Усиление карбамидных пенопластов активными наполнителями

Оценка эксплуатационной стойкости наполненных карбамидных пенопластов как теплоизоляционных материалов

Вопрос соответствия - долговечности теплоизоляционных- материалов; расчетному сроку службы зданий на сегодняшни й-день является актуальным-в связи-с введением повышенных, требований к теплозащите зданий. G течением: времени характеристики теплоизоляционного материала, изменяются, что отражается на их работоспособности."

Работы по исследованию долговечности теплоизоляционных материалов в различных условиях эксплуатации проводились, в разные годы в институтах ВНИИТеплоизоляция (г. Вильнус), МИСИ, ВНИИСТРОМ, ЦНИИСК им. В. А.Кучеренко и др. [128-130,146-149]. Однако вопросы достоверного определения или прогнозирования долговечности применяемых теплоизоляционных: материалов до . настоящего времени остаются не решенными, т. к. фактически отсутствуют утвержденные: методики и официальные документы, нормирующие значения этого показателя.

Испытания Пеноизола™ ' на - старение проводились по разработанной в ЦНИИСК им. В. А.Кучеренко методике проверки - теплоизоляционных материалов на долговечность (по параметру "морозостойкость") в условиях. ускоренных климатических испытаний:

Исследование кратковременных свойств разработанных, наполненных •карбамидных пенопластов является недостаточным для практического использования этих материалов. Поэтому, была исследована* эксплуатационная стойкость свойств разработанных усиленных карбамидных пенопластов.

В процессе эксплуатации теплоизоляционные материалы подвергаются климатическим (температурно-влажностные циклические воздействия), химическим (воздействия газовой и щелочной сред, образующихся в результате вымывания водой щелочных окислов из железобетонных конструкций) и механическим воздействиям (длительные напряжения, возникающие в пенопласте в результате различий коэффициентов температурного расширения пенопласта и ограждающей конструкции).

Условия эксплуатации строительных теплоизоляционных материалов опредляются типом конструкции и регионом строительства.

Экспериментальные исследования влияния климатических воздействий проводились путем многократного последовательного увлажнения в течение 8 часов при температуре плюс 20°С; замораживания увлажненных образцов в течение 16 часов при температуре минус 30°С (расчетная температура наружного воздуха в зимний период в европейской части России); оттаивания в течение 8 часов при температуре плюс 20°С и нагревании в течение 16 часов при температуре плюс 60°С. Исследовались усиленные карбамидные пенопласты, подвергнутые 60 циклам воздействия температурно-влажностных факторов, соответствующих 20 условным годам эксплуатации. Условный период эксплуатации в годах был получен делением соответствующего числа циклов на 3 в соответствии с обоснованием, приведенным в работе [130].

По результатам испытаний опытно-промышленных образцов карбамидных пенопластов, подвергнутых воздействиям температурно-влажностных факторов, были построены зависимости стабильности прочности на сжатие при 10%-ной деформации (рис. 6.6). В присутствии наполнителя карбамидные пенопласты обладают большей стабильностью прочности при циклических температурно-влажностных воздействиях.

Характер воздействия температурно-влажностных факторов на свойства пенопластов, в первую очередь, определяется особенностями ячеистой структуры, а также стойкостью полимерной основы. Более низкая степень отверждения (присутствие большего количества свободных

Рис.6.6. Зависимость изменения прочности на сжатие при 10%-ной

Деформации карбамидных пенопластов, наполненных: 1-ЖОШ, 2- АНО, 3- доломит, 4- ОВТЭЦ, 5-ВПП, 6-без наполнителя в процессе цикловых температурно-влажностных испытаний

Непрореагировавших метилольных групп) и ненаполненного карбамидного пенопласта определяет низкие прочностные свойства и водостойкость.

Из данных, представленных в табл. 6.3, можно сделать вывод, что наполнение увеличивает степень отверждения и улучшает экологические характеристики материала.

Таблица 6.3

Содержание свободного формальдегида в карбамидных пенопластах

Неоднородная ячеистая структура, предопределяющая низкую прочность, и характерные каналы Плато-Гиббса, образующие сеть трещин, приводят к низкой стойкости прочностных характеристик ненаполненного пенопласта.

Усиленные наполнением карбамидные пенопласты, обладающие большим модулем упругости и характеризующиеся более однородной структурой с эффектом закрывания ячеек макроструктуры и отсутствие каналов Плато - Гиббса, имеют меньшее сорбционное увлажнение и лучшую стойкость механических характеристик. Наибольшей стабильностью прочности обладают карбамидные пенопласты, модифицированные ЖОШ, АНО, ОВТЭЦ и доломитом, что коррелирует со значениями модуля упругости.

