БЕСПРЕССОВЫЕ ПЕНОПЛАСТЫ В СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЙ

Во многих странах (США, Англии, Франции, ФРГ и др.) пенополиуретано'вые заливочные пенопласты зани­мают значительное место в строительстве, их применяют в качестве конструкционного и теплоизоляционного ма­териала (см. главу V). В меньшем объеме в этих стра­нах применяют феноло-формальдегидные заливочные пенопласты, хотя за последние годы в США производ­ство этих пенопластов возросло в несколько раз.

В Советском Союзе полиуретановые пенопласты в строительстве применяют пока в сравнительно неболь­ших объемах. В то же время наличие широкой сырьевой базы, низкая стоимость и негорючесть феноло-формаль­дегидных заливочных пенопластов предопределили то большое внимание, которое уделяется в нашей стране этим пенопластам. Дальнейшее развитие химической промышленности позволит в значительно больших объе­мах применять в строительстве и полиуретановые пено­пласты.

В зависимости от вида конструкций (плоские или -пространственные, с обрамлением или типа «'сэндвич»), оснащенности производства, требуемой производительно­сти, объемного веса среднего слоя и других факторов могут быть приняты различные технологические схемы заливки пенопластов. Во всех случаях основное разли­чие в технологии изготовления будет заключаться в рас­положении конструкций перед заливкой — вертикальное или горизонтальное. Так, например, в горизонтально расположенную панель композицию заливают по всей поверхности слоем, толщина которого не должна быть меньше 6—10 мм, так как в противном случае масса не вспенится из-за больших тепловых потерь.

Удельный вес исходной композиции феноло-формаль­дегидных пенопластов составляет примерно 1,25 г/см3.

При свободном вспенивании объем композиции увеличи­вается в 25—50 раз. Если вспенивание ограничено зам­кнутой полостью, то объемный вес среднего слоя будет обратно пропорционален толщине панели. Таким обра­зом, при горизонтальной заливке в конструкциях тол­щиной меньше 120 мм трудно получить средний слою небольшого объемного веса. >

Ниже дана зависимость объемного веса среднего слоя от толщины панели.

Вертикальная заливка панелей позволяет получить средний слой более легким — 25 «г/ж3, при этом плот­ность среднего слоя в основном зависит от активности смолы и принятой рецептуры.

Процесс заливки пенопластов сводится к выполнению следующих основных операций: подготовки внутренней поверхности конструкции, приготовлению заливочных композиций, заливке композиций в конструкцию и кон­тролю качества заливки.

Подготовка внутренней поверхности конструкций за­ключается в следующем: асбестоцементные материалы обшивок и обрамление очищают от пыли, обдувая сжа­тым воздухом, масляные пятна снимают растворителями. В связи с довольно высокой кислотностью феноло-фор - мальдегидных пенопластов необходимо защищать асбе­стоцементные обшивки, нанося синтетические клеи на поверхность, соприкасающуюся с пенопластом. Синтети­ческие клеи также повышают адгезию пенопласта к ас­бестоцементу и, кроме того, выполняют роль пароизоля - ции. Для этого могут быть использованы клеи, уже на­шедшие применение в строительстве — эпоксидные ЭПЦ-1, битумпо-каучуковые БКС и др. Эпоксидные клен наносят при обычной температуре, а мастику БКС — в горячем виде (80—100°С). Время от нанесения клея до заливки композиции должно соответствовать периоду его жизнеспособности.

Феноло-формальдегидные пенопласты имеют более высокую, чем к асбестоцементу, адгезию к древесине, неотвержденным стеклопластикам, древесностружечным и древесноволокнистым плитам. Кроме того, эти мате­риалы менее чувствительны к действию свободной кисло­ты, поэтому во многих случаях не требуется наносить па них синтетические клеи.

Приготовление феноло-формальдегидных заливочных композиций начинается с определения индукционного периода и кратности вспенивания, а также предвари­тельного расчета количества композиции, необходимой для заливки в ту или иную конструкцию.

Индукционный период при вспенивании заливочных пепопластов определяют следующим образом[4]. В метал­лический стакан диаметром 150 и высотой 250 мм, снаб­женный ручками, наливают 250 г смолы с точностью ±0,5 г. Смолу перемешивают рамочной мешалкой с числом оборотов 1200—1400 в 1 мин в течение 30 сек, После чего вливают 45 г катализатора ВАГ и перемеши­вают еще в течение 30 сек. Одновременно с началом введения катализатора включают секундомер. По окон­чании перемешивания стакан с композицией 'ставят на горизонтальную поверхность и фиксируют время до на­чала видимого вспенивания (подъема) массы. Это время принимается за показатель индукционного периода.

