Сложно представить современный мир без полимеров, они встречаются буквально везде: в одежде, в медицине, в транспорте и, конечно, в строительстве. Благодаря своей универсальности, легкости и устойчивость к воздействию внешней среды, полимеры нашли самое разнообразное применение в строительной отрасли.
Термин «полимер» предложил шведский ученый Йенс Яков Берцелиус, который еще в 1833 г. определил полимерию, как «особый вид изомерии, когда вещества одинакового состава имеют различную молекулярную массу» [1]. Полимеры представляют из себя химические соединения молекулы, которых состоят из большого числа одинаковых группировок (мономерных звеньев), соединенных между собой химическими связями.
Самый распространенный полимер в мире это полиэтилен с химической формулой (С2Н4)n и структурной формулой [−СН2−СН2−]n. Его получают путём полимеризации этилена, который, в свою очередь, синтезируют из нефти или природного газа. В результате процесса образуются белые гранулы (рисунок 1), используемые в дальнейшем для производства различных изделий.
Полиэтилен применяют в строительной технике, в качестве облицовочного материала, используют для изготовления трубопроводов и как покрытия в целях защиты от атмосферных воздействий и коррозии [2].
В строительстве используется большое разнообразие полимеров и изделий на их основе (Таблица 1).
Таблица 1. Полимерные материалы и изделия на их основе применяемые в строительстве
| Полимер | Изделия | Область применения |
|---|---|---|
| Полиэтилен | Полиэтиленовые пленки | Паро- и гидроизоляция, в качестве защитного слоя изделий |
| Полиэтиленовые трубы | Водоснабжение, канализация | |
| Геомембраны | Гидроизоляция | |
| Поливинилхлорид | ПВХ-панели | Облицовка стен и потолков |
| ПВХ-мембраны | Кровельная и фундаментная гидроизоляция | |
| ПВХ-окна и двери | Рамы и профили | |
| ПВХ-трубы | Системы водоотведения | |
| Полистирол | Пенополистирол | Теплоизоляция стен и фасадов |
| Экструдированный пенополистирол | Утепление фундаментов, цоколей | |
| Полипропилен | Полипропиленовые трубы | Системы горячего и холодного водоснабжения |
| Полиуретан | Герметики и клеи | Монтаж и герметизация стыков |
| Наливной пол | Бесшовное покрытие полов | |
| Эпоксидные смолы | Клеи и составы | Фиксация арматуры, химические анкера |
| Полимеры в составе ЛКМ | Краски | Антикорозионные и огнезащитные покрытия |
Каждый отдельно взятый вид полимерного изделия подлежит обязательной сертификации и обязан соответствовать предъявляемым к нему требованиям. Все изделия изготавливаются на заводах в соответствии с ТУ, ГОСТ и СТО. Каждая продукция, выпускаемая заводом изготовителем, проходит испытания на соответствие предъявляемым требованиям эксплуатации. Однако, нередко возникают ситуации, когда производитель работ сомневается в качестве предоставляемой продукции или заинтересован удостовериться в надлежащем качестве изделия. В таких случаях производитель работ вправе обратиться в аккредитованную лабораторию для подтверждения качества изделия.
В зависимости от изделия и его предназначения, существуют различные гостированные методы испытаний полимерных материалов, которые в свою очередь можно разделить на:
- Механические – (растяжение, сжатие, изгиб, ударная вязкость) позволяют оценить прочностные характеристики и деформационное поведение материала.
- Термические – (теплостойкость, термогравиметрический анализ) применяются для изучения тепловой устойчивости, температуры размягчения и других термопереходов.
- Химические – направлены на определение устойчивости полимера к воздействию агрессивных сред.
- Физические – исследования плотности, водопоглощения, проницаемости и других параметров, связанных с физической природой материала.
Для понимания какие же методы необходимо применять к тому или иному полимерному изделию, необходимо подробнее рассмотреть основные методы испытаний полимерных материалов.
Механические методы испытаний
- Испытание на растяжение проводят для таких изделий как: гидроизоляционные мембраны, пленки, ПВХ профили. Сущность метода заключается в растяжении подготовленного испытуемого образца с установленной скоростью деформирования и определяя его показатели в соответствии с ГОСТ 32656-2017 Композиты полимерные. Методы испытаний. Испытания на растяжение.