Кроме того, усиленные карбамидные пенопласты имеют более высокую стабильность прочности при повышенных температурах. На рис. 6.7 показаны характерные зависимости прочности пенопластов при различных температурах.

Рис.6.7. Зависимость изменения прочности на сжатие при 10%-ной деформации карбамидных пенопластов, наполненных: 1-ЖОШ, 2- АНО, 3- доломит, 4- ОВТЭЦ, 5-ВПП, 6-без наполнителя при

Различных температурах

По всей видимости, температурные напряжения, возникающие в элементах ячеистой структуры, ослабляют пространственный каркас ненаполненного карбамидного пенопласта и снижают его несущую способность в целом. В случае усиленных карбамидных пенопластов увеличение деформационной теплостойкости можно объяснить большим модулем упругости, чем у ненаполненного аналога. Наблюдаемое повышение прочности при отрицательных температурах, вероятно, связано с повышением хрупкости полимерной основы.

В условиях длительно приложенных статических напряжениях у пенопластов развиваются деформации ползучести, снижающие формостабильность материала

При использовании пеноматериалов в элементах конструкций значительные деформации недопустимы, поэтому в качестве критериев сопротивляемости поропластов действию статических напряжений принимается характер и величина деформирования материала во времени. Деформируемость пенопластов зависит от величины и длительности действия приложенных напряжений [129].

С целью определения деформативности и длительной прочности на сжатии проведены испытания по методу, основанному на измерении величины деформации, развивающейся в пенопласте с течением времени под действием долговременных сжимающих напряжений (рис.6.8). Испытания пенопластов проводились под напряжением, величины которых составили 0,4; 0,6; и 0,8 от кратковременной прочности на сжатие пенопласта.

Продолжительность испытания составляет 1000 часов. Установлено, что деформативность ненаполненного карбамидного пенопласта на 23-30% больше, чем у наполненных карбамидных пенопластов, что, вероятно, обусловлено большей жесткостью последних.

При воздействии долговременных сжимающих напряжений наблюдается резкий рост коэффициента теплопроводности ненаполненного карбамидного пенопласта с 0,034 до 0,043 Вт/мК, т. е. более чем на 20%. Установленный факт,

1-ЖОШ, 2- АНО, 3- доломит (33700 см2/г), 4- ОВТЭЦ, 5-ВГ1Г1 (фракция менее 160 мкм), 6-без наполнителя

Рис. 6.8. Зависимость деформации карбамидных пенопластов под действием

Долговременной (1000 ч.) сжимающей нагрузки при интенсивности, равной 40% (а), 60% (б), 80% (в) от кратковременной прочности на сжатие

Вероятно, связан с увеличением плотности, в результате частичного разрушения ячеистой структуры из-за неравномерного распределения напряжений по тяжам, обусловленного неоднородностью ячеистой структурой ненаполненного пенопласта. Коэффициент теплопроводности наполненных карбамидных пенопластов по истечении 1000 часов увеличивается всего на 4- 7%.

При определении стойкости карбамидных пенопластов к химическим воздействиям рассматривалось влияние щелочной среды. Было установлено, что щелочной раствор, образующийся при воздействии влаги на цементно - песчаный раствор, имеет рН = 9-11. Однако прочность карбамидных пенопластов, подвергнутых длительным воздействиям щелочной среды, резко снижается и уже на 10 сутки коэффициент химической стойкости достигает значения 0,5 и менее, что свидетельствует о нестойкости данного материала в щелочном растворе, что обусловлено слабой стойкостью полимерной основы к действию щелочей.

Вследствие этого были исследованы свойства образцов карбамидных пенопластов с обшивкой из цементно-песчаного раствора, которые выдерживались в течение 1000 часов в условиях повышенной влажности. Наблюдалось частичное отслоение как ненаполненного карбамидного пенопласта, так и усиленного карбамидного пенопласта от цементно-песчаного слоя. Было отмечено, что слои пенопласта (толщиной 60 мм для ненаполненного и 15-25 мм для усиленных карбамидных пенопластов), находящиеся в контакте с цементно-песчаным раствором, характеризуются большей потерей прочности, чем внутренние слои пенопласта.

Прочность теплоизоляционного слоя, находящегося в контакте с цементно - песчаным раствором, из ненаполненного пенопласта уменьшилась на 30%, из усиленных наполнением карбамидных пенопластов - на 8-22%.

В сводной таблице 6.4 приведены данные по изменению основных свойств карбамидных пенопластов, подвергнутых климатическим, химическим и длительным механическим воздействиям.

Из анализа данных представленных в табл. 6.4, видно, что модификация карбамидных пенопластов наполнением приводит к улучшению эксплуатационной стойкости свойств усиленного карбамидного пенопласта в конструкциях строительной теплоизоляции.