Кратность вспенивания показывает увеличение объе­ма вспененного продукта к первоначальному объему взя­той композиции при определенных условиях и позволяет с. достаточной точностью определить объемный вес полу­ченного пенопласта. Кратность вспенивания определяют одновременно с определением индукционного периода. После окончания процесса вспенивания композиции в стакане замеряют общую высоту по верхней точке с точностью 1 мм.

Кратность вспенивания Q рассчитывают по фор­муле

Q = nd^Hj, _ 0CJH^ 4 а,

Где Тс— удельный вес смолы при 20°С, равный 1,24 г,'см3; D-- диа­метр металлического стакана в см; Н — высота образца после вспе­нивания в см Gc—навеска испытываемой смолы п г; 0,9 — суммар­ный коэффициент пересчета в слН.

Необходимое количество июмпозпцпп G определяют исхода пз объема, подлежащего еап^гненшо, и задан­ного объемного вааа по формуле

Где V — объем, подлежащий заполнению пенопластом в смЦ чI— удельный вес композиции в г/сл3; Q — кратность вспенивания смолы (по данным испытаний); 1.2 — эмпирический коэффициент пересчета с учетом потерь при заливке пенопласта.

Затем в соответствии с рецептурой определяют коли­чество смолы и вспенивающего агента

Компоненты композиции можно смешивать па обору ■ дованни периодического действия и непрерывным сме­шиванием па специальных установках.

У большинства принятых фецолс-формальдегидных рецептур индукционный триод равен 2—3 мин. поэтому смешанная композиция должна быть залита в полость конструкции в возможно короткий1 «;рок до начала вспе­нивания.

Вспениваются ц отвержда^ая заливочные пенопла­сты обычно прп температуре 18—20°С. Если в помеше - нин, где приготовляют и заливают пенопласт, темпера­тура ниже 18°С, то конструкция и заливочные компонен­ты должны быть подогреты до 18—20°С.

Заливка пенопластов в конструкцию. Как отмечалось выше, при изготовлении панелей сравнительно неболь­шой толщины (80—100 мм) и для получения среднего слоя с небольшим объемным весом композиции следует заливать в вертикально расположенные панели в один или несколько приемов. Во втором случае каждый по­следующий слой следует заливать после отверждения предыдущего, т. е. примерно черев 7—10 мин

При вспенивании заливочных пенопластов в полости конструкций развивается внутреннее давление, равное 1—2 кГ/LM2, пввтому во избежание значительных дефор­мации конструкции помещают в специальную оснастку, которая воспринимает это давление.

При толщине изделия больше 100 мм композиции иожно заливать в горизонтально расположенные формы. Как в первом, так и во втором случае для выхода газов во вр$-мя вспенивания пенопласта в верхней части кон­струкции лолдпы быть предусмотрены отверстия диа­метром 3—4 мм. Выход через эти отверстия заливоч­ной композиции подтверждает полноту заполнения по­лости конструкции пенопластом.

Оригинальный метод изгвяовления трехслойных кон струкций с наружной обшивкой из стеклопластика, внутренней ira древесностружечных плпт п средним слоем из феноло-формальдегидных заливочных пенопла - етов разработан в НПИПМ[5].

Наружную стеклопластиковую обшивку толщиной 3—4 мм и боковые стенки трехслойной панели форму­ют из сте|*лохолстов типа ХЖК на полиэфирной смоле ПН-1 в горизонтально расположенной силовои оснаст­ке, которая имеет внутренние размеры, соответствую­щие размерам готовой конструкции. Одновременно с этим в механической мешалке приготовляют соответст­вующее количество фсноло-форяальдегидпой заливоч­ной композиции ФРП. По окончании формования об шивки приготовленную композицию заливают в форм$, разравнивают и накрывают древесностружечной плнтой толщиной 18—20 мм. Для восприятия даащепия, кото­рое развивается при вспенивании пенопласта, форму закрывают крышкой и фиксируют стяжными болтами.

При вспенивании феноло-формальдегидной компо­зиции развивается давление, юэторое подпрессовывает оииыюпластик и повышает качество пропитки стекло - хв*»стов, а в результату экзотермической реакции по­ликонденсации пенопласта повышается гемпепатура, которая ускоряет процесс отверждения стеклопласти - ковой обшивки. При таком методе изготовления наряду с ускорением процесса отверждения свяр/ющего в стек­лопластике получается хорошее сцепление феноло-фор - мальдегидного пенопласта с наружной и внутренней обшивками без применения синтетического клея. При объемном весе среднего слоя 70—80 т/м3 трехслойные панели бее каркаса имеют необходимую прочность и жесткость.

