ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Примеры определения долговечности пенополиуретана в конструкциях утепления

Дополнительное утепление с наружной стороны стены. В такой кон­струкции утеплитель практически не несёт механических нагрузок, но раз­рушение пенопласта возможно в контактных слоях между утеплителем, сте­ной и отделочным покрытием. При забивке в пенополиуретан анкерных штырей (дюбелей) возможно разрушение материала в месте контакта анкера и утеплителя. На основании проведённых выше исследований даны следую­щие практические рекомендации:

1. Механические характеристики не являются определяющими при выборе утеплителя.

2. Как установлено в пункте 4.6, соединения ППУ с различными поверхностями стен клеем ПВА-м имеют более высокую проч­ность, если на поверхность плит пенополиуретана нанесен за - шитный слой бумаги по сравнению с естественной коркой. Но как показали испытания подобная конструкция утепления требу­ет дополнительного крепления дюбелями, если в процессе экс­плуатации возможно ее замачивание.

3. Отверстия под анкерные штыри необходимо выполнять высвер­ливанием ручной дрелью на месте монтажа или при изготовле­нии пенопласта в специальных пресс-формах. Это позволит со­
кратить сроки монтажа дополнительного утепления и повысить долговечность йенополиуретана.

Дополнительное утепление покрытия с наружной стороны.

В качестве утеплителя наиболее приемлем пенополиуретан с плотно­стью 30-60 кг/м3. Выравнивающая стяжка может быть выполнена как до на­несения пенополиуретанового утеплителя, так и поверх его. Стяжка необхо­дима для устройства разуклонок на плоской кровле. Также стяжка, выпол­ненная поверх пенополиуретана, повышает огнестойкость кровли [114].

Для утепления кровли рекомендова­на схема изображенная на рисунке 5.1 [114]. Теплоизоляцию можно проводить как напылением ППУ, так и применением готовых плитных из­делий.

При данной конструктивной схеме утепления пенополиуретан работает на сжатие. Напряжение при сжатии определяем по формуле:

С™ = NIA = 2,32-10 _3/1 = 0,00232 (МПа), (5.1)

Л

Где Nnnc = (q-Lm ) = 2,32 (кН) - нагрузка, приложенная к пенополиуретану (таблица 5.3); АППу = 1м2.

Задаемся температурой, которую принимаем равной 20 °С (средняя за летний период).

Рассчитываем деформационную долговечность до величины 5 % (предел

ХМ

Упругости) пенополиуретана Владипур ППУ-СП и Изолан 105 по формуле (2.9):

- для Владипур™ППУ-СП

-250 + 5570-0.00232

Ig0 = lg0.+

RT

4,2-4,6-0,293 Коэффициенты в, Т, у взяты из таблицы 3.3.

При данных нагрузках действующих на ППУ применение марок Вла-

JW

Дипур ППУ-СП и Изолан 105 дает надежную и долговечную теплоизоля­цию. Полученные результаты сведены в таблице 5.4.

Дополнительное утепление стен фундамента с наружной стороны.

Для утепления стен фундамента в [117] предложена следующая конст­руктивная схема (рисунок 5.2).

В данном случае долговечность ППУ будет зависеть от величины горизон­тального давления грунта на вертикальную стену. Рассчитаем значение гори­зонтального давления грунта по формуле [117]:

Р = {y-H+q)tg2450 --^J = (18 -2,8 + I0}g2(45-30/2) = 20ЛЗкН/м2, (5.2)

Где у = 18,0 кН/м3 - удельный все грунта; Н =2,8 м - глубина засыпки стены сухим грунтом при отсчете от верха стены; q =10 кН/м - нормативное зна­чение пригрузки грунтом расположенным выше горизонтальной поверхности грунта на отметке верха стены (принята условно); ср =30 ° - угол внутреннего трения сухого грунта.

