Эксплуатационные свойства
Лабораторные испытания материала и моделей конструкций
Способность пенопластов выполнять свои теплоизоляционные "функции в печение длительного суго^а эксплуатации является одним щ критериев их оценки. Известно, что на деформационные, прочпоггные и теплоизоляционные характеристики пенопластов влияет не столько одновременное действие температуры и влажности, сколько изменение этих факторов.
Ивеледования пенопластов проводились в ЛенЗНИИЭПе па моделях, имитирующих чердачное проветриваемое перекрытие и трехслойную конструкцию. Фрагменты панелей были выполнены Н. З деревяиног® каркаса размером 750x750 мм и высотой 150 н 100 мм с обшивками нз слоистого пластика и различными видами паронзоляции. Конструкция папелн заполняла^ пено - пластамп марок МФП-1 и Б'ГП-М.
Цикличные испытания карбамндных пенопластов были проведены в климатической камере «Фойтрон» по режимам, моду лирующим зимние и летние условия эксплуатации материалов в конструкциях. Влияние температуры п влажности изучалось но двум режимам: зимнему и летнему. Зимний режим включал в себя воздействие' отрицательных (—10° С) н положительных ( + 15° С) температур с двукратным переходом через 0° С при Ф = 80%. Количество циклов испытаний выбрано по числу переходов через 0° С, соответствующих примерно 1 году службы теплоизоляционных материалов в условиях эксплуатации для средней полосы СССР. Было установлено, что с увеличением количества циклов испытаний 'температурные деформации при зимнем режиме уменьшаются и за 30 циклов не превышают 0,25%. При летнем режиме испытаний (iI=15+50oC) максимальные относительные деформации достигают 2,5°, что приводит к трещииообрэеованию пенопласта.
Относительные деформации пенопластов при цикличном изменении влажности среды от 30 до 90% и постоянной температуре /=20°С находились в пределах от 0,75 до 1,0%. При одновременном изменении температуры от 1(2 до б^^1-' влажности воздуха от 20' до 90% деформация зависит главным образом от изменения влажности и в меньшей пепсин ш' мамин пня том пера т ры. Для заливочных попоплас i он марок ЧФ11 I и БТП-М величины деформации при одновременном изменении температуры и влажности составили 0,85% и оказались одного порядка с деформациями, зависящими от изменения одной только влажности.
Испытания пенопластов в климатической камере по летнему и зимнему режимам показали, что цикличное изменение эксплуатационных фактвров оказывает существенное влпяпне тпь - ко на заливочные пенопласты. Что касается мипоры, то была обнаружена ее весьма высокая сопротивляемость даже при жестких режимах воздействий. Степень снижения пределов прочности при сжатии оказалась для каждой марки пенопласта за один год примерно одинаковой для МФП-1 она находится в пределах от 0,48 до 0,57, а для БТП-М — от 0,69 до 0,75
Специальные защитные покрытия (красками Э-КЧ-26Н, Э-ВС-18 и евставом 712) позволяют избежать разрушения пенопластов при резких колебаниях температуры и влажности среды и замедляют процесс высыхания пенопласта.
Влияние температуры и влажности на прочностные п теплоизоляционные свойства заливочных пенопластов в лабораторных условиях и на моделях показало, что снижение прочности при сжатии во времени носит затухающий характер. У мипоры вообще не наблюдалось снижения прочности. При этом коэффициент теплопроводности карбамндных пенопластов *кже почти н« изменился и находится в пределах от 0,035 до 0,041 Вт/5|М • аС) [21].
Влияние эксплуатационных факторов па свойстве карбампд- ного пенопласта марки МФП-2 исследовалось Центральным научно-иссл-едэвательским институтов экспериментального проектирования сельского строительства (ЦНИИЭПссльстроя) в климатической камере при температуре +16°С и влажности воздуха 75% *.
Исследование пенопласта и теплотехнические испытания осуществлялись на моделях, имитирующих стеновые панели п чердачное перекрытие. Фрагмент стены был выполнен из кирпича с заполнением в полости стены пепоптачта марки МФГ1 2 толщиной 80 Mil. ФрШ^епт стеновой панели был выполнен па деревянном каркасе заводского изготовления с обшивками из плоских исбеетоцементных листов и сверхтвердых древесно-во - локнистых плит с различными видами пароизоляцпп и с заполнением в полость панели под давлением пенопласта МФП-2 толщиной 100 мм.
