразу.
Кстати, на рынке иногда появляются препреги — это листы стеклоткани уже покрытые смолой, остается из положить под давление и нагреть- они склеются в прекрасный пластик. Но техпроцесс сложнее, хотя я слышал что на препреги наносят слой смолы с отвердителем и получают прекрасные результаты. сам так не делал.
Это основные понятия об стеклопластиках, матрицу делать сообразуясь со здравым смыслом из любого подходящего материала.
Я использую сухую штукатурку «ротбанд » обрабатывается прекрасно, очень точно держит размер, после высыхания от воды пропитывается смесью 40 процентов эпоксидной смолы с отвердителем- остальное ксилол, после отверждения смолы такие формы можно отполировать или. очень прочные и размер держат превосходно.
Как отслоить изделие из матрицы?
у многих эта простая операция вызывает затруднения, вплоть до разрушения формы.
Отслоить просто — в матрице предварительно до выклейки слелать отверстие или несколько, заклеить тонким скотчем. после изготовления изделия в эти отверстия по очереди дунуть сжатым воздухом- изделие отслоится и сниматься очень легко.
Опять же, я могу сказать что использую я.
Смола- ЭД20 или ЭД6
отвердидель- полиэтиленполиамин он же ПЭПА.
Тиксотропная добавка — аэросил (при
добавлении его смола теряет текучесть и делается желеобразной, очень удобно) добавляется по желаемому результату.
Пластификатор- дибутилфталат или касторовое масло, оклоло процента- четверти процента.
Растворитель- ортоксилол, ксилол, этилцеллозольв.
наполнитель в смолу для поверхностных слоев- алюминиевая пудра (скрывает
стеклосетку)
стеклоткань- асстт, или стеклорогожа.
Вспомогательные материалы- поливиниловый спирт, силиконовый вазелин КВ
очень полезна тонкая полиэтиленовая пленка в качестве разделительного слоя.
полезно- отвакуумировать смолу после размешивания удалив пузырьки.
Стеклоткань я нарезаю в нужные куски, потом сворачиваю, помещаю в трубу и прокаливаю все это дело трубчатым ТЭНом помещенным внутрь рулона прокаливается ночь- так удобно.
Да, и вот еще.
Эпоксидную смолу не размешивать с отвердителем в одной емкости в количестве более 200 грамм. разогреется и вскипит в момент.
Экспресс контроь результатов- на пробном куске при разламывании стеклонити не должны торчать- излом пластика должен быть похож на излом фанеры.
сломайте любой пласктик из которого сделан обвес или обратите внимание на битый- сплошные лохмы. Это результат «никакой
» связи стекла с полимером.
Ну и маленькие секреты.
очень удобно исправлять девекты типа царапин или раковин так- наносите на раковину каплю эпоксидной смолы, после чего сверзу, как обычно приклеиваете скотч (обычный
, прозрачный), по бликам выравниваете поверхность пальцами или прикладывая что-нибудь упругое, после затвердевания скотч отклеивается легко и дает зеркальную поверхность. Обработки никакой не требуется.
Растворитель снижает прочность пластика и вызывает усадку в готовом изделии.
по возможности следует избегать его применения.
алюминиевая пудра добавляется только в поверхностные слои- усадку снижает очень сильно, характерная для пластиков сетка мне проявляется потом никакого, количество до консистенции густой сметаны.
обрабатываются эпоксиды хуже чем полиэфиры и это их недостаток.
цвет после добавления алюминиевой пудры не серебристый а серо-металлический.
некрасивый в общем.
Металлическое крепление вклеенное в пластик должно быть из алюминиевых сплавов или титана- потому что. На закладное изделие наносится очень тонкий слой силиконового герметика, и к нему прижимается стеклоткань, предварительно хорошо отожженная. Ткань должна прилипнуть но НЕ ДОЛЖНА пропитаться насквозь. через 20 минут эта ткань смачивается смолой БЕЗ РАСТВОРИТЕЛЯ и на нее приклеиваются остальные слои. это «боевая «технология в качестве силиконового герметика мы использовали советский КЛТ75 соединение вибро, термо стойко, морозоустойчиво, стойко к действию соленой воды. Подготовка поверхности металла- алюминиевый сплав промыть в чистом растворителе. протравить в смеси стиральной соды и стирального порошка, нагрев раствор до кипения, если есть возможность то в слабой щелочи, например 5% растворе едкого кали или натра, с нагревом высушить. прогреть до 200-400 град. После остывания вклеивать как можно быстрее.