Куйбышевским Оргэнергостроем была разработана технология изготовления теплых щлстрапственпых п чпт покрытии у которых средний слой состоял из фе - недо-формальдегидных заливочных пенопластов. а на­ружная обшивка была выполнена ив армоцемента. Прп сравнительно небольшой толщине армоцемента (12—
15 мм) возрастала вероятность коррозии стальной сет­ки остаточной кислотой феноло-формальдегидных пено­пластов. В соответствии с этим были приняты спе­циальные меры по снижению кислотности. По приня­тому технологическому процессу феноло-формальде - гидный паиопласт заливают-в специальные формы и после отверждения нейтрализуют остаточную кислот­ность. Затем блоки разрезают на плиты нужных раз­меров.

Процесс изготовления плит покрытий состоит ИЗ: следующих операций: формования на специальном ста­не нижнего листа из армоцемента с отгибкой верти­кальных ребер, укладки феноло-формальдегидного пе­нопласта, приформовывапия верхнего армоцементного листа с отгибкой ребер и процесса отверждения армо­цемента. Прнформованпый армоцемснт имеет хорошее сцепление с феиоло-формальдегидным пенопластом. При испытании таких конструкций разрушение обычно происходит по пенопласту.

На физико-механические и технологические свойст­ва феноло-формальдегидных заливочных пенопластов большое влияние оказывают принятая рецептура и вы­бранные технологические режимы и регламенты. Так, например, одной из особенностей феноло-формальде­гидных заливочных пенопластов является ярко выра­женная неоднородность объемного веса в сечении по толщине (рис. 22). Это объясняется тем, что у гранич­ных слоев потери газа больше, чем в средней части, и

Они недостаточно вспениваются, образуя плотную кор­ку. Непосредственно к корке примыкает пенопласт, имеющий наибольший объемный вес, характерный для данного изделия, который уменьшается к средней ча­сти сечения (рис. 23).

Известно, что феноло-формальдегидные беспрессо­вые пенопласты гигроскопичны и могут адсорбировать влагу из воздуха. В этом отношении наличие корки по периметру блока — явление положительное, так как корка препятствует проникновению влаги в среднюю часть блока. С точки зрения работы трехслойной кон­струкции такая неоднородность объемного веса повы­шает устойчивость сжатой обшивки и улучшает усло­вия восприятия местных нагрузок. В то же время на­личие корки и более плотного пенопласта значительно увеличивает расход материалов и, следовательно, сред­ний объемный вес пенопласта.

В тех случаях, когда требуется получить средний слой с небольшим объемным весом, можно путем по­догрева материала обшивок и исходных компонентов значительно уменьшить толщину корки и свести к ми­нимуму разницу между объемными весами по сечению блока.

Феноло-формальдегидные заливочные пенопласты представляют собой материалы с направленной струк­турой, у которых прочность при сжатии и растяжении вдоль направления вспенивания всегда несколько выше прочности поперек направления вспенивания. В наи­большей мере эта разница проявляется у пенопластов с небольшим объемным весом — 25—30 кг/м3 (табл. 18).

Т а б л и ц а 18

Прочность феноло-формальдегидных пенопластов при сжатии в зависимости от направления приложения усилия

Прочность при сжатии в кГ/см2

Вдоль направления вспенивания

Отношение

Поперек направления прочности вспенивания

Так, например, если прочность пенопласта объемным несом 25~А30 кг/м* поперек направления вспенивания па 26—27% пп/кс прочности вдоль направления жпепнва - ння, то у пенопласта объемным весом 40—50 кг.чъ твт - Встствующее еппжепие составляет 5—8%. Эта свойство необходимо учитывать прп плготовлеини конструкции и заливать композиции таким образом, чтобы при эксплуа­тации конструкции основные сжимающие и растягиваю­щие усилия действовали по направлению вспенивания.

Контроль качества среднего слоя па ееиове заливоч­ных пенопластов до недавнего времепп был довольно овожпой задачей. Единственным объективным являлся способ, прп котором из конструкции вырезали образцы и испытывали их до разрушения. Более перспективным являлся метод иеразрл шающего контроля, основанный на ультразвуковом прозвучпваньн конструкции.

Работа ми московских i) ленинградских паучпо-псслс - довательекпх Организаций было установлено [3S], что для контроля качества пенопластов наиболее удобным является импульсный акустический метод. Этот метод позволяет определять среднюю объемную пористость, местные более крупные пустоты и непроклеи. Так на пример, в Ленинградском строительном институте для этих целей используют ультразвуковой импульсный при­бор УЗК-62 Кишиневского завода [25]. Скорость распро­странения ультразвукового импульса в этом случае оп­ределяют по формуле

V= —-— 103 м/мкеек, (9)

T — t О

Где I — база измерения в мм T — общее время распространения ульт­развукового импульса в мк ■ сек To — потери в щупах в мк-сек.

По скорости распространения ультразвукового им­пульса судят о той или иной физической характеристи­ке, определив предварительно корреляционную зависи­мость между этими величинами па эталонных образцах, для которых эти характеристики и дефекты выявлены обычными способами.