ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Применение пенополиуретана в строительстве

К настоящему времени освоено много способов получения ППУ. Это значительно расширяет технологические возможности их использования и позволяет в каждом конкретном случае применить способ, который в наи­большей степени отвечает требованиям строительных конструкций, возмож­ностям производства, имеющемуся в наличии оборудованию и экономиче­скими соображениями [59, 112, 114, 115, 117]. Потребители, как правило, по­лучают от поставщиков продукцию ППУ в трех видах [117]:

- в виде готовых строительных изделий и конструкций с уже нанесенными на них ППУ (трехслойные железобетонные плиты «сэндвич - элементы» и т. д.);

- в виде готовых пеноматериалов, которые нужно нанести на строительную конструкцию (готовые плиты, блоки, скорлупы и т. д.);

- в виде исходных, жидких компонентов.

Подробнее рассматривая способы получения и использования ППУ, наи­более распространенные в строительстве нужно отметить следующие из них.

Способы механизированной заливки невгиенеиных или ступенчато Вспененных (в два этапа или более) композиций наиболее целесообразны при заполнении замкнутых объектов строительных изделий и конструкций.

Причем, способ ступенчатого вспенивания предпочтительнее, гак как для его осуществления не требуются ограничительные формы. Однако, при заполне­нии объемов малой и сложной конфигурации, желательно создание опреде­ленного давления при вспенивании.

Этот способ используют при получении многослойных и, в частности, трехслойных конструкции. В этих конструкциях листы силового материала (сталь, алюминий, ЦСП, ДСП. фанера, стеклотекстолит) расположены по периферии, а полость между ними наполнена пенопластом. В результате лого жесткость всего соединения повышается, и увеличивается устойчивость обшивки. Такая конструкция имеет достаточную прочность, продольную устойчивость, небольшую плотность, высокие тепвд-, и звукоизоляциошые свойства. Сэндвич-элементы с пенополиуреганоьой сердцевиной (рисунок 1.18) в основном испильзуются ь строительстве в качестве ограждающих конструкций. Требования в различных областях применения отличаются главным образом физическими свойствами и
главным образом физическими свойствами и пожаробезопасностью [58. 63, 81].

Методом заливки неьспененно - го iITTV производится теплоизоляция теплопроводов по технологии «тр>ба в трубе» (рисунок 1.19). Компози­ции ППУ заливают межд> поливи- нилчлоридной оболочкой (2) и стальной или пластиковой грубой (1) на месте изготовления изделий, как с подачей возд>ха для смешения, так и без него [58].

Метод заливки ППУ композиции в съемную опалубку на строй­площадке позволяет полностью воспроизвести качество ППУ изоляции заво­дского изготовления. Данный метод обеспечивает более качественную теп - лоиэоляцию и защиту строительных конструкций от коррозии по сравнению с иными методами изоляции. Так, в [58] описана последовательность техно­логической цепи геплоизопировагшя трубопровода:

- неизолированная поверхность трубы обезжиривается;

- на стальную труб> наносился ан­тикоррозионное покрытие;

- монтируется съемная опалубка;

- готовится ППУ-композиция в соответствии с технологическим регламен­том;

- 11ПУ-ком позиция заливается в Р,1СУ»0К ио " МЬдафншфовашм

Кирпичная колодцевая кладка, с теп-

Съемную опалубку и выдерживается уста - лоизоляцисй 5аливмым пенополиу­ретаном. Заштрихован утеплитель, новлениое время; не ;аштриховян кирпич

- съемная опалубка демонтируется.

В [81, 113, ] 16] описан способ дополнительною утепления кирпичных стен сложенных различными видами кладки путем заливки в пустоты «заб>- гок» ППУ. На рисунке 1.20 показана модифицированная колодцевая кладка, которая эффективна с различными засылками и заливными утеплителями [116]. По мере возведения кладки, после каждых 10-12 рядов в полости зали­вают композиции ППУ. Для увеличения долговечности стен, построенных подобными модифицированными кладками рекомендуют применение ме­таллических или стеклопластакивых связей.

Напыление ППУ целесообразно использова'.ь при нанесении пенопла­ста на открытые поверхности строительных изделий и конструкций, Для на­пыления используются двухкомпонентные или трехкомпонент ные пенопо - лиу] ютановые системы, ко горые вспениваются и стабилизируются в течение нескольких секунд. Реакция вспеьивания происходит >же на защищаемой поверхности. Благодаря этому создается сильная адгезия между пенополиу­ретаном и поверхностью. В работе [J12] отмечено, что сила сцепления П)1У с поверхностью некоторых материалов равна пи величине разрушающей на­грузке при растяжении самого пеноматериала.