Результаты испытаний показали, что при нормальном режиме эксплуатации на внутренних поверхностях фрагментов вы-
" 1 [ормаГнппые параметры воздум нпутри ошшнрцпкоц, падения Kuii-u'iu-a i.1 не паолюда. юсь, г л к как м. исопая urmaH - пость пенопласта К кош,,у периода п. тагоиакоплепия при ni. icouix icii. io i мни 1 lii. ix ктчесиич itour i рукппп находилась п пргтлах Iюрми|■ гм1.1 ис.'Кнмш
Массовая влаллнхгь пенопласта в сreiFWobix naii^eix снизилась да.12—27%, не превысив максимально допустимой влажности, равной 40%.
Эксплуатационный коэффициент теплопроводности к концу периода влагонакоплеппя (с января па июнь) для фрагментов обличенных кирппчпы* стаи А, 0,067 Вг/(м -°С), фрагментов стеновых панелей с обшивками ^ = 0,053 Вт/(м • а в с)Хом состоянии >, = 0,045 Вт/(м • °С). Каркасные панели, утепленные пенопластом МФП-2, с внутренней обшивкой ив сверхтвердых древесноволокнистых плит требуют устройства паро - изоляции в виде полиэтиленовой пленки.
Высокие теплозащитные качества и удовветворнтельный влал<ностный режим фрагментов конструкций позволили реко - мандовать их для экспериментальной проверки в условиях эксплуатации животноводческих зданий.
Поведение пенопластов в натурных условиях эксплуатации Влияние эксплуатационных факторов на свойства карбамндных пенопластов марки БТП М иссле|р»алось в Ла»3|ИН11ЭПе С участием сотрудников Ленинградского ДСК-4 и Гатчинского ДС1. Наблюдения за пенопластом проводились в чердачных вентилируемых перекрытиях пятиэтажных жилых домов серий 1ЛГ-507 в Ленинграде и 1-464Д в Ломоносове (Ленинградская об.%) через 8 месяцев, 10 месяцев, 2,» года и 15 am эксплуатации.
Значительный интерес представляа»т сравнение прочности пенопласта марки БТП-М после 8- и 10-месячно* 9+есплуатацпи в чердачных перекрытиях жилых домов Серий 1ЛГ-507 н 1 -464Д с результатами лабораторных испытаний этого пенопласта в климатической камере по «зпмием) режиму» н не моделях. Степень снижения предела прочности при сжатии пенопласта, ыар ш БТП-М, вычисленная пелле 240 суток выдержки, при лабораторных иштытапиях находилась в интервале »т 0,73 до 0,7$.
В чердачных перечрытпях па первом объекте эта ветичниа составила 0,65, а па второй - 0,62. ^цгпыиеппе пре
Тела прочности пенопласта, жеплу; i ироиапшегоен в чцрлачпых перекрытиях жило») дома серии 1ЛГ-507, по сравнепнш с прошедшими лабораторные испытания образца-ч! объяснтещя чрж - мерно интенсивней сушкой материала на о"б%екте летом в про - ветрнва( мом чердачном пространства.
Контроль за изменением коэффициента теплопроводности карбамндных пенопластов во всех эксперимента"*:, связанных с воздействием .эксплуатационных факторов показал, что при одних и тех же условиях его определения (прежде всего при одном и том же уровне относительной влажности) сколько-нибудь ра - мет пых изменений этой важнейшей характеристики не наблюдалось. Несмотря па вызванные старением изменения в структура карбамндных iieiioiwiacтой, приводитне к п<шитшио i ре щпп, т еп. тозатпт пин енот тна них матери i. nm ori. uumi па первоначальном уровне п нрактичееки пе меняются. Через 15.тот эксплуатации пенопласт на нервом объекте имел кажущуюся плотность 11,0 кг/м3, объемную влажность 1,3%, коэффициент теплопроводности 0,029 ВТ;/(м • °С).
Влияние эксплуатационных факторов па свойства пенопластов марок МФП-1 и МФП-2 исследовалось ЦНИИЭПсельстроем на сельскохозяйственных объектах Владимирской области, в том числе коровниках, фруктохраннлише и жилом доме.
За поведением пенопласта в конструкциях велись наблюдения с марта 1973 г. по апрель 1974 г. Были проведены исследования сооружений, выполненных из кирпичных стен с утеплителем МФП 1 и МФП-2 толщиной 80 мм и стен с обшивками из волнистых асбестоцементных листов построечного изготовления при толщине утеплителя МФП-2, равной 80 мм. Несмотря на некоторые конструктивные недоработки и нарушения технологии заливки пенопласт в конструкции выполняет свои теплозащитные функции.
