Ценным свойством пластических масс является их малая объемная масса. У различных широко применяемых пластмасс, в том числе пористых (поропластов), объемная масса колеблется в пределах от 15 до 2200 кг/м³. Специальные пластики (например, рентгено-непроницаемые с сернокислым барием в качестве наполнителя) могут иметь больший объемный вес. В среднем объемная масса пластмасс, за исключением поропластов, в 2 раза меньше, чем у алюминия, и в 5-8 раз меньше, чем у стали, меди, свинца. Отсюда совершенно очевидно, что даже частичная замена этих металлов, а также традиционных силикатных материалов пластмассами позволяет значительно снизить вес сооружений, правда, в тех случаях, когда пластические массы применяют в качестве навесных стеновых панелей в зданиях каркасного типа и материалов междуэтажных перекрытий. Прочностные характеристики пластмасс особенно высоки у пластмасс с листообразными наполнителями. Например, у стеклотекстолита предел прочности при растяжении достигает 2800 кГ/см² (у стали марки Ст. 3 3800-4500 кГ/см²), у дельта-древесины - 3500 и у стекловолокнистого анизотропного материала (СВАМа) - 4500 кг/см². Из приведенных данных видно, что слоистые пластики в принципе можно применять для несущих нагрузку конструктивных элементов зданий, хотя стоимость их пока весьма высока. Пределы прочности при сжатии этих материалов также достаточны, например у дельта-древесины 2000, у стеклотекстолита 1600 и у СВАМа 4000 кГ/см².

Интересны и обнадеживающие с точки зрения применения пластмасс в строительстве соотношения у этих материалов пределов прочности при сжатии и растяжении, а именно: у дельта-древесины 0,7, у стеклотекстолита 0,6, у СВАМа 0,9, тогда как (для сравнения) у сосны это отношение 0,4, а у бетона 0,1, у стали 1.Таким образом, у пластмасс пределы прочности при сжатии и растяжении достаточно высоки, превосходя в этом отношении многие строительные материалы силикатной группы (кирпич, бетон).Прочностные характеристики пористых пластмасс (например, мипоры) очень невысоки, но удовлетворяют требованиям, предъявляемым к этим утеплительным материалам.
Важнейшим показателем для конструктивных материалов является коэффициент конструктивного качества материала, т. е. коэффициент, получаемый от деления прочности материала на его объемную массу. Внедрение в строительстве материалов с высоким коэффициентом конструктивного качества предопределяет правильное решение одной из основных его задач - снижение веса зданий и сооружений. Коэффициент конструктивного качества кирпичной кладки составляет 0,02 (самый низкий из всех строительных материалов), у цементного бетона марки 150 - 0,06, стали марки Ст. 3 - 0,5, сосны - 0,7, дюралюминия - 1,6, дельта-древесины - 2,5. Таким образом, по коэффициенту конструктивного качества слоистые пластики являются непревзойденными до сих пор материалами.

Теплопроводность плотных пластмасс колеблется в пределах от 0,2 до 0,6 ккал/м·ч·град. Наиболее легкие пористые пластмассы имеют теплопроводность всего лишь 0,026, т. е. их коэффициент теплопроводности приближается к коэффициенту теплопроводности воздуха. Очевидно, что низкая теплопроводность пластмасс позволяет широко использовать их в строительной технике. Ценным свойством пластических масс является химическая стойкость, обусловленная химической стойкостью полимеров и наполнителей, которые использованы для изготовления пластмасс. (Химическую стойкость следует понимать в широком смысле этого термина, включая и стойкость к воде, растворам солей и органическим растворителям.) Особенно стойки к воздействию кислот и растворов солей пластмассы на основе политетрафторэтилена, полиэтилена, полиизобутилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида.

Химически стойкие пластмассы можно использовать при сооружении предприятий химической промышленности, канализационных сетей, а также для изоляции емкостей при хранении агрессивных веществ. Ценным свойством пластмасс является их способность окрашиваться в различные цвета органическими и неорганическими пигментами. При подборе красителей и пигментов для пластмасс приходится, естественно, учитывать возможное химическое взаимодействие между полимером и красителем. Высокая устойчивость пластмасс к коррозионным воздействиям, ровная и плотная поверхность изделий, получаемая при формировании, также позволяют в ряде случаев отказаться от окрашивания. К качеству окраски пластических масс, применяемых в виде строительных материалов, должны быть предъявлены значительно более высокие требования, чем к качеству окраски пластмасс, используемых, например, в машиностроении. Это объясняется тяжелыми условиями работы строительных материалов и продолжительным сроком службы зданий. Покраска их должна быть высокоустойчивой к атмосферным воздействиям, в частности к особенно активному фактору - действию света.

Большой интерес представляет низкая истираемость пластмасс, что открывает большие перспективы для применения пластических материалов в качестве одежды полов. Испытания полов на основе полимеров дали хорошие результаты. Так, истираемость поливинилхлоридных плиток для полов составляет 0,05, линолеума глифталевого 0,06 г/см². Весьма ценным свойством некоторых пластических масс без наполнителя является их прозрачность и высокие оптические свойства. Многие из них, называемые поэтому органическими стеклами, можно при снижении их стоимости достаточно широко применять как прозрачные материалы с более высокими свойствами, чем силикатное стекло. Органические стекла, отличающиеся высокой прозрачностью и бесцветностью, можно легко окрашивать в различные цвета. Они пропускают лучи света в широком диапазоне волн, в частности ультрафиолетовую часть спектра, причем в этом отношении превосходят в десятки раз обычные стекла. Следует отметить их значительно меньшую объемную массу. Так, объемная масса «стекла» из полистирола 1060 кг/м³, тогда как у обычного оконного 2500 кг/м³. Коэффициенты преломления полиметилметакрилатных и полистирольных «стекол» весьма близки к коэффициенту преломления обычного оконного стекла (1,52). Прозрачность органических стекол по сравнению с принятой за 100 у алмаза колеблется в пределах от 83 до 94 (у полиметилметакрилата).
Органические стекла отличаются легкостью формирования, так как требуется лишь незначительный нагрев. Достаточно высокие прочностные характеристика этих стекол позволяют широко применять их в строительстве.

Особенно ценным свойством пластмасс является легкость их обработки - возможность придавать им разнообразные, даже самые сложные формы. Бесстружечная обработка этих материалов (литье, прессование, экструзия) значительно снижает стоимость изготовляемых изделий. Столь же целесообразна по технологическим и экономическим соображениям станочная переработка пластмасс (пиление, сверление, фрезерование, строгание, обточка и др.), позволяющая полностью использовать стружку и отходы (при применении термопластичных полимеров).

Возможность склеивания пластмассовых изделий как между собой, так и с другими материалами (например, с металлом, деревом) открывает большие перспективы для изготовления различных клееных комбинированных строительных изделий и конструкций. Легкая свариваемость материалов из пластмасс (например, труб) в струе горячего воздуха позволяет механизировать некоторые виды строительных работ, в частности санитарно-технические, и значительно удешевить их. Простота герметизации мест соединений и сопряжений для материалов из пластмасс позволяет широко использовать их в гидро- и газоизоляционных конструкциях. Это свойство хорошо сочетается с легкой способностью пластмасс давать тонкие и прочные газо- и водонепроницаемые пленки, которые можно применять как надежный недорогой и удобный материал в гидро- и газоизоляционных конструкциях. Свойство многих из этих пленок не разрушаться под действием органических растворителей дает возможность применять их в качестве изоляционных материалов при строительстве бензохранилищ и других хранилищ для светлых нефтяных продуктов. Свойство пластмасс образовывать тонкие пленки в сочетании с их высокой адгезионной способностью по отношению к ряду материалов позволяет считать их незаменимым сырьем для производства на их основе лаков и красок. Лакокрасочные материалы среди других видов строительных материалов на основе полимеров быстро развиваются как наименее полимероемкие. Понятие полимероемкости строительного материала является чрезвычайно ценным для перспективного планирования развития производства строительных материалов на основе полимеров. При установлении этого понятия следует иметь в виду две составляющие полимероемкости - количественное содержание полимера в данном материале и абсолютный вес материала, приходящегося на единицу площади конструкции (стены, пола, кровли). При использовании полиэтиленовой пленки толщиной 0,085 мм весом 80 г/м² для двухслойной гидроизоляции площадью 1 м³ требуется 160 г полиэтилена, так как эта пленка состоит из чистого полиэтилена. Следовательно, полимероемкость полиэтиленовой пленки равна 160 г/м². Полимероемкость поливинилхлоридного линолеума с 50% полимера, 1 м² которого весит 2600 г, составит 2600 : 2 = 1300 г/м². Низкую полимероемкость имеют окрасочные составы на основе полимеров (50-75 г/м²).Широко внедряться могут только те строительные материалы на основе полимеров, которые имеют низкую полимероемкость.
К положительным свойствам пластмасс следует отнести также неограниченность и доступность сырьевой базы, на которую опирается промышленность полимеров, являющихся основой производства пластических масс.

