Ограждающие конструкции из гипса, армированного стекловолокном —
Современное индустриальное строительство требует систематического расширения производства строительных конструкции, совершенствования их номенклатуры, улучшения качества. Наиболее актуальными становятся задачи снижения массы этих конструкций, рационального подбора материалов для их изготовления.
Работы, проведенные в ЦНИИ ПРОМЗДДННЙ Госстроя СССР, показывают, что эффективные ограждающие конструкции можно получать па основе гипса, армированного стеклянным волокном. Такой материал наиболее перспективен для внутренних ограждений, в частности для подвесных потолков, сборно-разборных перегородок, воздуховодов и др.
В качестве сырья используется обычный строительный гипс (ГОСТ 125—70), а также гипс технический — высокопрочный (ТУ 31-57 ИПСМ РСФСР). Арматурой служит волокно (диаметр в пределах 10—20 мк) алюмоборосиликатного состава Его используют в виде срезов, жгутов, вуалей, холстов, нетканых сеток (рис. 1) и др. В зависимости от назначения конструкций армирование может быть хаотичным ( например, как в асбестоцементе) или направленным (как в текстолите) Наиболее эффективно направленное армирование при максимальном рассредоточении волокон в гипсовом камне.
Физико-механические показатели зависят в значительной мере от качества пропитки армирующих элементов гипсовым раствором, свойств тон у их прослоек (пленок) гипсового клей, обволакивающих волокна, адгезии этих волокнам, т. е от «монолитности» системы, а также от прочности исходных материалов, ориентации волокон в гипсовом камне, условий его твердения и технологических приемов изготовления.
Исследования показывают, что при изготовлении отливок без применения специальных методов уплотнения, прессования и вибрирования, количество волокна по объему, которое может быть введено для эффективного армирования, ограничено и не превосходит 10—12%. Кроме того, наблюдения показывают, что связи (контакты) между волокнами в гипсовым камнем не являются непрерывными. Однако благодаря развитой поверхности тонких и длинных волокон, наличию в них переплетений и в результате большой площади контактирующих поверхностей обеспечивается нормальная работа композиционного материала.
Для повышения адгезии волокон к гипсовому камню можно использовать аппретирующие составы, например некоторые виды кремнийорганических соединений (Г.КЖ-10, ГКЖ-11. ГКЖ-94)
Прочность материала при сжатии определяется в основном прочностью гипсового 1камня, при растяжении—способом армирования, видом и количеством арматуры. С увеличением процента армирования прочность при растяжении линейно возрастает. При направленном армировании и содержании волокна в гипсовой оливке 10% прочность при растяжении достигает 500 кГ/см. Относительиые удлинения из уровне напряжений, близких к пределу прочности материала, составляют в данном случае около 1%, модуль деформаций порядка 175 000 кГ/см.
Как видно, прочность стеклогипса при растяжении многократно прочность при том же виде испытаний неармированкого гипсового камня. Стеклогнпс обладает высокими значениями ударной вязкости. Эти значения при направленном армировании материала могут превышать на несколько порядков соответствующие значения ударной вязкости асбестоцемента. Армирование волокном повышает и трещиностойкость -гипсового камня.
Как показывает практика изделия из армированного гипса, целесообразно выполнять тонколистовыми и придавать нм либо пространственную форму, либо изготавливать многослойными в виде «сэндвича» в сочетании с другими легкими и эффективными материалами: сотопластами, пенопластамн, пенобетоном, пеностеклом, фибролитом и др. На рис. 2 приведены фрагменты подобных трехслойных «сэндвичей» с внешними слоями толщиной 10 мм, из стеклогипса и внутренним облегченным слоем. Такие «сэндвичи» в виде крупноразмерных плит могут быть использованы в качестве внутренних ограждений в промышленных зданиях различного назначения.
На рис. 3 цоказан один из вариантов конструкции ограждения — плита пролетом 3 м с внутренним слоем из сотопласта. Внешние стеклоармированные слон в таких плитах при изгибе воспринимают в основном нормальные сжимающие и растягивающие усилия, внутренний слой—касательные напряжения. Плиты могут быть выполнены с контурным обрамлением и без него.
Технологические приемы изготовления стеклогипсовых конструкций в значительной мере зависят от выбора материала внутреннего слоя. В наиболее общем случае для внутреннего слоя конструкций используются заранее подготовленные плиты и блоки необходимой толщины. Однако могут быть использованы н заливочные композиции. Пенопласты, например, эффективно вспенивать непосредственно в полости конструкции.
