Физико-меканические свойства
Кажущаяся плотность. В зависимости Щт эксплуатационных требований мербамидные пенопласты могут биггь пол'чены С различной кажущейся плотностью. Блочные пенопласты выпускаются е р=10+20 кг/м3. Заливочные пенопласты за рубежом (-^"отопляются с. р = 5^-30 кг/м3; отечественные пенопласты: МФП-1 кг/м3, МФП 2 п МФП-i — ()& '.у ф кг/м-',
ВП1 --20 50 кг 'м3 н 1ПП М!() 1(1 к! м> Щ. Одним
11:1 показаiелей, оп^челямщ X теплоизоляционные «^почетна материала, является кажущаяся пдотпосп
Благодаря большому количеству онцплых пор кл[)(^мп,..1ые пенопласты меняют свою каж ц^юся плотность при колебаниях относительной тажнтн - 11 Цо. чдуха <, #0-: 85% Кажу цансн ь. ют - . ноеть непоп laeiOB является функцией нирпстостп и для к а р о я - мидпых пенопластов колеблется от 10,6 до 34,4 кг/м3 при общей порпетости 97—99% (по объему). С повышением кажущейся плотности количество закрытых пор увеличивается. Заливочные карбамндпые пенопласты через один сутки после изготовления обладают повышенной влажностью, когорт достигает 300% (по массе) при р = 29 кг/м?. Несмотря нл высокую начальную техноло] иче^кую влажность пенопласта, черев 10 суток при /—20® С материал еяниовится практически сухим и кажущаяся плотность отвечает заданной. При переходе пепо - пласта из абсолютно сухого состояния к Ьксплуатационпому (при <р - 80%) кажущаяся плотпопь пенопласта уве. тмчпнаг тся на 10—18% [19].
Теплотехнические свойства. Коэффициент теплопроводности, приведенный в СНиП 11-3—79*, не может полностью охарактеризовать теплозащитные свойства карбамндных пенопластов, отличающихся друг от друга кажущейся плотностью и структурой. Как в отечественной, так и зарубежной литературе почти отсутствуют данные по теплопроводности карбамндных пластмасс при их увлажнении, что затрудняет правильное использование материалов в строительных конструкциях.
ФШШффЪ а и и я прошлых л£т поке«али, что именно вл 1жпость материала является важнейшим фактором, мияющим па его теплопроводность, причем для материалов, имеющих небольшую кажущуюся плотность, эта зависимость выра>мч»у«я особенно резко.
На основании литературных данных [3, 5, 11, 14, 18] можно сделать вывод о незначительном влиянии температуры на коэф фициент теплопроводности карбамндных пенопластов по сравнению с изменениями кажущейся плотности и особенно влажности.
Обобщение литературных данных позволило нам установить корреляционную связь между коэффициентом теплопроводности и температурой для ипорки, изошаума и мипоры в интервале от 0 до +80" С и от 0 до -100° С.
Увеличение температуры от 0 до +80° С приводит к изменению коэффициента теплопроводности от 0,030 до 0.053 Вг/(м-°С), а в интервале температур от 0 до —100°С он находится в пределах от 0,031 до 0,041 Вт/(м • °С).
Для определения зависимости коэффициента теплопроводности от влажности был использован зондовый метод, разработанный па кафедре физики ЛИСП Метод является достаточно точным, кратковременным, благодаря чему влага в образце не успевает перераспределиться.
Исследования зависимости коэффициента теплопроводности от влажности показали, что К находится в пределах от 0,03 до 0,07 Вт/(м-°С). Максимальное значение при массовой влажности 150% составляет примерно 0,07 Вт/(Ь • °С) и с увеличением влажности возрастает незначительно.
Значения коэффициента теплопроводности различным марок пенопластов при одном и том же уровне влажности м^по отличаются друг от друга.
Коэффициент теплопроводности, зависящий от плотности и влажностного состояния пенопласта, выражайся зависимостью
7.= 1,16 (0,0259 + 0,00037p + 0,0036WoL (1)
Где — влажность пенопласта (по объе*»у), %; р — кажущаяся плотность пенопласта в воздушно-сухом состоянии, кг/м3.