Синтетические полимеры, на которые ориентируется развитие промышленности пластических масс, получают путем химических превращений на основе реакций поликонденсации и полимеризации из простейших химических веществ, которые в свою очередь получают из таких доступных видов сырья, как уголь, известь, воздух, нефть, газы.

Большим недостатком пластмасс как строительных материалов является их сравнительно низкая теплостойкость (от 70 до 200° С). Это относится к большинству пластических масс, и только некоторые типы их (например, кремнийорганические, политетрафторэтиленовые) могут работать при несколько более высоких температурах (до 350° С). Правда, этот недостаток может ощущаться лишь при нижнем пределе теплостойкости. Особенно важна теплостойкость для кровельных материалов на основе пластмасс, так как на кровле вследствие радиации температура на поверхности материалов в некоторых географических районах может достигать 80° С.

К существенным недостаткам пластических масс относится малая поверхностная твердость. У пластмасс с волокнистыми наполнителями этот показатель достигает 25, у полистирольных и акриловых пластиков - 15 кг/мм² (у стали поверхностная твердость порядка 450). Твердость по Бринеллю бумажных пластиков равна (в кг/мм²) 30-40; текстолита - 35, асботекстолита - 45, дельта-древесины - 30, органического стекла - примерно 30.Значительным недостатком пластмасс является высокий коэффициент термического расширения. Высокий коэффициент термического расширения пластмасс следует учитывать при проектировании строительных конструкций, особенно большеразмерных элементов (например, стеновых панелей). Большой коэффициент термического расширения пластмасс в сочетании с малой теплопроводностью обусловливает значительные остаточные внутренние напряжения, которые могут вызвать трещины в строительных изделиях при резких изменениях температур. Ясно, что эти напряжения особенно значительны при армировании пластмассовых изделий металлом.

Не следует игнорировать и еще одно отрицательное свойство пластмасс - их ползучесть. Даже жесткие типы пластмасс с минеральными порошкообразными наполнителями в гораздо большей степени, чем это наблюдается у керамических материалов, бетонов и металлов, обладают медленно развивающимся пластическим течением - ползучестью, сильно возрастающей даже при незначительных повышениях температур. Серьезным недостатком пластмасс является их горючесть, хотя есть основания полагать, что в ближайшие годы этот недостаток у ряда пластмасс будет уменьшен.

В настоящее время химическая промышленность разрабатывает новые виды трудносгораемых полимеров - не только карбоцепные, т. е. те, основная цепь которых состоит из углеродных атомов, но и гетероцепные, основная цепь которых наряду с углеродными содержит также и другие атомы, и в первую очередь кремния.

Как отрицательное свойство некоторых пластмасс следует отметить их токсичность. Последняя в ряде случаев зависит не только от токсичности самих полимеров, но и токсичности тех компонентов, которые входят в пластмассы (стабилизаторы, пластификаторы, красители). Токсичности полимерных строительных материалов следует уделять серьезное внимание, особенно тех пластмасс, которые применяют во внутренней отделке жилых помещений и в системах водоснабжения.

К неизученным свойствам пластмасс следует отнести их долговечность, несмотря на то что вопросы долговечности материалов, изменяемости их свойств во времени являются решающими при определении возможности и целесообразности их применения в строительстве.

Полимербетон
Полимербетон — это бетон, вяжущим веществом в котором служат синтетические полимеры. Полимербетон, существенно отличаясь по своим свойствам от обычных бетонов, является, по существу, новым строительным материалом. Полимербетоны целесообразно применять в тех случаях, когда требуются особо высокая химическая стойкость, повышенная прочность на удар, износостойкость, морозостойкость. Хотя идея получения полимербетонов не нова (первый патент на полимербетон получен в 1906 г. Бакеландом), применять их в строительстве начали сравнительно недавно. Постоянное расширение областей применения полимербетонов объясняется как увеличением производства полимеров, так и накоплением сведений о свойствах полимербетонов.

Составляющие полимербетонов. Вяжущие. Из полимеров для получения полимербетонов используют главным образом термореактивные, до отверждения находящиеся в жидком состоянии. К ним относятся в первую очередь эпоксидные, полиэфирные и фурановые полимеры.