Массовая влажность пенопласта МФП-2 к концу! летнего периода сушки в конструкциях не превышала 40%, коэффициент теплопроводности при этом составлял 0,053 Вт/(м • °С). В сухом состоянии пенопласт имел Я=0,045 Вт/(м ■ °С). Полученные значения могут быть использованы при теплотехнических расчетах ограждающих облегченных конструкций - • применением пенопласта МФП-2 [2].
Во ВНИИССе проведены натурные и ускоренные испытания пенопластов МФП. Изменение физико-механических' свойств пенопласта МФП-1 изучалось после 10-летнего храпения в неотапливаемом помещении в г. Владимире. Результаты испытаний показали, что коэффициент теплопроводности з« 10 лет практически не изменился, а прочность при сжатии через 7 и 10 лет снизилась. Изменение прочности пенопласта зависит в большей мере от ячеистого строения материала и в меньшей — от различных климатических условий.
Таким образом, заливочные карбамидные пенопласты марок МФП и БТП-М способны сохранять свою структуру и тем самым обеспечивать необходимую теплозащиту помещений даже при условии некоторого нарушения макроструктуры. Основными причинами появления волосных трещин служат резкие колебания температуры и влажности окружающей среды, причем наиболее ответственным для заливочных карбамндных пенопластов является начальный период высыхания после заливки в конструкцию. Именно в это время происходит интенсивная н< усадка, что приводит к образованию микротрещин. Данное обстоятельство свидетельствует о необходимости защиты карбамндных пенопластов от резких колебании температуры и вАчЩастн epejii. i. например нокры i ihi iivicm папы leimti по иШерпымп со
С ii 11.1 М ii i,1 К,1 )| i. i iii ii i,1 , К pi IMC i О | и, I м ic i 111 p. i i i iicl i M (1 ii i к
Нут роль, uH^Jlbni процесс глажпеппя пспопласia после сю заливки.
Зарубежный опыт эксплуатации карбамндных пенопластов. Несмотря на то что карСимидные пенопласты в строительстве За рубежом применяются давно, тщательному исследованию долговечности пеноплена в конструкциях д« сих пор не уделялось достаточного внимания. В ФРГ было проведено впзрАлыюе обследование изошаума. За время эксплуатации конструкции пенонлает не разрушился и пе вызиячв коррозии строительных материалов, граничащих с ним (тагЗл. 6).
Т А в л н ц а 6 Натурные обследования и шшаума
|
В ГДР были проведены испытания пенопласта термошаум, предназначенного для тоилоиволяшш облегчен»* наружных стен зданий. Пенопласт отличается долговечностью, стойкостью к растворителя^, не вызывает коррозии арматуры. Влажность пенопласта, находящегося в полости стен в течение первых 3 месяцев эксплуатации здания, уменьшилась с 1 до 0,03%, через
I год не превысила 1%, черев 7 лет составила 0,15%, а черев
II лет - 0,13% (по объему). Коэффициент теплопроводности увеличился па 5%.
В Швеции фирма «Штатенс Планверя» совместно с Управлением и Научно-исследовательским институтом индустриализации жилищного строительства (НИИЖС, Швеция) на основании проведенных исследований разработала инструкции и указания по улучшению теплоьвеляцпп в построенных зданиях.
Путем iffwtPl"' карбампдпоп пены и обр попавшиеся Густоты. I Ipr. uiapn le. ii. iiC) nu'ii ппи, паны дна iiiii;i <|ip;u мгп inn lumvirn егеп размерами lOX'lXJ^l) гм. 11.нот on еппые нашли подле жали векрытию через 2, 5, 9, 24 и 28 месяцев после йапойпенпя карбамидиой пеной с целью определения следующих характеристик: адгезии пены с внутренней поверхности обшивок, усадки теплоизоляции, плотности и массовой влажности пенопласта н других.
В результате испытаний выяснилось, что адгезия пепы к кирпичу удовлетворительная. Вертикальная усадка составила 8— 10 "о. Влажность пенопласта не превысила 15% по массе при ^ = 85%. Коэффициент теплопроводности пенопласта (р=7— 14 кг/м3) в су*ом состоянии при температуре +10° С составил от 0,0,34 до 0,0 ±1 Вт/(м ■ °С).