Технология изготовления плит с внутренним слоем из блоков сотопласта показана на схеме. Подготовленные блоки сотопласта (высота блоков 10 см для плит пролетам 3 м) вдавливаются равномерно по площади на необходимую глубину (до 5 мм) в слой армированного стеклянными волокнами гипсового раствора (до момента его схватывания). Таким образам гипсовое вяжущее формирует не только конструкционный несущий слой, но и одновременно является связующим, обеспечивающим сцепление между слоями конструкции и их совместную работу.
Изготовление плиты осуществляется в двух полуформах. После совмещения блоков сотопласта с нижним стеклогипсовым слоем плиты и соответственно пссле отвердевания этого слоя отформованная часть изделия переворачивается на 180° и другой поверхностью его укладывают в новый слой раствора, размещаемый во второй полуформе. Эта операция исключается, если для внутреннего слоя плиты используются материалов, в которых ячейки или поры несоизмеримо меньше по сравнению с толщиной плиты. В том случае раствор тиса и армирующее волокно для вто рой облицовки (слоя) укладываются непосредственно сверху при формовании изделия в одной форме.
Масса 1 мг плит с внутренним слоем из сотопласта составляет примерно 25 кг, в других случаях несколько выше, от 40 до 60 кг, в зависимости от используемых материалов.
ВНИИСТРОММАШ и ЦНИИЛРОМЗДАНИИ разработали и пустили экспериментальную технологическую линяю стеклогипсовых плит с облегченным внутренним слоем.
Плиты пролетом 3 м (армирование направленное) были испытаны на действие статических равномерно распределенных нагрузок. Величина нормативного запружения принималась равной 75 кГ/м2, предельные прогибы не должны были превышать пролета.
Испытанные плиты обладали достаточно высокой несущей способностью. Разрушающая нагрузка для изделий с контурным обрамлением (внутренним слой из сотопласта) достигла 525 кГ 1м , без обрамления—425 кГ/м7. Нагрузки з момент появления предельных прогибов (пролета) составляли соответственно 425 кГ/м2 в первом случае и 350 кГ/м7 — во втором.
Получены данные по длительным испытаниям плит при загруженииих нормативными нагрузками. Деформации (прогибы) с течением времени возрастают, увеличиваясь по сравнению с первоначальными в 2—2,5 раза. Наиболее интенсивно они увеличивались в течение 3—4 мес. после загружения конструкций. Затем скорость нарастания деформаций значительно снижалась и линии графиков «е — т» асимптотически приближались к горизонтальному положению.
Деформации рассматриваемых конструкций при длительных испытаниях их нормативными нагрузками в услвиях с повышенной влажностью (90±5) воздуха были больше в среднем на 25-30% по сравнению с деформациями этих же конструкции в воздушно-сухих условиях. Вместе с тем, как в том, так и в другом случаях прогибы плит затухали и не превышали за период исследований (от 1,5 до 3 лет) своих предельных значении.
ВНПИПО с участием ПНИИЛРОМЗДАНИЙ произведены испытания стеклогипсовых плит па огнестойкость. Предел огнестойкости для изделии с внутренним слоем из сотопласта составил 30 мин. Главное управление пожарной охраны разрешило их применение J эксперимента льном строительстве.
С целью проведения натурных наблюдений опытные образцы стеклогипсовых плит (пролетом 3 м) были установлены в качестве подвесных потолков (взамен алюминиевых) на экспериментальном участке производственного корпуса подшипникового завода в г. Куйбышеве. В течение пяти лет эксплуатации в состоянии плит не отмечено изменений.
На основании полученных результатов ЦПНИПРОМЗДАНПИ разработаны Временные технические условия, содержащие основные положения по проектированию стеклогипсовых конструкции, технологии их изготовления, Монтажу, эксплуатации, обтасти применения. Разработаны проектные решения стеклогипсовых подвесных потолков, перегородок, воздуховодов.
Оптимальными для эксплуатации стеклогипсовых конструкций являются воздушно-сухие условия с относительной влажностью воздуха в пределах да 70—75%- Отечественный и зарубежный опыт показывают, что применение стеклянных волокон в качестве арматуры позволяет увеличить размеры гипсовых изделий, снизить их массу, повысить эксплуатационные качества.
Мощности гипсовых заводов в настоящее время используются в ряде случаев не в полную меру, особенно в связи с сокращением изготовления штукатурных растворов. Освоение производства стеклоармированных гипсовых конструкций могло бы обеспечить рациональное использование высвобождающихся мощностей и способствовать дальнейшему развитию гипсовой промышленности в нашей стране.