Эпоксидные полимеры — лучшие виды вяжущих веществ для полимербетона, однако широкому использованию этих полимеров препятствует их высокая стоимость. Эпоксидные полимеры отверждаются при обычных температурах, не выделяя побочных продуктов. Отвержденные полимеры обладают высокой прочностью как при сжатии, так и при растяжении, высокой ударной прочностью, относительно низкой деформативностью и хорошей стойкостью к истиранию и химической агрессии. Они надежно совмещаются практически со всеми строительными материалами. Для снижения хрупкости в эпоксидные полимеры вводят пластификаторы: внешние (например, диоктилфталат) или внутренние (отвердитель-пластификатор полисульфидный каучук-тиокол).

Ненасыщенные полиэфиры (полиэфирмалеинаты, полиэфиракрилаты) более доступны, но они не имеют столь высоких показателей по прочности, адгезии и истираемости, как эпоксидные. К тому же стойкость к воздействию воды и щелочей у них пониженная. Полиэфиры при отверждении дают большую усадку (до 9%).

Фурановые полимеры — одни из самых дешевых видов полимеров, широко применяемых для получения полимербетонов. Особенно распространен среди фурановых полимеров полимер на основе фурфуролацетонового мономера (ФА), отверждаемого сильными кислотами (процесс отверждения идет на холоде).

Фурановые полимеры отличаются высокой и универсальной химической стойкостью (за исключением действия органических растворителей и сильных окислителей) и хорошей теплостойкостью (до 200°). Механические свойства фурановых полимеров несколько ниже, чем у эпоксидных и полиэфирных. Недостатком этих полимеров является выделение воды в качестве побочного продукта при отверждении.

В качестве вяжущего в полимербетонах можно применять также фенолоформальдегидные, мочевиноформальдегидные и другие полимеры.

Заполнители. В полимербетонах в отличие от обычных бетонов кроме крупного и мелкого заполнителя применяют еще тонкодисперсный (порошкообразный) наполнитель.

В случае применения только мелкого заполнителя (песка) материал называют полимерраствором. Использование такого набора заполнителей позволяет снизить расход полимера и одновременно уменьшить усадку, деформативность и некоторые другие нежелательные свойства бетона.

Для того чтобы заполнитель не ухудшал высокую химическую стойкость связующего, применяют заполнители, стойкие в соответствующих средах. При выборе заполнителей также надо учитывать возможное их взаимодействие с компонентами вяжущего. Так, для полимербетона на мономере ФА нельзя применять карбонатные заполнители (отвердитель-кислота). Заполнители получают в основном измельчением химически стойких горных пород (андезит,базальт, кварцит, туф). Очень хорошими заполнителями являются графит, уголь и кокс. Минеральные заполнители имеют в 5—10 раз больший модуль упругости, чем полимерное связующее, что приводит к большим напряжениям на границе полимер — заполнитель и, как следствие, к понижению прочности полимербетона. Для снижения этого нежелательного явления в качестве тонкодисперсного наполнителя можно использовать материалы с близким к связующему модулем упругости, например порошки химически стойких полимеров (суспензионный ПВХ и т. п.).

Особенности технологии полимербетонов. Свойства полимербетона во многом зависят от подбора его состава. Основная цель подбора состава полимербетона — обеспечение минимального расхода полимерного вяжущего при получении требуемых физико-механических свойств бетона (прочности, плотности, стойкости и т. п.).Экономия этого материала диктуется не только высокой стоимостью полимеров, но и ухудшением некоторых показателей полимербетона при увеличении расхода вяжущего сверх оптимального. Уменьшить расход вяжущего можно правильным подбором зернового состава заполнителей. Обычно применяют тощие полимербетоны с соотношением полимера к наполнителю от 1:5 до 1:12 (по весу), что соответствует расходу 100—200 кг полимера на 1 м³ бетона. Перемешивают и укладывают полимербетон теми же методами, что и обычный бетон, с применением стандартного оборудования. В ряде случаев для перемешивания полимербетонной смеси требуется подогревать ее. Необходимые условия и продолжительность твердения полимербетона зависят от вида полимера, вида и количества отвердителя. Твердеть полимербетон может при обычной температуре («холодное» отверждение) и в условиях подогрева до 40—80°. В последнем случае бетон твердеет быстрее и достигается большая степень отверждения полимера. Приобретение полимербетоном эксплуатационной прочности, как правило, продолжается не более суток. До момента полного отверждения полимербетон очень чувствителен к действию воды. Не допускается использовать влажные сырьевые компоненты или наносить полимербетон на влажное основание. В первом случае сильно понижаются механические свойства полимербетона (например, использование песка с влажностью 3—4% понижает прочность полимербетона на полиэфирном связующем в 5 раз). Во втором случае резко уменьшается сцепление полимербетона с основанием.