Однако в инструкциях «Плаиверк» указывается, что практически коэффициент теплопроводности с учетом трещин следует принимать А = 0.07 Вт/(м-°С). В них также подчеркивается, что при эксплуатации пенопласта в конструкциях допускается небольшое количество трещин, возникших в результате усадки материала. Наличие же больших незаполненных трещин недопустимо. В Англии наблюдаются елучаи отсыревания стен, выполненных из облегченной кладки, пустоты которых были заполнены карбамидной пеной. Проникновение и конденсация влаги на внутренней поверхности стен может быть устранена конструктивными, технологическими и многими другими способами.
Положительный опыт эксплуатации карбамндных пенопластов и результаты обследования различных конструкций с их применение» позволят шире использовать пенопласты в качеств* тепло - и звукоизоляции в строительстве.
Санитарно-химические исследования пенопласта. При гигиенической оценке полимерных материалов, применяемых в строительстве, чаще всего используются санитарно-хнмнческне и токсикологические методы исследования. Цельюхаиитарно-хи - мических исследований полимерных, строительных материалов является качественное и количественное определение вредных летучих веществ, выделяющихся из них в воздух. Эти исследования проводятся на мод#лях и в натурных условиях. Результаты сапитарпо-химнческих исследований оцениваются путем сопоставления их с допустимыми уровнями (ДУ) выделения химических веществ из полимерных материале в воздушную ера - ду жилых н общественных зданий, при их отсутствии — со значениями предельно допустимых концентраций (ПДК) для атмосферного воздуха.
Карбамидоформальдегидные смелы, на основе которых изготовляются заливочные и блочные пенопласты, содержат эт 0,3 до 3,5% свободного формальдегида п способны выделять ii ПиУД1(п1п к) среду. ilUl'hlTC. imioc его tfo.'lll'lld'lftio 1)Д1щ4*> по ||ПМ I llllllH^t Ш'.'И. ТЧ cv III IT. О iM'i. T 11Ч ei I lie фор м ; i, T i. 'M T ii I.'i ii lolo ним 11r1i1411.il ic ii hiNWihkc cio им и'.тепни ito времени
L. aini i. ipiio химическое исследи, nine i. i.iiim>чiм. i пнрончпд пых пенопластов марки ЬТП-М проводилось Ленинградской городской санэпидстанцией и Ленинградским санитарно-гигиеническим медицинским институтом совместно с ЛенЗНШ 1ЭПом.
Испытание образцов прыюдплп в «аответсгвии с «Методическими указаниями по санитарно-гигиенической оценке полимерных строительных материалов, предназначенных для применения в строительстве жилых и общественных зданий». <£ани - тарно химические исследования заливочных карбамндных пенопластов показали, что они способны загрязнять окружающий воздух формальдегидом и аммиаком Наличие запаха формаль дещйг определялось органолептически.
Была определена динамика выделения свободного формальдегида из образцов пенопласта марки БТП-М на смоле М19-62. Содержание формальдегида черев 30 суток снизилось в 13 раз — до 0,54 иг/м3, незначительно превысив предел допустимых концентраций для рабочей зоны: ПД1=0,5 м*/м3. Через 42 суток формальдегид не был обнаружен.
Санитарно-химические исследования в моделируемы < устовн - ях. Выделение формальдегида во времени изучалось на фрагментах трехслойных панелей размеров 400X100 мм н тСтщн - пон 100 мм с теплоизоляцией на основе залпиочпояз пенопласта марки БТП-М.
Конструкция панели состояла из деревянного каркаса с теплоизоляцией из пенопласта марки БТП-М и двумя конструктивными обшивками Для создания равноценных условий наружные и внутренние обшивки панелей были выбраны однородными, при этом первая, вторая, третья и шестая панели выполнены с обшивками из фанеры, асбеста, сухой штукатгпки и армоцемепта без стыков и без защиты внутренних слоев панели; четвертая — из фанеры с центральным стыком и с за щнтным слоем фольги; пятая из сухой штукатурен; а^дь - мая — из армоцемепта с защитным слоем иоливипплацетатой эмульсин (табл. 7).
После заполнения карбамидной пеной панели через сутки помещали в камеру. Исследования проводили с однократным воздухоойжепом при температуре воздуха 20±2°С.
Изучение воздушной сра^ы камеры с вмонтированной трехслойной ианелыо, одной стороной обращенной в камеру, показало, что выделение свободного формальдегида из панелей носит затухающий во времени характер. Учитывая жесткий режим но^тедееаний трехслойных конструкций в камере, карбамп тиые пенопласты, нмиадящпсся между двумя обшивки ми (первая—четвертая папайи), выделяют в таяение первых с«М в воздух формальдегид в концентрации от 0,65 я©
0,30 мг/^д® независимо от конструкции самой напели. По истечении <1 месяцев верхний предел1 содержания формальдегида ввоз ч\е Пыл ни, ке Допусти мот уровня для форма [ьцп н l 1 0,01 мг/м3).