При k.'l Ж п'спся 11л0пюп ii ID' - ID ki Г1 Ко )ффп ii11Г11 i i СП - лопропо инк'i п плм-спжчш п прстсл. и or 0 0!М ло 0,019 Вт/(м - "С), а о у^сличением обьемпой нлажпости до 5% при р = 10 кг/м3 — в пределах от 0,034 до 0,056 Вт/(м-°С).
Теплоемкость — свойство материала поглощать тепло при повышении температуры. Удельная теплоемкость карбами шых пенопластов С определяются твердоп фазой материала, поэтому остается величиной постоянной независимо от кажущейся п, пятнает и пенопласта н при / = 20°С составляет 1,39 Дж/(кг-°С).
Коэффициент температуропроводности а характеризует скорость выравнивания температуры по толщине материала, причем эта скороеть зависитчэт теплоемкости последнего Коэффициент температуропроводности уменьшается с увеличением ка жущейся плотности материала и для мипоры с p=lS кг/м3 составляет 2,03 м2/с.
Величина относительной пароемкости карбамндных пенопластов определяется из и&отермосорбцпп; для блочной мипоры р=11,6 кг/м3, £о = 2018 г/кг, для заливочных пенопластов МФП-1 р= 19.0 кг/м3 g0= 1668 г/кг, для БТП-М р=11,7 кг/м3, £о = 975 г/кг.
Коэффициент парог^роницаемости р, зависит от физических свойств пенопласта и определяет эксплуатационные качества ограждающих конструкций; для блочной мипоры с р = 20 кг/м3 р =0,56 mi / (м • ч • Па) [0,075 г/(м • ч ■ мм рт. ст.].
Карбамидные пенопласты имеют повышенную воздухопроницаемость за счет открытых пор. Для сохранения своих теплозащитных функций пенопласт должен использоваться в конструкциях, где наружные и внутренние обшивки более воздухопроницаемы.
Механические характеристики, Прочность теплоизоляционных материалов является важным показателем, обеспечивающим трапепортабе пшость изделий и сохранность структуры в конструкциях. Все карбамидные пенопласты имеют незначительную механическую прочность, которая зависит от кажущейся плотности (р = 20-.-40 1»г/м3) и иолеОиется в пределах 0,01—0,05МПа.
Введение различных добавок в виде древесной муки, асбеста, гипса и других в количестве до 20% увеличивает прочность пенопластов, по одновременно ухрудшает е«> теплоиввляцнонпые свойства за счет увеличения кажущейся плотности.
В ЛепЗППНЭПе ведутся работы по введению в композицию пенопласта наполнителей. Полученный пенопласт имеет равномерную мелкоячеистую структуру. Кажущаяся плотность пенопласта за счет малой насыпной массы возрастает в 1,3 раза, предел прочности при сюкатии увеличивается в 2,4 раза, а технологическая усадка снижается в 2—4 раза, что особенно важно для теплоизоляционного материала.
Повысить прочность карбамндных пенопластов в конструкции можно путем нанесения пены на ткань пли сетку. £а счет уве- личепия количества смолы возможно пов|>[спть прочность пенопласта до 0,15 МПа прп увелпчишп кпжущии'я ilk.: пост др» 90 кг/м3, прп этом стошнить 1 м3 nenoiuiacia увеличивается с 10 до 35- 40 руб.
Повышения прочности и снижения хрупкости пенопластов можно достичь химическими, физическими и другими способами. В качестве защитных покрытий для пенопластов с повышенной прочностью могут быть использованы цементная или асфальтовая стяжки толщиной 10 мм На стяжку наносят бн - тумно-мастичное покрытие или рубероидный ковер.
Весьма низкая механическая прочность карбамндных пенопластов не позволяет установить ирочштетные характеристики при изгибе и сдвиге. Ввиду низкой механической прочими и высокой хрупкости карбамидные пенопласты с р = 20+40 кг/м3 часто разрушаются при деформациях меньше 10 и даже 5%. Карбамидные пенопласты с низкой кажущейся плотностью до 20 кг/м3 не разрушаются.
При оценке иеханических свойств карбамндных пенопластов принят предел прочности при сжатии, соответствующий напряжению при 10%'ной деформации. Прочностные характеристики пенопластов одной и той же кажущейся плотности в интервале от 20 до 120 кг/м3 отличаются друг от друга незначительно (рис. 2). Практический интерес представляют материалы с кажущейся плотностью 20—40 кг/м3 и пределом прочности при сжатии 0,01—0,04 МПа.
Деформационные свойства карбамндных пенопластов оцениваются величиной предельной растяжимости. Значения предельной растяжимости для каждой из мар01{ карбамндных пенс - пластов колеблются весьма значительно и почти ие швисят от кажущейся плотности. Предел растяжимости для мипоры с р = = 8,3+13,0 кг/м3 составляет для пенопласта МФП-1
С р = 25,7-*-45,8 kivm3 — 3,2% и для пенопласта' БТГ1-М с о — = 25,4 + 34,3 кг/м" —6%.
Водопоглощение. Все карбамидные пенопласты, как отечественные, так и зарубежные, обладают высоким водопоглоще - нием и низкой гигроскопичностью. Водопоглощение мипоры с р = 10+ 20 кг/м3 за одни сутки составляет 360—941В по массе (или 9,4^-7,3% по объему), а ее гигроскопичность при относительной влажности воздуха ф=100% не превышает 14% по массе (или 0,14% по объему).
Способность карбамндных пенопластов поглощать воду прп водит к увеличению их массы с одновременным пвбухапнем, повышению теплопроводности, возникновению внутренних напряжений и снижению механической прочности. Карба-мидные пенопласты в процессе эксплуатации находятся в различных влажностных условиях, поэтому при нх использовании в строительстве необходимо учитывать изменение свойств, связанных с увлажнением.
О 20 40 50 80 100 120 Кажущаяся платность, кг/м3 Рис. 2. Зависимость предела прочности при сжатии от плотности
О —минора, х— мфп-]; ft — БТП-М
Рис. 3. Зависимость сорбциониого увлажнения карбамндных пенопластов от относительной влажности воздуха. |
/ — МФП-1. Р= 19,0 кг/м3; 2 — ыипорэ, р = п,6 кг/м'; 3 — ВТП-М. р — 11,7 кг/м": 4 — ипорка, р-14.0 кг/м'
Рнс. 4. Графики водонасышення карбамндных пенопластов при длительном пребывании в воде
/ — минора, р" 10.6 кг/м1; 2 — МФП-1, р=20,1 кг/м'; 3— БТП-.М, 0=16,8 кг/м*; 4 — мнпора с защитным покрытием 712: 5 — мнпора с защитным покрытием Э-КЧ-2НН; о — МФП-1 с защитным покрытием 7TJ; 7 — МФП-1 с защитным покрытием ЭКЧ-2Ш; в — мофотерма, р = 7 I0 кг/м3
Сорбционное увлажнение. При изменении* относительной влажности воздуха, имеющих место в нроцсч'ее жсплуатаннп, изменяется н количество сорбцпоппоп нвагп на снчиич imp пенопласта.
Зависимости сорбционного увлажнен!!я карбамндных пенопластов от относительной влажяести воздута (ад 28 суток при T=20° С) представлены на рис. 3.
Капиллярная конденсация влаги в порах материала начинается при достижении материалом массовой влажности от 6 до 30% (объемной от 0,1 до 0,3%). До указанного значения сирбционная влага в пенопласте находится в виде водяного пара и - ишких мономолекулярпых слоев па поверхности пор, поэтому при массовой влажности от 6 до 30% происходит незначительное изменение коэффициента теплопроводности. По достижении массовой влажности 6—30% начинается процесс конденсации влаги в порах и капиллярах материала. Влага вытесняет воздух из пор материала и заполняет их частично или полностью, при эт«м теплопроводность резко увеличивается. Это следует учитывать при расчете влажностного состояния наружных ограждающих конструкций с применением карбамндных пенопластов.