Свойства полимербетонов. Объемная масса полимербетонов, зависящая в основном от вида и количества заполнителя, находится обычно в пределах 1800—2200 кг/м³. Прочность полимербетонов определяется их составом и в некоторой степени режимом твердения. Сравнение механических свойств полимербетонов и обычных бетонов показывает, что прочность при сжатии у полимербетонов выше в 2—3 раза, прочность при изгибе выше в 6—10 раз, для полимербетонов характерна меньшая разница между прочностью при изгибе и при сжатии; удельная ударная вязкость полимербетонов выше в 5—10 раз. Модуль упругости полимербетонов в 1,5—2 раза ниже вследствие высокой ползучести, присущей всем полимерным материалам. При обычных температурах полимербетоны неспособны длительно выдерживать нагрузки, составляющие более 40—50% от разрушающих, так как начинаются незатухающие деформации ползучести, приводящие через некоторое время к разрушению бетона. При температуре 60—90° (зависит от вида полимера) незатухающая ползучесть начинает появляться уже при небольших нагрузках (10—15% от разрушающих). При температурах выше 90° полимербетоны постепенно полностью теряют несущую способность. Ценным качеством полимербетонов по сравнению с цементными является низкая истираемость, в особенности бетонов на эпоксидных и фурановых полимерах . Полимербетоны обладают отличной адгезией к большинству сухих строительных материалов. Наибольшей адгезией обладают эпоксидные полимербетоны. Например, прочность сцепления их с цементным бетоном выше, чем прочность последнего при растяжении. Плотное строение и водостойкость составляющих полимербетона придают ему практически полную водонепроницаемость. Водопоглощение полимербетонов не превышает 0,5—1%. Как следствие водонепроницаемости и низкого водопоглощения, у полимербетонов очень высокая морозостойкость (более 300—500 циклов). Одним из главных преимуществ полимербетонов, определяющим область их применения, является высокая химическая стойкость. В отличие от обычного цементного бетона полимербетон обладает высокой стойкостью к действию кислот, растворов солей и нефтепродуктов. Стойкость полимербетона в той или иной среде зависит от вида полимерного вяжущего, стойкости заполнителей и ряда других факторов. Например, для кислотостойких бетонов необходимо применять кислотостойкие заполнители (кварц, андезит, графит и т. п.). Для обеспечения высокой стойкости, безусловно, необходима плотная структура полимербетона. Влияние полимерного связующего сказывается и на термических свойствах полимербетона. Коэффициент температурного расширения полимербетонов выше, чем у обычного бетона, вследствие высокого коэффициента температурного расширения полимерного связующего, равного 0,5—1,0·10^-3 1/град, т. е. в 5—10 раз выше, чем у стали и цементного камня. Поэтому для снижения температурных деформаций полимербетона желательно уменьшать расход полимерного связующего. Теплопроводность полимерных бетонов ниже, чем у цементных. Как было показано выше, существенным недостатком полимербетонов является сравнительно низкая термостойкость. Предельные температуры, в которых можно эксплуатировать конструкции из полимербетонов, не превышают 150—180°.

Область применения полимербетонов. Полимербетоны применяют для устройства монолитных бесшовных полов, отделочных и защитных покрытий строительных конструкций, ремонта и омоноличивания бетонных элементов, изготовления полимербетонных элементов и пр. Но, как было отмечено выше, применять полимербетоны особенно целесообразно для изготовления химически- и морозостойких конструкций. В связи с этим наибольшее распространение полимербетоны получили для защитных покрытий строительных конструкций и технологических установок химических предприятий, а также для устройства бесшовных полов. Такие полы и покрытия нетрудоемки в изготовлении; они легко поддаются ремонту и восстановлению. Из полимербетонов изготовляют элементы наружной облицовки гидротехнических сооружений, работающих в особо тяжелых условиях — абразивный износ, постоянное действие воды, частое замораживание и т. п.Полимерные растворы и мастики используют для склеивания, замоноличивания и ремонта бетонных и железобетонных конструкций. При этом прочность склейки обычно превышает прочность склеиваемой (омоноличиваемой) конструкции. Растворы и мастики применяют также для кладки из кислотоупорных кирпичей и приклейки кислотоупорной плитки. Представляет интерес использование крупнопористого полимербетона (с объемной массой менее 500 кг/м³) на особо легких заполнителях (перлит, керамзит) для теплоизоляции. Использование полимерного вяжущего вместо минерального позволяет ощутимо уменьшать теплопроводность и объемную массу таких бетонов.