В зарубежном строительстве из всех типов стеклопластика основное применение нашел светопрозрачный стеклопластик, который с успехом используется в промышленных зданиях в виде листовых элементов волнистого профиля (как правило, в сочетании с волнистыми листами из асбестоцемента или металла), плоских панелей, куполов, пространственных конструкций.
Светопрозрачные ограждающие конструкции служат заменой трудоемким и малоэкономичным оконным блокам и фонарям верхнего света промышленных, общественных и сельскохозяйственных зданий.
Светопрозрачные ограждения нашли широкое применение в стенах и кровле, а также в элементах вспомогательных сооружений: навесах, киосках, ограждениях парков и мостов, балконов, лестничных маршей и др.
В холодных ограждениях промышленных зданий волнистые листы из стеклопластика сочетаются с волнистыми листами из асбестоцемента, алюминия и стали. Это дает возможность наиболее рационально использовать стеклопластик, применяя его в виде отдельных включений в кровлю и стены в количествах, диктуемых светотехническими соображениями (20-30% общей площади), а также соображениями огнестойкости. К прогонам и фахверку листы стеклопластика крепятся теми же крепежными деталями, что и листы из других материалов.
В последнее время в связи со снижением цен на стеклопластики и получением самозатухающего материала светопрозрачный стеклопластик начали применять в виде больших или сплошных площадей в ограждающих конструкциях промышленных и общественных зданий.
Типоразмеры волнистых листов охватывают все (или почти все) возможные комбинации с профильными листами из других материалов: асбестоцемента, плакированной стали, волнистой стали, алюминия и др. Так, например, английская фирма «Алан Блун» выпускает до 50 типоразмеров стеклопластика, включая профили, принятые в США и Европе. Примерно так же велик ассортимент профильных листов из винипласта (фирма «Мэрли») и оргстекла (фирма «Ай-Си-Ай).
Одновременно со свегопрозрачными листами потребителям пред - лагают и комплектно поставляемые детали их крепления.
Наряду со светопрозрачными стеклопластиками в последние годы в ряде стран все большее распространение получает также жесткий светопрозрачный винипласт в основном в виде волнистых листов. Хотя этот материал больше, чем стеклопластик, чувствителен к температурным колебаниям, обладает меньшим модулем упругости и, по ряду данных, менее долговечен, он тем не менее имеет определенные перспективы в связи с широкой сырьевой базой и определенными технологическими преимуществами.
Купола из стеклопластика и оргстекла нашли широкое распространение за рубежом в связи с высокими светотехническими характеристиками, небольшим весом, относительной простотой изготовления (особенно куполов из оргстекла) и др. Они выпускаются сферической или пирамидальной формы круглого, квадратного или прямоугольного очертания в плане. В США и Западной Европе применяются преимущественно однослойные купола, в странах же с более холодным климатом (Швеция, Финляндия и др.) - двухслойные с воздушной прослойкой и специальным приспособлением для отвода конденсата, сделанным в виде небольшого желоба по периметру опорной части купола.
Область применения светопрозрачных куполов - промышленные и общественные здания. Массовым выпуском их заняты десятки фирм во Франции, Англии, США, Швеции, Финляндии и других странах. Купола из стеклопластика обычно выпускаются размером от 600 до 5500 мм, А из оргстекла от 400 до 2800 мм. Есть примеры применения куполов (составных) значительно больших размеров (до 10 м и более).
Имеются также примеры применения куполов из армированного винипласта (см. главу 2).
Светопрозрачные стеклопластики, которые еще совсем недавно применялись только в виде волнистых листов, сейчас начинают широко использоваться и для изготовления крупногабаритных конструкций, в особенности стеновых и кровельных панелей стандартных размеров, способных конкурировать с подобными конструкциями из традиционных материалов. Лишь одна американская фирма «Колуолл», выпускающая трехслойные светопрозрачные панели длиной до б м, применила их в нескольких тысячах зданий.