Задаемся среднегодовой температурой Т= 4 °С и рассчитываем время достижения 5 % деформации при данной нагрузке для данной конструкции

TVf _ _ _ _

Утепления из

Владипур ППУ-СП и Изолан 105 по формуле (2.11): - для Владипур™ППУ-СП

_ -150+ 1870-0.02 / 0,245 ,

= 8+--------------- —----- 1

4,2-4,6-0,277 10,277

-для Изолан 105

^ - 250 + 5570 -0.02 Г0,260 ,

= 6,5 +------------------ —----- 1

4,2-4,6-0,277 ^ 0,277

Коэффициенты в, Т, у взяты из таблицы 3.3.

Так как материал во время эксплуатации подвергается воздействию пе­ременных температур, то достижение предела упругих деформаций с учетом

711 ___

Поправки (таблица 4.3) для Владипур ППУ-СП произойдет примерно через 6 лет, а для Изолан 105 с через 100 дней. Для применения пенополиуретана в данных условиях следует использовать другие марки пенополиуретанов с более высокими механическими характеристиками, либо изменить конст­руктивную схему утепления, т. е. снизить нагрузки которые воспринимает материал.

Полученные результаты сведены в таблице 5.4.

Расчет долговечности утеплителя теплопровода, проложенного под землей

Для строительства тепловых сетей применяются теплоизолированные трубы по ГОСТ 30732. Так как при производстве пенополиуретановой тепло­изоляции труб на поверхности образуется защитная корка, обладающая хо­рошими гигроскопичными свойствами, авторами [72] предложено использо­вать подобные изделия для прокладки их под землей.

В [72] представлен способ прокладки теплоизолированных труб без предварительной укладки бетонных лотков, что значительно экономит мате­риальные затраты. При данной конструкции теплоизоляция трубопровода работает на сжатие.

Сжимающая нагрузка действующая на утеплитель в данном случае бу­дет рассчитываться по формуле [71]:

(5.3)

Где Rrp, Rrp - вес грунта над теплопроводом и вес 1м теплопровода с теплоно­сителем Н/м; qB - удельный вес грунта и трубопровода с теплоносителем на 1 метр трубопровода Н/м ; z - глубина заложения трубопровода; D06, D^- диаметр наружной оболочки и диаметр трубопровода.

Напряжение, действующее на 1 метр нижней части теплоизоляции тру бы рассчитываем по формуле:

R 44246

= 442467/7лг,

Согласно [71] принимаем среднегодовую температуру теплоносителя равную 80 °С (Т= 353 К) и рассчитываем время достижения 5 % деформа­ции по формуле (2.9):

- для Владипур™ППУ-СП

Ua-yo

Ig05% = lg0m +

RT

Ч

-для Изолан 210-1

-43 + 1028-0.044

= 9,5 +

4,2-4,6-0,353

Коэффициенты О, Т, у взяты из таблицы 3.3.

Как видно из расчета достижение предела упругих деформаций с учетом

Т-w

Поправок (таблица 4.3) для пенополиуретана Владипур ППУ-СП (р = 50

Кг/м ) настанет через 1 год, а для Изолан 210-1 (р=60 кг/м ) через 8 лет.

Полученные результаты сведены в таблице 5.4.

Прогнозирование долговечности пенополиуретана в кровельной трехслойной панели типа «сэндвич»

Трехслойные панели применяются в качестве ограждающих конструк­ций в покрытиях и стенах. Рассмотрим стандартную кровельную панель типа «сэндвич» размерами 100x1000x6000 мм. Обшивкой данной панели служат листы плакированной стали толщиной £=1,2 мм.

Расчетной схемой плоских трехслойных панелей, как правило, является однопролетная балка. Напряженно-деформированное состояние трехслойной панели вызывается тремя основными факторами: внешними нагрузками (собственный вес, снег, ветер и. т.п.), температурными воздействиями, изме­нениями влажности элементов панели.

Нагрузкой для плит покрытий является также сосредоточенная монтаж­ная нагрузка, равная 1,2 кН [118].

В панелях со сплошным утеплителем из пенопласта напряжения в пане­ли вычисляют по формуле:

М 0,82-103

Сг = — = —----------- г = 4,33 МПа

TOC o "1-3" h z И W 0,196-10 (

„ Ql2 1,64-103 - I2 ЛОЛ1Лз„ л

Где А/ = —= ---------- = 0,82-10 Я-л<; - изгибающии момент, действующий

2 2

8-с1 0,002-0,12 з

На пенополиуретан; W = —- = ^ ' = 0,000196л/3 - момент сопротивления,

С - толщина панели, 5 - толщина обшивки.