Ны. Напыление можно проводить как на внутреннюю, так и на внешнюю по­верхность конструкций. На рисунке 1.21 показаны, примеры нанесения ППУ на внутреннюю строну стены кирпичного здания с последующим армирова­нием металлическими сетками (а) и на внешнюю часть кровли промышлен­ного здания (б). Так в [117] отмечается, что использование пенополиуретана для изоляции крыш нашло широкое применение в странах Западной Европы и США в течение последних 25 лет. Основная идея и решающее преимуще­ство этого метода состоит в том, что помимо напыления теплоизоляции про­изводится герметизация крыши, тогда как в случае обычной плоской крыши нужно было бы уложить несколько слоев различных материалов, выполняю­щих различные функции. С помощью пенополиуретана, наносимого методом напыления, при реконструкции крыш теплоизоляцию можно нанести на нее даже без демонтажа последней. При покрытии строительных конструкций твердым пенополиуретаном на наружной его поверхности образуется естест­венная корка. За счет ультрафиолетового солнечного излучения со временем пенополиуретановое покрытие приобретает коричневый цвет. Чтобы полу­чить хорошую стойкость к погодным условиям, наружная поверхность пено - материала должна быть защищена от ультрафиолетового излучения или с помощью окраски, или засыпкой из гравия с группой зернистости от 16 до 32 мм толщиной не менее 5 см. Гравийную засыпку необязательно химически обрабатывать против грибков и вредителей. В краевой зоне должно быть до­полнительно нанесено покрытие в виде защитной окраски. Нанося несколько слоев, можно получить теплоизоляцию нужной толщины. Такая техника процесса напыления дает возможность изготовления бесшовных, герметич­ных для воды теплоизолированных поверхностей.

Из конструктивных соображений при напылении ППУ на строительные конструкции с холодной стороны не обязательно производить пароизоляцию, так как водяной пар не проникает в пеноматериал и конденсат не образует­ся. Таким образом, пенополиуретан, как современный теплоизоляционный
с гроительный материал, можно применять не только для теплоизоляции сты­ков наружных стен и зазоров межцу оконными и дверными блоками, пола первого этажа и перекрытий над ье отапливаемыми помещениями, наружных стен, но и для теплоизоляции крыши. Особенно это касается тех крыш, на­грузки на которые должны бы гь минимальны [117].

Утепление фундаментов и стен подвала напылением пенополиуретана (рисунок 1.21) имеет ряд неоспоримых преимуществ перед традиционными способами утепления. Основополагающим преимуществом данного способа

Рисунок 1.21- Теплойюляция подвальных стен напылением ПНУ (а) - с внутренней стороны и (б) - схема утепления с наружной стороны: 1-стенка под­вала (кладка из псрисгых блоков), 2-ПГ1У. 3-обрагная засыпка, 4-филъгруюший гравий. 5-дренажная труба.

Утепления является следующее: сравнительно малые сроки проведения ра­бот и то, что данный метод не требует дополнительной гидроизоляции стен [106, 113].

Нетической энергии, истекающей с большой скорости струи композиции (безвоздушное распыление). На рисунке 1.21 в показана одна из подобный ус-

_______ Л

Тановок для напыления ППУ типа "Пена -12" производительностью 200 м в смену.

Готовые изделия из ППУ (плиты, блоки, скорлупы), получаемые спо­собом непрерывной заливки, используют тогда, когда это экономически вы­годнее вспенивания на месте [117].

Плиты, блоки и скорлупы из жесткого ППУ представляют собой изделия разных размеров и толщин. Как правило, эти изделия покрываются с одной или двух сторон защитным материалом (бумагой, стеклотканью, фольгой и. т.п.). Фольгированные изделия обладают дополнительными теплоизоля­ционными свойствами за счёт отражения лучистой составляющей теплопере­дачи. Для упрощения монтажа и лучшей теплоизоляции подобные изделия производятся со стыками "в четверть", шип-паз (рисунок 1.22).

Закрепление утеплителя на стенах при устройстве дополнительной теп­лозащиты может осуществляться следующими способами:

- навешиванием (на установленные заранее анкеры или с креплени­ем его дюбелями по месту);

- закреплением на направляющих (установка теплоизоляционного материала между направляющими, прижатие к направляющим, постановкой на направляющие);

- клеевым креплением (полимерными клеями или растворами);

- клеевым креплением с навешиванием.

При наклеивании плитного утеплителя клеевой состав должен обладать хорошей адгезионной способностью, как к поверхности утепляемой стены, так и для ППУ [112,115].

Выводы

1. К настоящему времени освоено много способов получения ППУ, что значительно расширило технологические возможности их использова­ния и позволило в каждом конкретном случае применить способ, кото­рый в наибольшей степени отвечает требованиям строительных конст­рукций, возможностям производства, имеющемуся в наличии оборудо­ванию.

2. На свойства пенополиуретана важное влияние оказывают его структура и состав полимера-основы.

3. Особенностью физико-механического поведения пенополиуретанов является наличие у них различных структур, с различной прочностью стенок и различной жесткостью тяжей ячеек пенопластов, а также су­ществование некоторого критического значения кажущейся плотности, ниже которого формостабильность жесткого ППУ резко снижается.

4. Существуют методики и математические модели, благодаря которым, исходя из рассмотрения геометрических элементов макроструктуры, можно определить основные особенности изменения прочности и мо­дуля упругости при сжатии и растяжении пенополиуретанов.

5. Прочностные механические характеристики в направлении перпенди­кулярному вспениванию, всегда меньше чем в направлении вспенива­ния, что связанно с формой ячеек и степенью их вытянутости.

6. Физические особенности кинетики деформации пенополиуретанов, обусловлены влиянием кинематических параметров деформации поли­мера-основы и свойств макроструктуры. В ряде работ предложено оп­ределение кинетических параметров деформации полимера-основы в пенопласте: фактического уровня напряженного состояния, истинного объема кинетической единицы деформации, эффективной энергии ак­тивации. Но так как испытания велись на разрывных машинах с опре­деленными скоростями нагружения, то по этим данным нельзя судить о

Реальной работоспособности материала, т. к. не успевают накапливать­ся нарушения структуры и значения получаются завышенными.

7. Характер влияния температуры на механические свойства пенопластов определяется свойствами полимерной основы, состоянием ячеистой структуры, наличием начальных внутренних напряжений, развитием релаксационных и ориентационных процессов в её структурных эле­ментах, величиной давления газов в ячейках.

8. Дилатометрические кривые и их первые производные, характеризующие коэффициент термического линейного расширения а (KTJIP), имеют схожий вид, что и для стеклообразных полимеров.

9. Химическая стойкость пенопластов зависит не только от природы по­лимера, но и от характера макроструктуры. При оценке химической стойкости необходимо учитывать развитую удельную поверхность пе­нопластов, которая способствует более интенсивному воздействию на них агрессивных сред.

10. Теплопроводность пенополиуретанов обуславливается теплопровод­ностью полимерных плёнок, конвекцией газообразной фазы и излуче­нием между стенками ячеек.

11. Водопоглощение ППУ связано как с переносом воды в полимере - основе по механизму активированной диффузии, либо в виде субмик - рокапиллярного потока через микропоры, трещины и другие полости в полимере, так и со спецификой заполнения порового пространства.

12. При тепловом старении наблюдается снижение физико-механических характеристик ППУ, что объясняется процессами термо - и термоокис­лительной деструкции. Так при нагревании уретаны либо диссоцииру­ют на исходные изоцианат и спирт, либо разлагаются с выделением СОг, амина и олефина, а мочевины образуют изоцианат и амин.

13. Существуют работы, посвященные изучению долговечности (работо­способности) пенопластов, основанные на применении термофлуктуа - ционной концепции прочности. Получены значения физических кон­стант характеризующих работоспособность пенополистирола. Для пе­нополиуретана подобных исследований не проводилось.

14. Характер структурных изменений, происходящих при атмосферном старении пенополиуретана, близок к монолитным полимерам, однако наличие ячеистой структуры оказывает существенное влияние. Это связано с увеличением интенсивности "обновления" поверхности об­разцов под действием дождя, ветра, солнечной радиации, циклических воздействий температуры и влажности. Кроме того, ячеистая структура оказывает двойственное влияние на эрозионную стойкость, поскольку макроячейки являются тупиковым барьером роста трещин при старе­нии.

15. Из анализа применяемых конструкций утепления были установлены эксплуатационные воздействия на пенополиуретан, снижающие его долговечность (работоспособность): поперечный изгиб; сжатие; пенет - рация; температурные деформации в шве между утеплителем и защит­ным слоем, утеплителем и несущей стеной; колебания повышенных и пониженных температур; длительное действие повышенной темпера­туры и УФ-облучения; жидкие и газообразные агрессивные среды; биологическое воздействие.