Особый интерес представляют разработанные принципиально новые светопрозрачные панели капиллярной структуры , обладающие повышенной теплоизоляционной способностью при высокой светопрозрач- ности. Эти панели представляют собой сердечник из термопласта с капиллярными каналами (капилляропласта), оклеенный с двух сторон плоскими листами из стеклопластика или оргстекла. Сердечник представляет собой по существу светопрозрачный сотопласт с ячейками небольших размеров (0,1-0,2 мм). Он содержит 90% твердого вещества и 10% воздуха и изготовляется в основном из полистирола, реже - оргстекла. Возможно также применение полокарбоната - термопласта повышенной огнестойкости. Основным преимуществом этой свегопрозрачной конструкции является высокое термическое сопротивление, что дает существенную экономию на отоплении и препятствует образованию конденсата даже при высокой влажности воздуха. Должно быть также отмечено повышенное сопротивление ее сосредоточенным, в том числе ударным нагрузкам.
Стандартные размеры панелей капиллярной структуры -3X1 м, но они могут изготовляться длиной до 10 м и шириной до 2 м. На рис. 1.14 показаны общий вид и детали промышленного здания, где в качестве световых ограждений кровли и стен применены панели капиллярной структуры размером 4,2X1 м. Панели укладываются по длинным сторонам на V-образные прокладки и стыкуются сверху при помощи металлических накладок на мастике.
В СССР стеклопластик нашел в строительных конструкциях весьма ограниченное применение (для отдельных опытных сооружений) в связи с недостаточным его качеством и ограниченным ассортиментом
(см. главу 3). В основном выпускаются волнистые листы с небольшой высотой волны (до 54 мм), которые применяются преимущественно в виде холодных ограждений для построек «малых форм» - киосков, навесов, легких навесов.
Между тем, как показали технико-экономические исследования , наибольший эффект может дать применение стеклопластика в промышленном строительстве в качестве светопрозрачных ограждений стен и кровли. При этом исключаются дорогие и трудоемкие фонарные надстройки. Эффективно также применение светопрозрачных ограждений в общественном строительстве.
Ограждения, выполненные сплошь из светопрозрачных конструкций, рекомендуются для временных общественных и вспомогательных зданий и сооружений, в которых применение светопрозрачных ограждений из пластмасс продиктовано повышенными светотехническими или эстетическими требованиями (например, выставочные, спортивные здания и сооружения). Для других зданий и сооружений общая площадь световых проемов, заполняемых светопрозрачными конструкциями, определяется светотехническим расчетом.
ЦНИИПромзданий совместно с ЦНИИСК, Харьковским Пром- стройниипроектом и ВНИИ стеклопластиков и стекловолокна разработал ряд эффективных конструкций для промышленного строительства . Простейшей конструкцией являются светопрозрачные листы, укладываемые по каркасу в сочетании с волнистыми листами из непро
зрачных материалов (асбестоцемента, стали или алюминия). Предпочтительно использовать стеклопластик с поперечной волной в рулонах, что исключает необходимость стыка листов по ширине. При продольной волне целесообразно использовать листы увеличенной длины (на два пролета) для сокращения числа стыков над опорами.
Уклоны покрытий в случае комбинации волнистых листов из светопрозрачных материалов с волнистыми листами из асбестоцемента, алюминия или стали следует назначать в соответствии с требованиями,
Предъявляемыми к покрытиям из несветопрозрачных волнистых листов. При устройстве покрытий сплошь из светопрозрачных волнистых лгстов уклоны должны быть не менее 10% в случае стыкования листов по длине ската, 5% в случае отсутствия стыков.
Длина нахлестки светопрозрачных волнистых листов в направлении ската покрытия (рис. 1.15) должна быть 20 см при уклонах от 10 до 25% и 15 см при уклонах более 25%. В стеновых ограждениях длина нахлестки должна быть 10 см.
Серьезное внимание при применении таких решений необходимо обращать на устройство креплений листов к каркасу, которые во многом определяют долговечность конструкций. Крепление волнистых листов к прогонам осуществляется болтами (к стальным и железобетонным прогонам) или шурупами (к деревянным прогонам), установленными по гребням волн (рис. 1.15). Болты и шурупы должны быть оцинкованы или кадмированы.
Для листов с размерами волн 200/54, 167/50, 115/28 и 125/35 крепления ставятся на каждой второй волне, для листов с размерами волн 90/30 и 78/18 - на каждой третьей волне. Все крайние гребни волн каждого волнистого листа должны быть закреплены.