Капиллярный подсос. Для карбамндных пенопластов, используемых в строительных конструкциях, важно знать скорость и величину подъема воды в капиллярах, которая зависит от температурпо-влажностных условий эксплуатации, смачиваемости степок пор, распределения капилляров и других факторов. Скорость капиллярного всасывания велика в первые 5 мин. По истечении суток средняя скорость снижается в 7—10 раз. Разница величии капиллярного всасывания при начальной и нулевой влажности у пенопластов почти не наблюдается. Конечная влажность для всех карбамндных пенопластов примерно одинакова и яолеблется от 1,44 до 1,88% по объему, пли 110— 132% по масса. Так как скелет карбамндных пенопластов гпд - рофобен, то при контакте с другими, более влажными материалами, как это имеет место в строительных конструкциях, влага не будет задерживаться в пенопласте благодаря высокой скорости капиллярного всасывания, открытой пористости, отрицательному углу смачивания и противокапнллярному давлению (15 . ю "4—40: Ю-4 Па).
Таким образом, вода будет стремиться выйти из несма"и - ваемых капилляров и тем самым способствовать быстрому восстановлению теплоизоляционных свойств пенопласта. Скорость восстановления этих свойств зависит от типа конструкции.
Фильтрация воды через поверхность пенопласта. Прп использовании заливочных карбамндных пенопластов для теплоизоляции чердачных перекрытий на строительной площадке или для защиты грунтов от промерзания на отвержденную пену могут воздействовать атмосферные осадки. Пенопласт при эксплуата-
T f6 л - i ц я 1 Ил. I miKK TMor > ос i iwnii' nriimi. ii. iftj» iM|iiiii w'i'll i
|
Цн| должен сохранять целостность и свои теплозащитные свойства
Влажиостное состояние заливочных пенопластов по#ле 24- часового увлажнения для двух различны* незащищенных конструкций примерно одинаково, а характер нижнего слоя (бетона или сухого грунта) не влияет на конечную влажность пенопласта (табл. 4) Пенопласт не разрушается, но в отдельных местах на покрытии появляются волосные трещины, вызванные интенсивным высыханием пенопласта. Защитное покрытие краской Э-КЧ 26Н предохраняет пенопласт от разрушения не препятствует последующему испарению влаги и приводит к уменьшению конечной влажности примерно в 2 раза. Защнтнр* покрытие, нанесенное па пенопласт толщиной 0,1 0,2 мм ппсто- летом-распьиштелем, еппжает примерно в 2 раза фильтрацию воды через поверхность пенопласта.
Ьодопоглошение. Благодаря большому количеству открытых пор карбамидные пенопласты обладают повышенным водопо - глощением.
Кинетика ведонасыгцення карбамндных пенопластов представлена на рис. 4. С уменьшением плотности водопоглощение карбамндных пенопластов возрастает из-за увеличения чпв*1 открытых пор.
Следует отметить, что для одной и той же плотности водо - поя? ощснпе зависит от марки и структуры пенопласта. Так, У блочной мипоры водопоглощение меньше, чем у заливочных пенопластов марок МФП-1 и БТП-М.
Водопоглощение карбамндных пенопластов связано с временам пребывания в воде, с увеличением которого процесс замедляется. Водопоглощение пенопластов разделено памп ус - давно на тв« периода: первый (в течение 20 дней) характеризуется быстрин водопогЛОщеппем, до( т т ающим ^iГ> по объему от общего суммарного, второй - более шикоп скоро стыо водопоглощения. Так, подле 300 суток у мипоры и пенопласта МФП 1 водопоглощение составляет 75- 80%, а у пенопласта ЬТП-М - 11»чти 100%. На рис. 4 представлено водопоглощение заливочного пенопласта мофотерм, равного 94%, с = 7+10 кг/м3 после пребывания его в воде в течение 180 диен. Это значит, что конечное водопоглощение примерно одинаково как у отечественных, так и у зарубежных марок пенопластов.
Длительное пребывание карбамндных пенопластов в воде приводит к набуханию, которое не превышает 3% по объему. При визуальном осмотре пенопластов после 180 суток выдержки в воде разрушении не наблюдается и они не теряют своей формы, однако * отдельных пенопластов на поверхности появляются мельчайшие волосные трещины.