- Испытание на сжатие используется для пенопластов, пенополистирольных утеплителей, композитных панелей. Сущность метода заключается в сжатии образца для испытаний вдоль его главной оси с постоянной скоростью до разрушения или до тех пор, пока нагрузка или уменьшение длины не достигнет заданного значения в соответствии с ГОСТ 4651-2014 Пластмассы. Метод испытания на сжатие.
- Испытание на изгиб применяется к листам поликарбоната, ПВХ-панелям. Сущность метода заключается в том, что испытуемый образец прямоугольного поперечного сечения, свободно лежащий на опорах, подвергают изгибу с постоянной скоростью в середине между опорами до его разрушения или до достижения образцом заданной величины относительной деформации или прогиба в соответствии с ГОСТ 4648-2014 Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб.
- Ударная вязкость определяется у полипропиленовых труб, наливных полов. Существует несколько гостированных методик для проведения этого испытания, различающиеся конструкцией образцов, способом нагружения и интерпретацией результатов. Сущность этих методов заключается в определении сопротивления образца удару маятника или его разрушении в процессе испытания в соответствии с ГОСТ 19109-2017 Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Изоду, ГОСТ 4647-2015 Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Шарпи.
- Твердость определяют для ПВХ-панелей, ПВХ-труб, наливных полов. В зависимости от изделия и его технологического назначения существует ряд методик проведения испытаний, сущность которых сводится к измерению глубины вдавливания испытательного оборудования в тело образца в соответствии с ГОСТ 24621-2015 Пластмассы и эбонит. Определение твердости при вдавливании с помощью дюрометра, ГОСТ 4670-2015 Пластмассы. Определение твердости. Метод вдавливания шарика.
Термические методы испытаний
- Дифференциальный сканирующий калориметр применяется для изоляционных пленок, герметиков, композитов. В зависимости от определяемых параметров, существуют различные методики, сущность которых заключается в фиксации температур, при которых происходят изменения в образце, подвергнутом испытанию в соответствии с ГОСТ Р 57931-2017 Композиты полимерные. Определение температуры плавления и кристаллизации методами термического анализа, ГОСТ 29127-91 Пластмассы. Термогравиметрический анализ полимеров. Метод сканирования по температуре.
- Термогравиметрический анализ проводят для ПП и ПНД труб, а также огнестойких покрытий. Сущность метода заключается в определении устойчивости материала к воздействию температуры в соответствии с ГОСТ Р 57946-2017 Композиты полимерные. Расчет термической устойчивости материалов из данных термогравиметрии разложения.
Химические методы испытаний
- Устойчивость к воздействию агрессивных сред определяют для ЛКМ и покрытий на основе полимеров. Сущность метода заключается в определении стойкости покрытий к статическому воздействию агрессивных жидкостей в соответствии с ГОСТ 9.403-2022 Единая система защиты от коррозии и старения (ЕСЗКС). Покрытия лакокрасочные. Методы испытаний на стойкость к статическому воздействию жидкостей
Физические методы испытаний
- Плотность преимущественно измеряется у изоляционных плит. Сущность метода заключается в определении плотности образца в соответствии с ГОСТ 15588-2014 Плиты пенополистирольные теплоизоляционные. Технические условия.
- Проницаемость к парам и газам определяется для мембран и гидроизоляционных покрытий. Сущность метода заключается в определении плотности потока водяного пара, пропускаемого образцом в соответствии с ГОСТ 25898-2020 Материалы и изделия строительные. Методы определения паропроницаемости и сопротивления паропроницанию.
Таким образом, полимерные изделия представляют собой обширную группу строительных материалов, широко применяемых в различных сферах строительства. Комплексный подход к их испытаниям позволяет подтвердить соответствие нормативным требованиям и технологическим стандартам, а также подобрать наиболее подходящий материал для конкретных условий эксплуатации и строительных задач.
Автор: Максим Лашин, исследователь-материаловед
Источники
- Свиридов Е. Б., Дубовый В. К. Книга о полимерах: свойства и применение, история и сегодняшний день материалов на основе высокомолекулярных соединений. – 3-е изд., испр. и доп. – СПб.: Издательско-полиграфическая ассоциация высших учебных заведений, 2024. – 474 с.
- Алиева, Д. Э. Использование полимерных материалов в строительстве / Д. Э. Алиева, А. Ы. Кийикбаева, Н. Д. Уманова // Вестник Кыргызского государственного университета строительства, транспорта и архитектуры им. Н.Исанова. – 2013. – № 3. – С. 245-252.