Диаметр болтов и шурупов принимают по расчету, но не менее 6 мм. Диаметр отверстия под болты и шурупы должен быть на 1-2 мм Больше диаметра крепежного болта (шурупа). Металлические шайбы под болты (шурупы) должны быть изогнуты по кривизне волны и снабжены эластичными герметизирующими подкладками. Диаметр шайбы принимается по расчету. В местах крепления волнистых листов устанавливают деревянные или металлические подкладки, препятствующие оседанию волны на опоре.
Стык поперек направления ската может осуществляться болтовыми или клеевыми соединениями. При болтовых соединениях длина нахлестки волнистых листов берется не менее длины одной волны; шаг болтов 30 см. Стыки волнистых листов на болтах следует герметизировать ленточными прокладками (например, из эластичного пенополиуретана, пропитанного полиизобутиленом) или мастиками. При клеевом соединении длину нахлестки принимают по расчету, а протяженность одного стыка не более 3 м.
В соответствии с принятыми в СССР установками на капитальное строительство основное внимание в исследованиях уделено крупноразмерным панелям. Одна из таких конструкций состоит из металлического обрамления, работающего на пролет 6 м, и опертых на него волнистых листов, работающих на пролет 1,2-2,4 м .
Предпочтителен вариант с заполнением двойными листами, как относительно более экономичный. Панели такой конструкции размером 4,5X2,4 м были установлены в опытном павильоне, сооруженном в Москве.
Достоинством описанной панели с металлической рамой является простота изготовления и использование материалов, выпускаемых в настоящее время промышленностью. Однако более экономичными и перспективными являются трехслойные панели с обшивками из плоских листов, обладающие повышенной жесткостью, лучшими теплотехническими свойствами и требующие минимального расхода металла.
Небольшой вес таких конструкций позволяет применять элементы значительных размеров, однако их пролет, так же как и волнистых листов, ограничивается предельно допустимыми прогибами и некоторыми затруднениями технологического порядка (необходимость крупногабаритного прессового оборудования, стыковки листов и т. д.).
В зависимости от технологии изготовления стеклопластиковые панели могут быть клееными или цельноформованными. Клееные панели изготовляют путем соединения на клею плоских обшивок с элементом среднего слоя: ребрами из стеклопластика, металла или антисептиро - ванной древесины . Для их изготовления могут быть широко использованы стандартные стеклопластиковые материалы, производимые непрерывным методом: плоский и волнистые листы, а также различные профильные элементы. Клееные конструкции позволяют в зависимости от потребности сравнительно широко варьировать высоту и шаг элементов среднего слоя. Их основным недостатком, однако, является большее по сравнению с цельноформованными панелями число технологических операций, что делает более сложным их изготовление, а также менее надежное, чем в цельноформованных панелях, соединение обшивок с ребрами.
Цельноформованные панели получаются непосредственно из исходных компонентов - стекловолокна и связующего, из которых формуется коробчатый элемент путем намотки волокна на оправки прямоугольной формы (рис. 1.16). Такие элементы еще до отверждения связующего спрессовываются в панель путем создания бокового и вертикального давления. Ширина этих панелей определяется длиной коробчатых элементов и применительно к модулю промышленных зданий принимается равной 3 м.
Рис. 1.16. Светопрозрачные цельноформованные панели из стеклопластиков
А - схема изготовления: 1 - намотка стеклопластикового наполнителя на оправки; 2 - боковое сжатие; 3-вертикальное давление; 4-готовая панель после извлечения оправок; б-общий вид фрагмента панели
Применение для цельноформованных панелей непрерывного, а не рубленого стекловолокна позволяет получить в панелях материал с повышенными значениями модуля упругости и прочности. Важнейшим преимуществом цельноформованных панелей является также односта - дийность процесса и повышенная надежность соединения тонких ребер среднего слоя с обшивками.
В настоящее время еще трудно отдать предпочтение той или иной технологической схеме изготовления светопрозрачных стеклопластико - вых конструкций. Это можно будет сделать лишь после того, как будет налажено их производство и получены данные по эксплуатации различных видов светопрозрачных конструкций.
Средний слой клееных панелей может устраиваться в различных вариантах. Панели с волнистым средним слоем сравнительно просты в изготовлении и имеют хорошие светотехнические свойства. Однако высота таких панелей ограничивается максимальными размерами волны
(50-54 мм) , в связи с чем А) 250^250г250 такие панели имеют огра
Ниченную жесткость. Более приемлемые в этом отношении являются панели с ребристым средним слоем.