При изучении дниамнкп выделения формальдегида в камеру из пятой панели, где внутренняя поверхность конструкции защищена слоем фольги, он не был обнаружен. Защита внутренней обшивки панели одним слоем фольги толщиной 0,1 мм обеспечивает падежную изоляцию от проникновения формальдегида внутрь камеры.
Проведенный анализ воздушной среды шестой панели показал., что через сутки в воздухе камеры формальдегид был обнаружен в количестве от 0,11 до 0,07 мг/м3; это значительно превысило ПДК для атмосферного воздуха. По истечении 6 месяцев верхний предел концентрации формальдегида в камере составлял уже 0,04 мг/м3.
Исследование воздуха седьмой панели показало, что коли чество формальдегида было значительно меньше, чем в шестой панели, и составило 0,03 мг/м3. Это свидетельствует о том, что полимерная защита панели с внутренней стороны препятствует выделению формальдегида. Однако и после 6 месяцев концентрация формальдегида в воздуха составила только 0,01 мг/м3.
Трехслойные панели с наружными обшивками из фанеры, асбестоцемента и сухой штукатурки после изготовления выделяют в окружающую среду значительное количество формальде - гида. Однако через 6 месяцев его содержание снижается и не превышает нормы, кроме панелей, выполненных с наружными обшивками ии армоцемента. Для обеспечения падежной защиты конструкции от выделения формальдегида с внутренней стороны ®€шивок необходимо устройство паронепроницаемой защиты з виде полиэтиленовой пленки, фольги и других материалов.
Для решения вопроса в влиянии конструктивной защиты на процессы миграции химических веществ в воздух жилых помещений от теплоизоляционного слоя была изготовлена модель кирпичной стены для северных районов нашей страны (г. Пермь) с пароизоляцией и без нее (фрагменты панелей 8 ч 9 из табл.7).
В момент изготовления конструкции формальдегид и аммиак были в количестве, меньшем ПДК для атмосферного воздуха, и уже через месяц ни формальдегид, ни аммиак пе были обнаружены. Таким образом, заливочные карбамидные пенопласты могут применяться в качестве изоляции ограждающих конструкций, выполненных из кирпича. Кирпичная кладив со штукатур кой является надежной защитой от проникновения формальдегида и аммиака в помещение. С внутренней поверхности ограждения целесообразно предусмотреть и пароизоляиию.
Санитарно-гигиенические исследования в натурных условиях. Завивочный карбамидный пенопласт был применен в качестве
теплоизоляции п весчердлчни. ч нокрьиши. ч жилого :u>#Ji серии | л г по 7 Гьпелспме (|н) 11 м а л |, ич п Да п окружающую сречу ши-ц
UI. IC |1||]Ч' 1Г. ПЧЛ1НЧ. 1.1(111|М I нриеи с III Mill И I.111111111 Hi'СМ >1114 411
|>:ц"н>||.| .'Iriiiiin рад i Через I месяца iiiu'JH' .и ц pi. i i п ч крип in п черед заселением дома Орались пробы воздуха из жилою помещения, перекрытие над которым было залито пеног^ластом мар ки БТГ1 па смоле МФ-17. Диализ показал, что в воздухе жилых помещении формальдегида нет.
Лабораторией Московской городской санэпидстанции проводился анализ воздушной среды жилых долов арии 1ЛГ-602В, в помещениях которых был залит пенопласт марки МФП-1 на смоле МФ-1. Результаты анализа показали, что предел концентрации формальдегида в атмосфере' воздуха не превысил нормы. Предельно допустимая концентрация ПДК разовая составляет 0,035 мг/м[3], а среднесуточная — 0,012 мг/м3.
Санитарно-гигиенические исследования бесчердачных вентилируемых покрытий жилых домов, утепленных заливочными карбамидными пенопластами марок БТП-М и МФП, подтвердили возможность их применения в жилишно-гражданском строительстве. Из пенопласта, находящегося в открытом Состоянии, формальдегид выделяется в 3 раза быстрее, чем из пенопласта, находящегося в конструкции.
По ро»ультат*см санптарыа-гигиенических исследований, заливочные рарбамидные пенопласты допущены к применению в строительстве Главным саинтарно-чпнде. миологнческим управлением Минздрава СССР