Защитные покрытия, напесепиые на карбамидные пенопласты в виде пленок, приводят к снижению водопоыющепия за 300 суток на 15—20% (рис. 4). На некоторых пепопластах возникают вздугия и отслоения защитной п.,епкп состава 712 как результат абразовапня отдельных трещин от высыхания покрытия. Поропласты с покрытием краской 3-K4-2GH в воде набухают, что также приводит к возникновению па поверхности мелких трещин. Защитные покрытия одновременно. уменьшают и замедляют водопоглощение карбамндных пенопласт®.
Усадка. Все карбамидные пенопласты обладают значнтжь - ной усадкой в период отверждения; у зарубежных заливочных пенопластов при /= + 20° С опа составляет 1.8—6,0% [6].
Выявлено, что температура сушки также влияет на величину усадки. Для мофотерма й=© кг/м3) у#ад*а черэе 30 суток прп / = 70° С достигла 5% и •опровождалась потерей массы до 12%, прп /—100° С — 10% I' потерей массы к> 23 %. Усадка мипоры в процессе сушкн за 14—20 суток, по данным 11111111 МПС и Брянского машиностроительного завчца, состав. чяет 20%.
Усадка карбамндных пенопластов разделена па технологическую и временную. Установлено, что в период эксплуатации пенопласта она зависит от температх рно-влажностнысс условчй и времени. Технологическая уелдкл пенопласта была изучеж в лабораторных и близких R натурным условиях.
За счет свобЬдного испарения вл«ги технологическая усадка В открытой форме (аналог чердачного перекрытия^ в 3—5 раз больше, чем в закрытой (аналог трехслойной панели), п закапчивается в течение 1—3 суток. Технологическая усадка происходит как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях и в основном зависит от условий испарения iMani при отверждении пены.
Горизонта пшая усадка не превышает 12% в открытой фор-
IP mi и ГД> и |1ы i'ou, а вер 1 пкальная составлявi 1 /So в orlfw - [oi|j(|io|iMi и 2"/n и закрытой. I';i uni'iiic pa мерой mpn юп i. i ii. miii и игр i пил.11,noii vcauok и формах ны. ш.шо ncouui. iKomiu велнчпu<n'i noiiepMioci п испарения
Максимальная временная усадка карбамндных пепопласЦв была получена при переходе па начального 100 с) нлаж-
IioCtikwo к равновесному состоянию. Переход в равновесное состояние осуществляется при /= + 20" О с. <, 20, -10, (Ю п §0% в течение 101 V'MkJ Для всех марок пенопластов временная усадкя при одной и той же относительной втажности воздуха практически одинакова и не превышает 5%.
В течений 5—1(> суток в Лависимосчп от относительной влажности воздуха наблюдается роет деформаций. В течение зтоге времени происходит усадка, а черев 72—103 суток процесс прекращается полностью. При равномерном высыхании пенопласта происходит уменьшение массы до 57о при ср = 20%, и черев 72— 103 суток между пенопластом п внешппм воздухом наступает равновесие.
Адгезионные свойства пенопластов. Они определяются в основном свойствами 1ттнмермо# «сновы. Ааливочпые юврбамид - ные иепопласты имеют } довлетворнтельп) ю адгезию к материалам с шероховатой поверхностью, це-к, например, к древесным пластикам, паро - и гидроизоляционным рулонным материалам, необработанной поверхности бетона, армоцемапта, асбеста (вт - рыв когвзиоппый). К материалам с гладкой поверхностью, как например, к слоистому пластик}!, с»екл, металл), адгезии не наблюдается.
Блвчпая мнпора может соединяться с другими материалами в слоистых конструкциях с помощью различных клдцв. При правильном подборе клеевого состава прочность шва выше прогости пенопласта. Поверхность отрыва прохотпт всегда по, гено - пла&гу. При заливке испои та стоп адгезионная прочность выше, чем при испи. тьзопаппп клеен хо. юлпого отиер;ь кчшя (Эпмца- тельныа п новынкипые температуры (от - 1С то +№;jt) «уще - ственно не влияют на прочпветь н па цгрыв залпвочпык и Удачных карбамидпы* neitalmecyoB. Адгезия задкгючпих пепфПла - стов в какой-то степени сдерживает развитие ycn;p»u, i. явлений в горизонтальном направлении.