При подборе размеров поперечного сечения светопрозрачных ребристых панелей особое место занимает вопрос о ширине и высоте ребер и частоте их размещения. Применение тонких, невысоких и редко расставленных ребер обеспечивает большее светопропуска - ние панели (см. ниже), но вместе с тем приводит к снижению ее несущей способности и жесткости. При назначении шага ребер следует также учитывать несущую способность обшивки в условиях ее работы на местную нагрузку и пролет, равный расстоянию между ребрами.
Пролет трехслойных панелей благодаря их значительно большей жесткости, чем у волнистых листов, может быть доведен для плит кровли до 3 м, а для панелей стен - до 6 м.
Трехслойные клееные панели со средним слоем из деревянных ребер применены, например, для служебных помещений Киевского отделения ВНИИНСМ.
Особый интерес представляет использование трехслойных панелей для устройства зенитных фонарей в кровле промышленных и общественных зданий. Разработка и исследование светопрозрачных конструкций для промышленного строительства проводились в ЦНИИПромзда - ний совместно с ЦНИИСК . На основе комплексных исследований раз
работай ряд интересных решений зенитных фонарей из стеклопластика и оргстекла, а также осуществлены опытные объекты.
Зенитные фонари из стеклопластика могут решаться в виде куполов или панельной конструкции (рис. 1.17). В свою очередь последние могут быть клееными или цельноформованными, плоскими или криволинейными. В связи с пониженной несущей способностью стеклопластика опирание панелей производится по длинным сторонам на соседние глухие панели, которые для этой цели должны быть усилены. Возможно также устройство специальных опорных ребер.
Поскольку сечение панели, как правило, определяется расчетом ее по прогибам, в части конструкций использована возможность уменьшения прогибов путем соответствующего крепления панели на опорах. В зависимости от конструкции такого крепления и жесткости самой панели прогиб панели может быть уменьшен как за счет развития опорного момента, так и появления «цепных» усилий, способствующих развитию в панели дополнительных растягивающих напряжений. В последнем случае необходимо предусмотреть конструктивные меры, которые исключали бы возможность сближения опорных кромок панели (например, путем крепления панели к специальной раме или к соседним жестким конструкциям).
Значительное уменьшение прогибов может быть достигнуто также путем придания панели пространственной формы. Криволинейная панель сводчатого типа лучше, чем плоская, работает на статические нагрузки, а ее очертание способствует лучшему удалению грязи и воды с наружной поверхности. Конструкция этой панели аналогична принятой для светопрозрачного покрытия бассейна в г. Пушкино (см. ниже).
Зенитные фонари в виде куполов обычно прямоугольного очертания устраиваются, как правило, двойными, учитывая наши сравнительно суровые климатические условия. Они могут устанавливаться отдель-
4 А. Б. Губенко
Ными куполами или быть сблокированными на плите покрытия. Пока в СССР практическое применение нашли лишь купола из органического стекла в связи с отсутствием стеклопластика нужного качества и размеров.
В покрытии московского Дворца пионеров (рис. 1.18) над залом лектория установлено с шагом около 1,5 м 100 сферических куполов диаметром 60 см. Этими куполами освещается площадь около 300 м2. Конструкция куполов возвышается над кровлей, что обеспечивает их лучшую очистку и сброс дождевой воды.
В этом же здании над зимним садом применена другая конструкция, которая состоит из треугольных пакетов, склеенных из двух плоских листов органического стекла, уложенных по стальному каркасу сферического очертания. Диаметр купола, образованного пространственным каркасом, около 3 м. Пакеты из органического стекла уплотняли в каркасе пористой резиной и герметизировали мастикой У 30-м. Теплый воздух, который скапливается в подкупольном пространстве, препятствует образованию конденсата на внутренней поверхности купола.
Наблюдения за куполами из органического стекла московского Дворца пионеров показали, что бесшовные светопрозрачные конструкции имеют неоспоримые преимущества перед сборными. Объясняется это тем, что эксплуатация сферического купола, состоящего из треугольных пакетов, более затруднительна, чем бесшовных куполов малого диаметра. Плоская поверхность стеклопакетов, частое расположение элементов каркаса и герметизирующая мастика затрудняют сток воды и сдувание пыли, а в зимнее время способствуют образованию снежных заносов. Эти факторы значительно снижают светопропуска - ние конструкций и приводят к нарушению герметизации между элементами.
