Рассмотренные выше строение и состав древесины, а также состав и
структура синтетических полимерных материалов имеют большое практическое
значение, так как объясняют физические свойства материалов.
Древесина.
Волокнисто-трубчатым строением древесины
объясняются явления усушки и разбухания ее, изменение влажности.
Строение древесины влияет также на такие важные показатели как
плотность, теплопроводность и термические свойства. Как и любой
строительный материал, древесина обладает положительными и
отрицательными качествами. Их необходимо учитывать при выборе породы
древесины, проектировании конструкций и сооружений и их эксплуатации.
Положительные свойства: небольшая плотность, зависящая от влажности и
породы; малый коэффициент теплопроводности; незначительный коэффициент
температурного расширения вдоль волокон (в деревянных сооружениях
большой протяженности можно не устраивать температурных швов);
химическая стойкость (деревянные конструкции в химически слабых и
средних агрессивных средах могут применяться без специальной защитной
обработки); пластичность, которая позволяет применять пиломатериалы для
изготовления криволинейных элементов (благодаря релаксации происходит
затухание внутренних напряжений от гнутья вследствие постепенного
перехода упругой деформации в пластическую); хорошие акустические
свойства; достаточная долговечность при соблюдении технических условий
изготовления и эксплуатации. Кроме этого, следует также отметить такие
производственные преимущества древесины: обширная сырьевая база;
производство работ не имеет сезонных ограничений; быстрота возведения
сооружений; простота и легкость механической обработки древесины;
удобство и легкость устройства соединений элементов конструкций;
легкость деревянных и деревопластмассовых конструкций по сравнению с
другими конструкциями, что уменьшает транспортные расходы и облегчает
монтаж.
Отрицательные свойства: опасность загнивания и возгорания;
неоднородность строения — анизотропия механических свойств; изменение
физико-механических свойств от влажности; усушка и разбухание,
коробление, растрескивание; наличие естественных пороков; подверженность
разрушению насекомыми. Недостатки эти довольно существенные, но вполне
устранимы.
Пластмассы
Рассмотренные выше различные виды
пластмассовых материалов отличаются своими физико-механическими
свойствами,
зависящими от структуры, типа наполнителя и
связующего, технологии изготовления и др. Пластмассы имеют как
положительные, так и отрицательные свойства, выраженные в разной степени
у различных видов пластмасс.
Положительные свойства: легкость, водостойкость и атмосферостой-кость,
не требующие дополнительной пароизоляции; биостойкость, являющаяся
особенно ценным свойством (только отдельные древесные пластики могут
подвергаться биологическому разрушению, однако и эта опасность
исключается введением антисептиков при их изготовлении); стойкость к
химической агрессии; повышенные электроизоляционные свойства,
немагнитность; возможность создания материалов с различной расцветкой;
достаточная поверхностная твердость и др. Производственные преимущества:
простота формования изделий, благодаря чему имеются широкие возможности
создания разнообразных пространственных архитектурных форм; легкость
обработки простейшими инструментами; клеящая способность и
свариваемость; высокая заводская готовность строительных элементов, что
облегчает монтаж их на стройплощадке.
Отрицательные свойства: горючесть большинства пластмасс; низкая
теплостойкость пластмасс на основе термопластичных смол; ползучесть и
чувствительность к действию знакопеременных нагрузок; старение. Основной
производственный недостаток — токсичность некоторых синтетических смол.
Отдельно следует остановиться на отношении полимеров к тепловому
воздействию. По этому признаку они делятся на термопластичные и
термореактивные. Термопластичные полимеры при нагревании размягчаются и
вновь затвердевают при охлаждении, т. е. происходит чередование
процессов деструкции и повторной полимеризации полимера. Это явление
широко используется в технологии переработки термопластов в изделия, так
как оно позволяет организовать высокопроизводительные и полностью
автоматизированные производственные процессы экструзии, штампования,
литья под давлением и т. п.
К термопластам относятся полимеры с цепным и разветвленным строением
макромолекул: полиамиды, полиэтилен, полиметилметакри-лат и др.
Термореактивные полимеры при нагревании сначала размягчаются, но затем
переходят необратимо в твердое состояние, из которого уже не могут
вывести его ни последующий нагрев, ни охлаждение. К термореактивным
полимерам относятся: эпоксидные, полиэфирные, фенолоформальдегидные и
другие смолы. Термореактивные свойства полимеров исключительно ценны для
инженерной практики. На основе их получают материалы и конструкции
температуро- и огнестойкие, нерастворимые и т. п.
Как уже указывалось, изготовление материалов на основе древесины и
пластмасс и проектирование конструкций должно вестись так, чтобы
максимально использовать положительные свойства материалов и максимально
избегать влияния отрицательных свойств.
Рассмотрим особо важные для строительных конструкций физические свойства
материалов.