Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Применение пенополистирол наполненных композитов в качестве энергосберегающих материалов в промышленном и жилищно-гражданском строительстве 13
1.1. Теплоизоляционные материалы на фенолоформальдегидном вяжущем в многослойных конструкциях 13
1.2. Конструктивно-теплоизоляционные и теплоизоляционные легкие бетоны с пенополистирольным заполнителем 17
Выводы 22
Глава 2. Исследование и разработка состава, технологии производ ства и изучение свойств вермикулито - полистирольного пенопласта (ВПП-СКМ), композиционного теплоизоляционного материала на органическом вяжущем (фенолоформальдегидном олигомере) 23
2.1. Выбор исходных сырьевых материалов 23
2.2. Методика проведения исследований 27
2.3. Исследования по определению оптимального состава ВПП-СКМ методом симплекс - планирования 28
2.4. Однофакторные экспериментальные исследования по установлению технологических параметров процесса производства ВПП-СКМ 31
2.4.1. Исследования влияния скорости теплоносителя на прочность пенопласта 32
2.4.2. Исследования процесса переноса температурного поля при структурообразовании пенопласта 33
2.4.3. Определение оптимальной температуры тепловой обработки пенопласта 35
5. Экспериментальные исследования зависимости физико-механических и строительно-эксплуатационных свойств от состава пенопласта ВПП-СКМ 37
1. Исследования изменения зависимости плотности от состава пенопласта 38
2. Зависимость прочности при 10% деформации от плотности пенопласта 40
3. Зависимость водо - влагопоглощения от плотности пенопласта 41
4. Исследование зависимости коэффициента теплопроводности от плотности и влажности пенопласта 43
5. Исследования по снижению горючести пенопласта ВПП-СКМ 44
6. Определение морозостойкости, кислотного числа, возгораемости и проведение санитарно - гигиенической оценки пенопласта ВПП-СКМ оптимального состава 47
1. Морозостойкость 47
2. Кислотное число 48
3. Возгораемость 49
4. Санитарно - гигиеническая оценка 49
7. Особенности технологии производства ВПП и изделий на его основе 49
1. Подготовка сырьевых материалов и их дозирование 49
2. Приготовление смеси пенопласта 50
3. Укладка готовой смеси в форму (каркас панели) 51
4. Формование пенопласта в форме (полости панели) 51
Выводы 52
3. Исследование и разработка составов, технологий производства и изучение свойств стиропорбетона (СПБ) - композиционного теплоизоляционного, конструктивно-теплоизоляционного и конструктивного материала на неорганическом вяжущем (цементе) 53
3.1. Выбор исходных сырьевых материалов 54
3.2. Методика проведения исследований 55
3.3. Исследования по выбору состава СПБ методом симплекс -планирования 56
3.4. Экспериментальные исследования по отработке технологии производства СПБ изделий 62
3.4.1. Исследования технологических свойств СПБ смеси 62
3.4.2. Отработка технологии производства СПБ и изделий на его основе 64
3.4.3. Исследования режимов твердения СПБ смеси естественным способом, пропариванием и электротермообработкой 67
3.5. Исследования зависимости физико-механических и строи тельно-эксплуатационных свойств от состава СПБ 71
3.5.1. Изучение изменения плотности от количества цемента и пе-нополистирола в составе стиропорбетона 71
3.5.2. Исследование зависимости коэффициента теплопроводности от плотности и влажности 73
3.5.3. Зависимость предела прочности при сжатии от плотности 75
3.5.4. Зависимость водо - влагопоглощения от плотности 76
3.5.5. Определение морозостойкости, возгораемости и проведение санитарно - гигиенической оценки характерных составов стиропорбетона 78
5.5.1. Морозостойкость 78
5.5.2. Возгораемость 79
5.5.3. Санитарно - гигиеническая оценка 80
3.6. Исследование и выбор пластифицирующих добавок в СПБ 80
3.7. Исследование и выбор противоморозных добавок в СПБ 83
3.8. Определение свойств СПБ с пластифицирующими и противо-морозными добавками 86
3.9. Теплотехнические исследования натурных фрагментов теплоизолированной палубы суперблока 89
3.10. Исследования стойкости утеплителя в палубе суперблока при эксплуатационных и транспортных нагрузках 92
Выводы 98
Глава 4. Опытно - промышленное внедрение и технико - экономические показатели производства ВПП-СКМ, СПБ и изделий из них 99
4.1. Опытно - промышленное опробование состава и технологии изготовления пенопласта ВПП-СКМ 99
4.2. Технико - экономические показатели производства ВПП-СКМ 102
4.3. Опытно - промышленное внедрение СПБ 103
4.4. Технико - экономические показатели внедрения СПБ 104
4.5. Экологичность ВПП - СКМ и СПБ 109
Выводы 110
Общие выводы по работе 111
Список литературы
- Конструктивно-теплоизоляционные и теплоизоляционные легкие бетоны с пенополистирольным заполнителем
- Однофакторные экспериментальные исследования по установлению технологических параметров процесса производства ВПП-СКМ
- Определение морозостойкости, кислотного числа, возгораемости и проведение санитарно - гигиенической оценки пенопласта ВПП-СКМ оптимального состава
- Исследования режимов твердения СПБ смеси естественным способом, пропариванием и электротермообработкой
Введение к работе
Актуальность проблемы
Перевод экономики России в рыночные отношения, сопровождаемый спадом производства и ростом стоимости топлива и энергии, потребовал принятия кардинальных мер по экономии и рациональному использованию материальных и топливно-энергетических ресурсов.
Приоритетными направлениями энергетической политики России являются повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), создание условий для перевода экономики страны на энергосберегающий путь развития и снижение негативного воздействия топливно-энергетического комплекса (ТЭК) на окружающую среду [64, 88, 126].
Практически во всех отраслях экономики страны имеется значительный резерв энергосбережения и эффективного использования ТЭР.
В строительной отрасли и жилищно-коммунальном хозяйстве решением Межведомственного совета по вопросам строительства, архитектуры и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации принято постановление «О ресурсо- и энергосбережении в строительстве и жилищно-коммунальном хозяйстве» от 25.05.95 г. [87].
Возросшие требования к заданиям и сооружениям по энергосбережению (изменения № 3 к СНиП II - 3-79 «Строительная теплотехника», предусматривающие поэтапное увеличение термического сопротивления конструкций: на первом - в 1,5 - 1,7 раза, на втором - в 3,0 - 3,5 раза) и экологич-ности, диктуют необходимость усовершенствования существующих и разработки новых материалов и конструкций.
В работе [119] указывается, что до 20,0 % вырабатываемых в России энергоресурсов расходуется на обогрев зданий.
На основании проведенных исследований установлена структура теп-лопотерь (рис. 1) через ограждающие конструкции здания [11, 19, 24, 66, 100]
Повышение уровня теплозащиты зданий - один из основных факторов энергосбережения и рационального использования топливно - энергетических ресурсов для отопления зданий и, соответственно, снижения техногенных нагрузок топливно - энергетических предприятий на окружающую сре-
Рис. 1. Структура теплопотерь через ограждающие конструкции Ш Оконные и дверные проёмы Пол и потолок Стены
Выявлено, что до 67 % тепла теряется через стены, пол и потолок.
Применение коррозионно не активных теплоизоляционных материалов в металлических ограждающих панелях повышает срок эксплуатации конструкций.
При использовании местного сырья для производства теплоизоляционных изделий сокращаются транспортные расходы и уменьшается зависимость строительно-монтажных организаций от поставщиков материалов.
Вышесказанное подтверждает актуальность темы диссертационной работы.
В настоящее время теплоизоляция более 50 % строительных конструкций проводится с применением минераловатных изделий. Но область их применения сужается в виду высокого водопоглощения (до 350 % по массе), значительной гигроскопичности (до 25 % по массе) и не долговечности [13, 26].
Отечественный и зарубежный опыт применения полимерных теплоизоляционных материалов в строительстве, а также анализ работ Андрианова Р.А., Берлина А. А., Валгина В. Д., Воробьева В. А., Горлова Ю П., Крашенинникова А. Н., Меркина А. П., Николаева А. Ф., Стефурака Б. И. и др. указывают на то, что повышенным требованиям по теплопроводности, в соответствии с изменениями № 3 к СН и П II - 3 - 79 "Строительная теплотехника", наиболее полно удовлетворяют полиуретановые, полистирольные и фенолоформальдегидные пенопласты [7,12, 18, 21, 22, 25, 26].
Физико-механические характеристики пенопластов приведены в табл.1.
Таблица 1 Физико-механические характеристики пенопластов
Пенополиуретаны представляют собой лучший вид пенопластов по теплотехническим свойствам из числа применяемых утеплителей для панелей, но они сгораемые. Широкое их применение также сдерживается дефицитностью и высокой стоимостью исходного сырья [12, 21].
Мочевиноформальдегидные пенопласты имеют низкую прочность на сжатие, повышенную гигроскопичность (до 30 % по массе) и значительную усадку при сушке [12, 21].
Полистирольный пенопласт занимает одно из ведущих мест благодаря низкой плотности, малой теплопроводности, сравнительно высоким прочностным показателям, низкому водопоглощению и паропроницаемости. Основной недостаток - сгораемость и низкая теплостойкость (до 70С) [12, 21, 22, 70, 82].
Повышенная хрупкость фенолоформальдегидного пенопласта обусловлена свойствами полимерной матрицы. Они обладают повышенной теплостойкостью (до 150С) и относятся к группе трудно сгораемых материалов [2, 12,18,91,104].
Результаты проведенных исследований показывают, что для теплоизоляции промышленных и гражданских сооружений целесообразно использовать материалы, имеющие низкий коэффициент теплопроводности, пониженную горючесть, малую токсичность и обладающие при этом достаточной механической прочностью.
В качестве утеплителя сэндвич панелей наиболее полно удовлетворяют этим требованиям композиционные теплоизоляционные материалы, удачно сочетающие достоинства полистирольных и фенолоформальдегидных пено-пластов, не содержащие коррозионно-активных компонентов [42, 65, 102, 103],
В однослойных наружных стеновых панелях и в качестве среднего теплоизоляционного слоя в многослойных бетонных панелях эффективно используется легкий бетон на искусственных пористых заполнителях [122, 128].
Один из путей реализации поставленных задач - использование в материалах и конструкциях пенополистирола, который гигиеничен, гигроскопичен, обладает низким коэффициентом теплопроводности и малой плотностью (не более 0,045 ВтУ(м-К) при плотности пенополистирольных плит до 60кг/м3) [70, 82].
Объем внедрения пенополистирола в промышленном и жилищно-гражданском строительстве сдерживается его горючестью. Разработка и внедрение трудносгораемых теплоизоляционных и конструктивно - теплоизоляционных материалов на основе пенополистирола позволит на 15% и более снизить энергопотребление на отопление зданий и, соответственно, снизятся экологические нагрузки энергетических и топливно-энергетических предприятий на окружающую среду [6, 9, 48, 59, 61,101].
Цель работы - исследование и разработка, преимущественно на базе местного сырья, трудносгораемых пенополистирол наполненных композиционных теплоизоляционных материалов на органическом (фенолоформальде-гидном олигомере) и неорганическом (цемент) вяжущем.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: - анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта применения пе-нопластов и легких бетонов в качестве энергосберегающих материалов в промышленном и жилищно-гражданском строительстве; исследование и разработка составов, технологии изготовления и изучение свойств трудносгораемого композиционного теплоизоляционного материала на основе фенолоформальдегидной вяжущей (смолы СФЖ-3013) и вспененных гранул полистирола в качестве крупного заполнителя, верми-кулито - полистирольного пенопласта; исследования и разработка составов, технологии производства и изучение свойств трудносгораемого композиционного теплоизоляционного материала на неорганическом вяжущем - цементе и крупном заполнителе -гранулах пенополистирола, стиропорбетона; определение рациональной области применения и технико-экономические показатели производства вермикулито - полистирольного пенопласта и стиропорбетона.
Научная новизна: впервые исследованы и разработаны составы, технология производства и изучены свойства нового композиционного теплоизоляционного материала вермикулито-полистирольного пенопласта плотностью 170-260кг/м ; впервые исследованы и разработаны составы и изучены свойства композиционного конструктивно - теплоизоляционного стиропорбетона плот-ностью 300 - 500 кг/м для теплоизоляции оснований блок - боксов и палубы суперблоков при сооружении объектов нефтегазового комплекса в комплектно - блочном исполнении; - впервые исследованы и разработаны составы, изучены свойства и отрабо тана технология производства конструктивного стиропорбетона плотно стью 800 - 1200 кг/м3 с применением местного мелкого заполнителя (строительного песка).
Практическая ценность работы. Основные результаты исследований реализованы в практике строительства объектов промышленного и жилищно-гражданского назначения: стиропорбетон (ТУ 102-397-90 "Стиропорбетон для утепления оснований БКУ") использован для теплоизоляции оснований блок - боксов и палубы суперблоков в ОАО "Сибкомплектмонтаж"; пенопласт ВПП применялся ОАО "Сибкомплектмонтаж" в панелях
СПК-3; институтом НИПИКБС стиропорбетон (ТУ 102-397-90) заложен в проекты комплектно - блочного исполнения; технические условия ТУ 102-549-90 "Блоки стеновые стиропорбетонные"- внедрены трестом Уренгойтрубопроводстрой при строительстве жилых зданий и промышленных объектов в малоэтажном исполнении.
При разработке составов ВПП и СПБ применяли недефицитные материалы, позволяющие получить утеплитель требуемых свойств и производимые, преимущественно, в зоне Урала и Сибири.
Выражаю глубокую благодарность за помощь в проведении экспериментальных исследований, за совместную работу в опытно - промышленном внедрении, за отдельные предоставленные материалы и за помощь в подготовке диссертации коллегам по работе в лаборатории теплоизоляционных материалов ОАО "НИПИКБС" и на кафедре промышленной экологии ТюмГНГУ.
Конструктивно-теплоизоляционные и теплоизоляционные легкие бетоны с пенополистирольным заполнителем
Впервые в 1959 году западногерманская фирма «BASF» предложила использовать гранулы полистирольного пенопласта в качестве легкого заполнителя в бетоне.
Полистиролбетон (стиропорбетон) обладает рядом положительных физико-механических свойств, которые обеспечивают его широкое применение в строительстве - низкий коэффициент теплопроводности, малый объемный вес (200 - 1000 кг/м ), достаточная механическая прочность (10-75 кгс/см ), трудносгораем, биологически стоек, стоек к агрессивным средам и др. [16, 54,60,67,69,81,113, 127].
В настоящее время в нашей стране накоплен достаточный опыт по производству и применению в строительстве легких бетонов. Более 80% производимого в стране легкого бетона расходуется на изготовление ограждающих конструкций. Однако, изготавливаемые из легкого бетона конструкции в настоящее время требуют снижения веса и улучшения теплозащитных свойств. При этом перспективным методом улучшения теплозащитных свойств ограждающих конструкций является применение пористых заполни-телей с насыпной плотностью до 300 кг/м , что позволит снизить теплопроводность легких бетонов на 25 - 30%. Доказано, что увеличение сопротивления теплопередачи наружных стеновых панелей на 15% приводит к снижению расхода тепловой энергии на отопление зданий на 7-9% [24,35,36, 54,66].
Технико-экономические показатели различных вариантов типовых проектов, разработанных в ЦНИИЭПжилища для крупнопанельных зданий показывают, что переход на строительство из легких бетонов обеспечивает снижение расхода бетона до 20%, стали до 10%, цемента до 18%, трудоемкость до 10%о, масса зданий снижается до 40% и общая стоимость домов до 5% [109].
Целесообразно использовать в многослойных конструкциях вместо плитного полимерного утеплителя легкий бетон, так как технология изготовления его и условия совместной работы всех слоев будут аналогичны.
Накоплен достаточно большой опыт по производству и применению легких теплоизоляционных бетонов с наполнителями из вспененных гранул полистирольного пенопласта.
Институтом строительства и архитектуры Госстроя Белоруссии разработан способ изготовления теплоизоляционных полистиролбетонных (ПСБ) плит. Отличительной особенностью технологии является то, что полистирол-бетонная смесь при укладке в кассеты не подвергается специальному уплотнению, а заполнение отсеков кассеты осуществляется под действием собственной массы смеси. В результате форсированного разогрева при тепловой обработке при 100С в течение 6,5 ч гранулы полистирола довспениваются. Увеличение объема гранул пенополистирола сопровождается сокращением или полной ликвидацией межзерновой пористости в плитах [ 129].
Исследования по использованию полистиролбетона для изготовления объемных блоков для жилых зданий на Севере проведены Гипроспецгазом [20]. Предложенная технология приготовления ПСБ смеси опробована на Краснодарском домостроительном комбинате.
В НИИЖБ проведены исследования по определению механических свойств полистиролбетона плотностью 700 - 800 кг/ м . Доказана возможность изготовления однослойных стеновых панелей размером 3x6x0,2 м для зданий сельскохозяйственного назначения. Используя гранулы пенополисти-рола насыпной плотностью 30 кг/м и мелкий кварцевый песок готовили ПСБ марки 50 [44].
Исследованиями, проведенными во ВНИИИСМ совместно с МНИИ-ТЭП и лабораторией завода «Прокатдеталь», доказана возможность изготовления однослойных стеновых панелей размером 2,5x6x0,22 м [129].
Тарадышенко А.С и др. проводили исследования свойств керамзитопо-листиробетона путем замены части керамзитового заполнителя (фракция О-10мм) пенополистиролом фракции 5-10 мм и менее 5 мм, взятых в соотношении 1:1 [5, 112]. Показано, что с увеличением содержания пенополистиро ла от 0 до 100 объемных процентов прочность на сжатие бетона падает с 22 до 3,2 МПа, а объемная масса от 1400 до 600 кг/м . Рекомендуют для изготовления объемных элементов бетон с содержанием 20% пенополистирола в объеме заполнителя. Отмечают, что керамзитополистиролбетон имеет более высокий коэффициент конструктивного качества, чем керамзитобетон.
Московским строительным университетом, строительно-монтажным трестом «Арктикстрой» и институтом «ЦНИИЭПСельстрой» проведены исследования и применен в строительстве конструктивно-теплоизоляционный материал - стиропорбетон плотностью 300 - 600 кг/м [67].
Анализ приведенных данных позволяет заключить, что накоплен достаточно убедительный опыт использования в строительстве стиропорбетона (полистиролбетона). Эффективность его применения для однослойных ограждений конструкций несомненна. И в тоже время надо отметить, что не исследованы возможности применения стиропорбетона для теплоизоляции ограждающих конструкций при сооружении нефтегазопромысловых объектов в комплектно - блочном исполнении и использования местного мелкого заполнителя (строительного песка) при производстве стиропорбетона.
Однофакторные экспериментальные исследования по установлению технологических параметров процесса производства ВПП-СКМ
Определяли влияние скорости движения горячего воздуха при обдуве смеси пенопласта на его прочность при 10% сжатии. Проводили одновременную тепловую обработку двух одинаковых образцов размером 1000x190x50 мм. Теплоизоляционная масса укладывалась в две разные металлические формы: одна с перфорацией (отверстия d = 2 мм), другая без перфорации.
Условно принимаем скорость воздушного потока воздуха при выключенной вентиляции 0 м/с. Наличие перфорации на форме, рассекателя потока воздуха в камере тепловой обработки и шибера воздухопровода дает возможность регулировать скорость обдува образца пенопласта. Скорость воздушного потока замеряли анемометром АРИ-49.
Эксперименты проводили при скорости воздушного потока - 0,2; 3,5:7 м/с. Результаты проведенных исследований даны в табл. 2.8.
В результате проведенных исследований сделаны следующие выводы:
1. V = 0 м/с. Наблюдается накапливание влаги на нижней поверхности образца. Имеет место коробление вследствие неравномерного испарения влаги с поверхности образца. Материал неравнопрочный.
2. V = 5 - 7 м/с. Происходит выгорание гранул пенополистирола на поверхности образца, пересыхание и разрушение поверхностного слоя. Потеря прочности пенопласта на 15- 20%.
3. V = 2 - 3 м/с. Получается пенопласт требуемой прочности на сжатие. Образец равномерной структуры и прочности. Нет поверхностного разрушения утеплителя.
Исследование распределения и изменения температурного поля проводили используя хромель - копелевые термопары, устанавливая их в разных точках в объеме пенопласта. Температуру записывали потенциометром КСП-4.
Эксперименты проводили на образцах размерами 1000x190x50 мм, находящихся в перфорированной металлической форме. Термопары расположили в центре образца и по краям.
В начальный период температура на поверхности материала растет быстрее чем в центре образца, это создает перепад температур между поверхностью и центром, обусловливая пересушку поверхности и вызывая явление термодиффузии, тормозящее сушку во втором периоде.
Во втором периоде температура на поверхности устанавливается постоянной, а в центре растет. Через 1 час 50 мин она достигает максимального значения увеличиваясь на 35 - 40С.
Разница средних температур между краем и центром пенопласта не превышала 32С. В конце стадии выдержки в камере тепловой обработки температурные поля по сечению образца установившиеся и максимальные перепады не превышают 8С (III период).
График изменения температуры во времени в центре образца и на краях показана на рис. 2.3. Из рисунка видно, что через 2 часа 18 мин. процесс тепловой обработки пенопласта ВПП устанавливается постоянным. В конце второго периода был включен нагрев. Установку (вентилятор и нагревательный элемент) можно отключить в конце третьего периода, т.е. через 2ч.40мин. Затем формующее устройство разбирают, а образец ставят на естественное остывание вне камеры тепловой обработки.
Проведены экспериментальные работы по установлению времени термоотверждения плит из пенопласта ВПП. Эксперименты проводились на лабораторной установке. Размер плиты пенопласта 1000x560x100мм. Термообработка сформованной массы ВПП производилась в металлической форме с крышкой. При термообработке массы без крышки не удается получить равнопрочный по толщине материал, так как первоначально происходящее отверждение массы с поверхности препятствует отверждению массы в слое.
Для установления оптимальной температуры термообработки были проведены эксперименты по определению полноты поликонденсации фе-нолформальдегидного связующего в пенопласте ВПП.
Полнота поликонденсации фенолформальдегидного связующего в пенопласте ВПП определялось по ГОСТ 17177.8-94 «Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Метод определения полноты поликонденсации фенолформальдегидного связующего». Определение полноты поликонденсации проводилось на приборе Сокслето.
Связующее - смола СФЖ-3013 - отверждалась в сушильном электрошкафу в течение 1,5 часа. Проба отвержденной смолы измельчалась в фарфоровой ступке и просеивалась через сито. Порошок высушивался в эксикаторе с концентрированной серной кислотой. Из высушенного порошка отбиралась проба массой около 10 г, которая помещалась в фильтровальную бумагу. Навеска отвержденной смолы в фильтровальной бумаге помещалась в прибор Сокслето и экстрагировалась ацетоном в течение 10 часов для удаления не отвержденной части связующего. После экстракции навеску отвержденной смолы высушивали до постоянной массы.
Определение морозостойкости, кислотного числа, возгораемости и проведение санитарно - гигиенической оценки пенопласта ВПП-СКМ оптимального состава
Определение морозостойкости ВПП проводилось по ГОСТ 12852-77. Образцы испытывали по двум режимам. Первый режим: увлажнение в воде в течение 8 часов при температуре (20±2)С, замораживание в течение 16 часов при температуре (-20±2)С. Общая продолжительность цикла - 24 часа.
Второй режим: выдержка 72 часа при влажности (96+3)%, замораживание при температуре (-60±2)С - 16 часов, оттаивание в среде (96±2)% влажности - 8 часов. Общая продолжительность цикла - 24 часа. Отбор образцов для испытания на сжатие проводили через 5,10,15,20,25,30,35,40 циклов. Контрольные образцы хранили в эксикаторе и испытывали на сжатие при отборе основных образцов через 20 и 40 циклов. Коэффициент морозостойкости Кмрз вычисляли по формуле: / = , (2.9) о где ам - прочность основных образцов при сжатии, подверженных испытаниям на морозостойкость, МПа; а - прочность контрольных образцов в сухом состоянии, МПа. Кислотное число по ГОСТ 20916-87 определяли методом титрования и вычисляли по формуле: к = а-к-4 (2 10) в где а - объем 0,05Н раствора едкого натрия, израсходованный на титрование, мл; к - поправочный коэффициент на титр, 4 - коэффициент пересчета от NaOH к КОН, в - навеска пробы в г.
Из пенопласта ВПП вырезали пробу, измельчали до порошкообразного состояния. Навеску пробы брали с точностью до 0,01 г. Навеску высыпали в стеклянную плоскодонную колбу емкостью 300 мл. Пробу залили дистиллированной водой. рН раствора определяли на рН - метре милливольтметре рН - 673. Величина рН составила 8,6 т.е. среда щелочная. Ввиду того, что среда щелочная отпадает необходимость в определении кислотного числа.
Образец имел длину 1000 - 5 мм, ширину 90-3 мм и толщину 50мм. Испытания проводились в ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко (договор № С 956 от 01.04.87 г.).
Результаты проведенных испытаний показывают, что пенопласт ВПП-СКМ объемной массы свыше 170 кг/м относится к группе трудносгораемых.
Проведены токсикологические исследования пенопласта. По заключению Тюменского центра санитарно-эпидемиологического надзора вермику-лито-полистирольный пенопласт отвечает санитарно-гигиеническим нормам и может быть рекомендован для всех типов зданий и сооружений без ограничений в применении (письмо главного врача Тюменской областной санитар-но - эпидемиологической станции Устюжанина Ю. В. № 1702 от 12.12.85 г.).
Технологический процесс производства панели кровельной СПК-3 заключается в изготовлении алюминиевого каркаса панели, утеплении ее пенопластом ВПП и укладке рубероида.
Каркас подается на пост заполнения утеплителем ВПП. Процесс заполнения панели пенопластом ВПП включает следующие операции: 1. Подготовка сырьевых материалов и их дозирование; 2. Приготовление смеси утеплителя; 3. Укладка готовой смеси в каркас панели; 4. Формование пенопласта ВПП в полости панели. Диатомит комовый измельчают в молотковой дробилке и просеивают через сито диаметром 1,0 мм. Оборудование для подготовки диатомита вы брано на основании изучения работы действующего цеха подготовки диатомита Камышловского завода строительных материалов: - дробилка молотковая типа СМД-15; - сито-бурат типа СМ-237М.
В осенне-весенний период, при увеличении влажности диатомита свыше 30%, необходимо предусмотреть подсушку.
Вермикулит, вспененные гранулы полистирола, смола СФЖ-3013 не требуют специальной подготовки.
Все сырье подвергается проверке на соответствие его государственным стандартам или техническим условиям.
Дозаторы для компонентов смеси выбраны весовые и объемные с учетом их свойств. Для полистирола и вермикулита выбраны объемные дозаторы, для смолы СФЖ-3013 и диатомита выбраны дозаторы весовые: - АД-250-2Ж - для смолы; - АД-50-2П-ДЛЯ диатомита.
Загрузку смолы в приемный бункер производят шестеренчатым насосом НШ-46, транспортировку диатомита производят пневматическим винтовым насосом НПВ-36-2. Для транспортирования пенополистирола и вермикулита используют пневмопровод.
Исследования режимов твердения СПБ смеси естественным способом, пропариванием и электротермообработкой
Важнейшим этапом технологии производства СПБ, определяющим продолжительность технологического цикла изготовления изделий, является твердение.
Процесс твердения СПБ в основном зависит от температуры, влажности среды, продолжительности твердения, активности вяжущего и влияния добавки, ускоряющих или замедляющих структурообразование.
Твердение СПБ может происходить в естественных или искусственно созданных условиях на основе применения какого-либо вида тепловлажност-ной обработки - паром, подогретым воздухом, электротермообработкой и др. или введением специальных добавок [23, 69].
Естественным (нормальным условием) твердения СПБ считается температура 15 - 20 С и относительная влажность воздуха 90 - 100 %. Изделия из СПБ при естественных условиях твердения за 7 сут набирают 60 - 70% марочной прочности за 28 сут - 100%.
Одним из перспективных методов ускорения твердения и улучшения свойств стиропорбетона является электротермообработка.
Рассмотрены три способа электротермообработки СПБ: - предварительный электроразогрев СПБ смеси; - электроразогрев в процессе структурообразования СПБ; - изотермический электропрогрев СПБ смеси.
Способ предварительного электроразогрева СПБ смеси заключается в следующем: стиропорбетонную смесь, предварительно разогретую электрическим током промышленной частоты вне формы в течение 10-15 мин до 85С, укладывают в разогретую до температуры 80 - 90 С форму, уплотня-ют вибрацией, с пригрузом (20г/см ), термосно выдерживают в течение 3 часов в форме и остывают за 2 часа. При изготовлении стиропорбетона методом предварительного электроразогрева при укладке, перемешивании разогретой смеси испаряется свободная вода. Необходимо при этом в исходную смесь вводить дополнительное количество воды затворения для компенсации потерь влажности.
Однако здесь выявился ряд трудностей: при укладке разогретой смеси в форму происходит ее остывание примерно на 15-20С, создание электронагревательных бункеров для разогрева СПБ смеси.
Основные характеристики термообработки: температура, скорость ее повышения, время выдержки отдельных стадий. От выбора оптимального режима термообработки зависят физико-механические показатели стиропорбетона. При быстром повышении температуры (0,35ч) возникают деформации в образцах стиропорбетона. Для предупреждения ухудшения качества образцов во время ускоренного нагревания, их необходимо предварительно выдерживать в течение часа, за это время смесь частично схватывается и набирает некоторую прочность, чтобы не разрушиться под действием давления, развиваемым подвспенивающимися гранулами пенополистирола, разрыхляющими поверхность образцов.
Для обеспечения более однородной структуры стиропорбетона, для исключения рыхлых образований, образцы подвергали вибрационному воздей-ствию в течение 20-30 сек. с пригрузом 20г/см .
При визуальном осмотре образцов, полученных по 1 и 2 режиму обнаружено, что они отличаются по структуре. При небольших скоростях нагрева (в течение 3 ч) структура однородная без заметных дефектов физического характера. У образцов, разогретых по 1 релшму, появились незначительные трещины, слегка наблюдается разрыхление структуры.
Применение повторного вибрирования после того как стиропорбетон нагреется до заданной максимальной температуры (1 режим) дало положительные результаты. Прочностные характеристики образцов после твердения в течение 1 суток с повторным вибрированием составляют в среднем, при одинаковой плотности 438 кг/м , 0,43 МПа против 0,39 МПа без повторного вибрирования.
В результате исследования электропрогрева стиропорбетона был изучен этап изотермического прогрева в течение 4, 6, 8 часов. Зависимость плотности и прочности от времени прогрева приведены в табл. 3.9.
Как видно из таблицы, прочностные характеристики стиропорбетона позволяют выбрать этап изотермического прогрева в течение 6 часов.
При электропрогреве температурное поле по сечению образца более равномерное, чем при электроразогреве. При этом обычно центр образца имеет большую температуру (температура измерялась как в центре, так и по краям образцов стиропорбетона).
Основным показателем, определяющим свойства стиропорбетона, является плотность. От плотности СПБ зависят такие его свойства как прочность, теплопроводность, водо-влагостойкость, морозостойкость и др.
Определение плотности образцов СПБ проводили согласно ГОСТ 12730.1-78 «Бетоны. Методы определения плотности». Для испытаний исследовали образцы - кубы с длиной ребра 100±1 мм. Образцы испытывали после твердения в нормальных условиях при естественной влажности (относительная влажность в помещении 50-=-65%) и температуре (20±2)С в течение 28 суток.
Среднюю плотность при естественной влажности вычисляли с точностью до 10,0 кг/м , как среднее арифметическое результатов определения средней плотности (г/см ) трех образцов одной серии: = 1000 , (3.5) где m - масса образца, г; V - объем образца, см . Сравнительные данные по плотности в зависимости от количества вяжущего - цемента и крупного заполнителя - пенополистирола (ППС) в составе СПБ приведены в табл. 3.11.