'Чоцозоской^ость. Цйрбампдиые пепопллжш вносятся к мо- розоотойкпм материалам. По иаппыч II. Баумана, они выдерживают 25 циклов поперемешюго - замораживания при температуре - —15° С и оттаивания при ^= + 15°С. Отечественные пеиой. тащы выдерлшвгяот более 50 циклов пс^еремепнен'® замораживания образцов с 80%-ной влаж! Юцьш при тсмлара - туре —19* С в течеппе -1 ч и фттанвапия на валухе при тт»м - п( рлтуре Ь18"£ в течение 2 ч. При попеременно, ч заис^ажп - . ванпп и оттаивании в воДс в течение 2 ч при температуре - I 15"( образны нидержпп. нО' 25 ппт,,Ч(л1 i№ иаЖт [.'>, 19;
Т » I и U <i Зависимость коэффициента звукопоглощения мипоры (ft—f() кг/м3) От ТОЛЩИНЫ СЛОН И 'lilCTOIhl llOJH'6niluii
|
Вибростойкость. По данным Н. Баумана и др., Образцы пнатерма и ипорки успешно выдерживают испытания вибрационной нагрузкой 180 кол./*шн в течении 110 ч. При мром маца образовавшейся пЫли составляет ЗЙ4. В ЩЪтштцтчн ЦЬНН железнодорожного транспорта были проведаны аналогичные испытания с мипорой, которые не обнаружили заметны* МШ - нений в материше. Приведенные данные свидетельствуют о значительной вибростонкости карбамндных пенопластов в ионстр) к - циях, а поэтому их транспортировка и монтаж не представляют опасности для теплоизоляционного слоя.
Звукопоглощение. Обладая высокой открытой пористостью (порядка 96—99%), отечественные и зарубежные карбамидные пенопласты хорошо поглощают звук при средних и высоких частотах (табл. 5) [14].
Акустические свойства инсулспрей с р = 8,0-*-11,0 кг/м3 (Канада) по ASTM С-423—66 при 500 Гц составляют 66%, при 1000 Гц —90%, при 2000 Гц —81% и при 4000 Гц —83%. Увеличение тдаяшины пенопласта и воздушные прослойки существенно улучшают звукопоглощение материала. Так, по данным Н. Баумана, звукопоглощение перфорированного изошаума с р — 8 -10 кг/м53 толщиной 30 мм и с воздушной прослойкой 100 Мм при частоте звука 400 Гц достигает 72%.
Коррозия. Коррозионное воздействие заливочного пенопласта марки БГП-М на сталь-3 и алюминий при агрессивном воздействии паров воды, формальдегида и хлорчстяв ввдедюда показало, что наибольшая скорость коррозии имеет место в пеовый период эксплуатации пенопласта. Скорость коррозии пенопласта составляет для стали 0,0181 мм в год,> для алкшнпня — 0,0068 мм в год. По скорости коррозии на контакте с карбамид - ным пенопластом сталь относится к группе стойких материалов (6 баллов), алюминий — к группе весьма стойких материалов (3 балла) [20].
Коэффициент линейного расширения. При относитаДьной влажности воздуха 20% коэффициент линейного расширения всех карбамндных пенопластов
А= (58-60) • Ю^град.-1 (2)
Для Ср И11СП11Н )К.1Л М, Ч1() Для Л'нерЖ Л-1111011 К. фба МИД0- формальчсгпдпой н при |> I lЈ)0 кг/м3 и (^г>
1.4) • 10 'Трат. 1
1 орючсс |ь. lvipi'kiikiibu - ипюндаг 1 ы moii прнмпииi. nnipn t= -150+ - flOO'C 114], а при I= +160+ 170" С происходит ча<м|пчпое разрушение материала а выделением летучих и изменением цпс'141. По данным М. Кухаржа и др., прп /=- + 200 С (черав 48 ч) пенопласт полностью теряет механическую прочность, умепьппясь R массе па из-за разложения. Карбамидные iicfrfii. .«PTf не т. текгг н не споспбетпую'г расШ#страв'1!1Ш»
01Ч1Я.