Светотехнические испытания этих покрытий дали хорошие результаты. Было установлено, что освещенность от естественного света горизонтальной площади на уровне пола зала лектория почти такая же, как при искусственном освещении. Освещение является практически равномерным (колебание 2-2,5%). Определение влияния снегового покрова показало, что при толщине последнего 1-2 см освещенность помещения падает на 20%. При плюсовых температурах выпавший снег подтаивает.
Зенитные купола из оргстекла нашли также применение при строительстве ряда промышленных зданий: Полтавского завода алмазных инструментов (рис. 1.19), Смоленского завода по переработке , лабораторного корпуса Ногинского научного центра АН СССР и др. Конструкции куполов в указанных объектах аналогичны. Размеры куполов по длине 1100 мм, по ширине 650-800 мм. Купола двухслойные, опорные стаканы имеют наклонные грани.
Стержневые и другие несущие конструкции из стеклопластика применяются сравнительно редко, в связи с его недостаточно высокими механическими свойствами (особенно малой жесткостью). Область применения этих конструкций носит специфический характер, связанный в основном с особыми условиями эксплуатации, как, например, при требовании повышенной коррозионной стойкости, радиопрозрачности, высокой транспортабельности и др.
Сравнительно большой эффект дает применение стеклопластиковых конструкций, подверженных воздействию различных агрессивных веществ, которые быстро разрушают обычные материалы. В 1960 г. на изготовление коррозиестойких стеклопластиковых конструкций только
в США было израсходовано около 7,5 млн. долл. (общая стоимость светопрозрачных стеклопластиков, произведенных в 1959 г. в США, составляет примерно 40 млн. долл.). Интерес к коррозиестойким стеклопласти - ковым конструкциям объясняется, по данным фирм, в первую очередь их хорошими экономическими эксплуатационными показателями. Их вес
Рис. 1.19. Купола из органического стекла на кровле Полтавского завода алмазных инструментов
А - общий вид; б - конструкция опорного узла: 1 - купол; 2 - желоб для сбора конденсата; 3 - морозостойкая губчатая резина;
4 - деревянная рама;
5 - прижимная металлическая кляммера; 6 -фартук из оцинкованной стали; 7 - гидроизоляционный ковер; 8 - уплотненная шлаковата; 9 - металлический опорный стакан; 10 -плитный утеплитель; 11 - асфальтовая стяжка; 12 -отсыпка из гранулированного
Шлака
Намного меньше стальных или деревянных конструкций, они значительно долговечнее последних, легко возводятся, ремонтируются и очищаются, могут быть изготовлены на основе самозатухающих смол, а светопрозрачные емкости не нуждаются в водомерных стеклах. Так, серийная емкость для агрессивных сред высотой 6 м
и диаметром 3 м
весит около 680 кг
, в то время как подобная стальная емкость весит около 4,5 т.
Вес вытяжной трубы диаметром 3 м
и высотой 14,3 му
предназначенной для металлургического производства, составляет 77-Vio веса стальной трубы при одинаковой несущей способности; хотя стеклопластиковая труба в изготовлении обошлась в 1,5 раза дороже, она экономичнее сталь
ной, поскольку, по данным зарубежных фирм, срок службы таких сооружений, изготовленных из стали, исчисляется неделями, из нержавеющей стали - месяцами, подобные же сооружения из стеклопластика эксплуатируются без повреждения годами. Так, труба высотой 60 ж и диаметром 1,5 м
эксплуатируется седьмой год. Ранее же установленная труба из нержавеющей стали прослужила всего 8 месяцев, а ее изготовление и установка обошлись только в два раза дешевле. Таким образом, стоимость трубы из стеклопластика окупилась уже через 16 месяцев.
Примером долговечности в условиях агрессивной среды являются также емкости из стеклопластика. Такая емкость диаметром и высотой 3 ж, предназначенная для различных кислот (в том числе серной), с температурой около 80° С эксплуатируется без ремонта 10 лет, прослужив в 6 раз больше, чем соответствующая металлическая; лишь одни ремонтные расходы на последнюю за пятилетний период равны стоимости емкости из стеклопластика.
В Англии, ФРГ и США широкое распространение также нашли емкости в виде складов и резервуаров для воды значительной высоты (рис. 1.20).
Наряду с указанными крупногабаритными изделиями в ряде стран (США, Англия) в серийном порядке из стеклопластиков изготовляются трубы, секции воздуховодов и другие подобные элементы, предназначенные для эксплуатации в условиях агрессивных сред.