Как отмечается в работах [62,65] в трехслойных панелях со сплошным заполнителем из пенопласта, в зависимости от жесткости обшивок средний слой воспринимает на себя от 2 до 5 % общей нагрузки.

С помощью уравнения (2.6) определяем долговечность среднего слоя

TK/f

Трехслойной панели из пенополиуретана марок Владипур ППУ-СП и Изо­лан 360. Для этого задаёмся температурой эксплуатации. Так как для пено­пластов наиболее опасны положительные температуры, в качестве темпера­туры эксплуатации принимаем максимальную температуру за лето, т. е. Т=30 °С:

- для Владипур™ППУ-СП

Lgr = Igrm +

- для Излоан 360 lgr = lgrffl +

= [ -160 + 765 • 4,33 - 0,05 j 0,230 ' + 4,2-4,6-0,303 1,0,303

T -330+ 1740-4,33-0,05^0,260 Л^рц 4,2-4,6-0,303 (0,303 J '

Величины эмпирических коэффициентов, входящих в эти уравнения, для пенополиуретанов приведены в таблице 3.1.

Если материал в процессе эксплуатации подвержен действию перемен­ных температур, то его долговечность определяется с учётом поправки (таб­лица 4.3).

Полученные результаты сведены в таблице 5.4.

Прогнозирование долговечности пенополиуретана при утеплении

Теплопровода из полипропиленовых труб.

Для систем горячего водоснабжения и отопления применяют трубы из статистического сополимера пропилена с этиленом (рандом сополимера — PPR), имеющих термоизоляционный слой из пенополиуретана (ППУ) и гид­розащитное покрытие (оболочку). При бесканальной прокладке таких труб в земле гидрозащитная оболочка выполняется из полиэтилена, при канальной или открытой прокладке — без наружной защиты пенополиуретана или с ней (оцинкованная сталь, стеклоткань, фольга и т. п.).

Элементы рассматриваемой конструкции трубопровода, а именно: по­липропиленовая труба и теплоизоляция из пенополиуретана представляют собой конструкцию, которая при эксплуатации работает как единое целое, т. е. деформации и перемещения всех компонентов трубопровода одинаковы и равны деформациям и перемещениям полипропиленовой трубы.

Расчетной схемой для данной конструкции трубопровода проложенного над землей является однопролетная балка (рисунок 5.4).

Изгибающее напряжение в теплопроводе будет складываться из напря­жений от собственного веса трубы с теплоносителем и вычисляется по фор­муле:

MJXX-W И W 0,09975

ISmp +1Men)L2 (2810 +10000-3,14-1,042/2) • 1

Где М-—------------- = -------------

... _ л{& +<!*) _ 3,14 *(1.254 +1.044)

32-1.25

В зависимости от диаметра и жесткости трубы на утеплитель прихо­дится от 0,1 до 0,5 % общего изгибающего напряжения [104].

С помощью уравнения (2.6) определяем долговечность теплоизоляции нанесенного на теплопровод напылением. Напыление производилось уста­новкой типа «ПЕНА-12» (рисунок 1.21 в) в 4 захода толщиной слоя в 2,5 см, пенополиуретаном Владипур™! И1У-СП. В качестве температуры эксплуата­ции принимаем среднюю температуру теплоносителя Т= 40 °С.

Для теплоизоляции, которая не подвергается воздействию УФ - облучения, долговечность вычисляется с использованием коэффициентов таблицы 3.1:

Так как материал в процессе эксплуатации подвержен действию пере­менных температур, то его долговечность определяется с учётом поправки (таблица 4.3):

Хи =т-Атср = К)10,38 -102'19 = 108'19, что примерно равно 4 годам 11 месяцам.

Если данное теплоизоляционное покрытие во время эксплуатации под­вергалось воздействию ультрафиолета, то при данной температуре и нагрузке его долговечность следует определять, используя эмпирические коэффици­енты таблицы 4.7: