Введение к работе
Актуальность работы.
В современных условиях строительства применяют широкий спектр теплоизоляционных материалов. Пенополистирол занимает одно из лидирующих мест по объему применения для теплоизоляции строительных конструкций как для наружной, так и для внутренней отделки помещений. Для достижения оптимальных условий эксплуатации наружную изоляцию защищают от атмосферных воздействий, армируя штукатуркой или вентилируемой облицовочной оболочкой. Широкое применение он нашел и в качестве теплоизоляции межэтажных перекрытий, крыш и фундаментов, а также для организации несъемной опалубки.
Энергоэффективность пенополистирола очень высока, но вместе с этим данный материал обладает рядом отрицательных свойств, к которым следует отнести недолговечность, пожароопасность и токсичность.
При эксплуатации, хранении и рециклинге пенополистирол разрушается под действием внешних и внутренних факторов. Внутренними факторами являются процессы, связанные с естественной деструкцией полимера. Внешние факторы – это действие жидких агрессивных сред, а также атмосферные воздействия (колебание температуры и влажности) и старение (фото- и теплостарение). При длительном воздействии этих факторов происходит изменение структуры материала и, как следствие, его физико-механических свойств. Естественная деструкция пенополистирольных пластиков накладывает дополнительное влияние на эти факторы.
Свойства пенополистирола меняются от воздействия не контролируемых случайных факторов. При проектировании новых и реконструкции существующих зданий теплоизоляция из пенополистирола практически не поддаётся точной численной оценке на долговечность и гарантированный срок службы. С целью достижения эффективной тепловой модернизации её физико-механические характеристики требуется определять с достаточной степенью точности. Проведенные ранее экспериментальные исследования не дают наиболее четкого и точного ответа о степени пригодности и долговечности теплоизоляционных строительных конструкций и изделий на основе пенополистирола. В связи с этим исследования в области определения долговечности пенополистирола как теплоизоляционного материала являются весьма актуальными. Актуальность выбранного научного направления подтверждается и тем, что вопросы дальнейшего применения пенополистирола как теплоизоляционного материала обсуждались на заседании круглого стола РААСН видными учеными и специалистами нашей страны. В результате работы круглого стола сформулированы следующие задачи: пенополистирол является одним из широко применяемых теплоизоляционных материалов как в нашей стране, так и за рубежом; применение пенополистирола в строительстве должно соответствовать всем строительным, пожарным и санитарно-техническим нормам, действующим в Российской Федерации; пенополистирол как теплоизоляционный строительный материал нуждается во всестороннем изучении как с точки зрения временной деструкции под воздействием внешних и внутренних факторов, так и долговечности.
Работа выполняется в соответствии с планом Правительства Российской Федерации №2727 П-П8 от 21.07.1996 г. раздел Технологическая реабилитация окружающей среды от техногенных воздействий, по которой проводятся исследования на кафедре «Производство строительных материалов» ГОУ ВПО ИГАСУ.
В рамках приоритетных направлений исследований РААСН, сформулированных на годичном собрании (г. Иваново, 2010), а также в итоговом документе заседания круглого стола «Проблемы и перспективы применения пенополистирола в строительстве» (г. Москва, 2011).
Цель работы: На основании всесторонних исследований создание теоретических основ прогнозирования долговечности пенополистирольных теплоизоляционных материалов для правильного проектирования, получения расчетных значений теплопроводности, влажности, механической прочности и морозостойкости при различных режимах работы конструкций, пожарной стойкости и экологичности, а также рекомендаций регламентирующих применение пенополистирола в строительстве.
Задачи исследований:
- провести анализ существующих методов теоретических и экспериментальных исследований долговечности теплоизоляционных материалов на основе полимерных связующих;
- разработать физическую модель кинетики старения энергоэффективных полимерсодержащих материалов в многослойной ограждающей конструкции и рассмотреть основные внешние факторы, влияющие на изменение структуры изделий на основе пенополистирола при длительной эксплуатации в условиях средней полосы России;
- получить экспериментальные результаты, позволяющие установить связь между физико-механическими свойствами пенополистирола в зависимости от условий эксплуатации;
- выявить структурные изменения материала под воздействием различных внешних и внутренних факторов;
- определить степень пожароопасности и токсичности пенополистирольной теплоизоляции в результате соприкосновения с открытым огнем;
- дать оценку пригодности полистирольного полимера при проектировании, возведении и эксплуатации зданий жилого назначения.
Методы исследования.
Использованы экспериментальные методы определения физико-механических свойств и структуры ячеистых органических материалов.
При обработке экспериментальных данных применялись как аналитические, так и численные методы. Обработка данных проводилась с использованием новейших программных комплексов персонального компьютера. Математический анализ и визуализация проводилась с применением программ экономико-статистических расчетов и графической интерпретации данных «Microsoft Excel» и «STATISTICA».
Теоретической и методологической основой исследований являлись разработки отечественных и зарубежных учёных в области исследования свойств и структуры, а также прогнозирования поведения и работоспособности энергоэффективных строительных материалов в различных условиях эксплуатации: Г. Штаудингера, А.Г. Дементьева, М.Л. Кербера, В.В. Мальцева, А.А. Берлина, В.В. Гурьева, В.Н. Финдлея, С.Н. Журкова, В.Е. Гуля, С.Б. Ратнера, И.Я. Гнипа, А.А. Тагера, В.И. Кершулиса,
А.Ф. Луковникова, Е.А. Мешалкина, И.Д. Симонова-Емельянова,
В.К. Крыжановского, Д.А. Клемпнера, В.А. Павлова, В.Г. Хозина,
Л.А. Абдурахмановой, Ю.Д. Ясина, В.П. Ярцева, Л.Д. Евсеева, Б.С. Баталина, В.С. Федорова, Э.Р. Галимова, Р.К. Низамова, А.С. Етумяна,
Е.А. Король, В.Г. Гагарина. Информационная база – научные труды, материалы научно-технических конференций, статьи в научных сборниках, периодических изданиях и глобальной сети Интернет по исследуемой проблеме.
Достоверность научных положений диссертации подтверждается:
- применением фундаментальных методов исследований органических материалов;
- сопоставлением теоретических и экспериментальных результатов, полученных в работе с данными, известными в научной и справочной литературе.
Научная новизна работы заключается:
- в создании теоретических основ прогнозирования долговечности пенополистирольных строительных материалов теплоизоляционного назначения, работающих при различных условиях, для качественного проектирования полученных расчетных значений теплопроводности, влажности, механической прочности и морозостойкости;
- в разработке условий, обеспечивающих благоприятные влажностные режимы работы пенополистирола в ограждающих конструкциях на основе результатов физико-механических исследований; уточнении вопросов пожарной стойкости, экологичности и области применения;
- в разработке методики для оценки взаимосвязи свойств и структуры применяемого в строительстве пенополистирола в зависимости от условий его эксплуатации;
- в получении закономерности процессов деструкции пенополистирольных материалов от условий их эксплуатации.
Практическое значение работы:
- предложена методика инженерного расчета долговечности стиролсодержащих материалов, применяемых в стройиндустрии в качестве конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных изделий;
- разработаны практические рекомендации по применению пенополистирола для теплоизоляции зданий и сооружений;
- экспериментально изучено влияние различных факторов на физико-механические характеристики пенополистирола, производимого как в нашей стране, так и за рубежом;
- осуществлено внедрение результатов работы в учебном процессе при изучении дисциплин «Технология изоляционные строительных материалов и изделий», «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре».
На защиту выносятся:
- результаты теоретических и экспериментальных исследований по прогнозированию долговечности пенополистирольных строительных материалов, работающих в условиях средней полосы России;
- результаты экспериментальных исследований структуры пенополистирольных строительных материалов;
- рекомендации для качественного проектирования, расчетные значения теплопроводности, влажности, механической прочности и морозостойкости при воздействии различных внешних факторов.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих региональных, всероссийских и международных конференциях: Международной научно-технической конференции Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов (Пенза, 2008, 2009), 61 Республиканской научной конференции по проблемам архитектуры и строительства (Казань, 2009), Третьих Воскресенских научных чтениях Полимеры в строительстве (Казань, 2009), Всероссийской научной конференции студентов, магистрантов, аспирантов, молодых ученых «Энергия молодых – строительному комплексу» (Братск, 2009, 2010), Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2009), Международной научно-технической Интернет-конференции «Строительная наука - 2010» (Владимир, 2010), XVII международной научно-технической конференции «Информационная среда ВУЗа» (Иваново, 2010).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 28 печатных работ, в том числе 9 статей в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка используемой литературы. Общий объем работы составляет 169 страниц печатного текста, содержит 79 рисунков, 12 таблиц. Библиографический список включает 152 работы отечественных и зарубежных авторов.
Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 05.23.05 – «Строительные материалы и изделия» по следующим пунктам: п.4. Разработка методов прогнозирования и оценки стойкости строительных материалов и изделий в заданных условиях эксплуатации; п.8. Развитие системы контроля и оценки качества строительных материалов и изделий; что определяется целью работы
Похожие диссертации на Исследование долговечности теплоизоляционных материалов на основе пенополистирола
