Теплофизические свойства полистиролоцементной изоляции

Новый изоляционный материал — полистиролоцементная изоляция (ПЦИ) представляет собой твердую гетерогенную композицию, состоящую из вспененного полистирола, цемента и воды. Ингредиентами композиции могут быть пенополистирол марки ПСБ или ПС Б-С (МРТУ-6-05-959-66 или МРТУ-6-5-1019-66 соответственно) и цемент марки не ниже 600 (ГОСТ 10178-62).

Пенополистнрол вышеуказанных марок изготовляется из бисерного полистирола, содержащего порообразователь — изопентан. Размер гранул бисера колеблется в пределах 0,5—4 мм. Вспенивают их в механическом вспенивателе горячей водой при f=~ 95—98°С или паром при непрерывном перемешивании и используют в ПЦИ в качестве заполнителя. Во время вспенивания гранулы увеличиваются в объеме в 30-50 раз (рис. 1).

Продолжительность процесса вспенивания бисера зависит от требуемой массы заполнителя. В ПЦИ он эффективен с небольшим коэффициентом теплопроводности и наименьшей объемной массой (12—20 кг/м3). Последняя получается при вспенивании бисера в течение 6—8 мин (рис. 2).



Поэтому в проведенных исследованиях основное внимание уделялось определению X. Теплофизические характеристики ПЦИ измерялись на установке, работающей по методу А. М. Бутова , основанном на закономерностях нестационарного теплового режима, в котором используется начальная стадия развития температурного поля.


При определении X применялись линейные и плоские источники тепла. В качестве первого — использовалась прочная несущая проволока диаметром 0,5 мм в эмалевой изоляции, на которую наматывалась нагревающая обмотка из константановой проволоки диаметром 0,2 мм. В центральной части несущей проволоки поверх нагревателя наматывался термометр. В качестве ¦второго — плоский нагреватель, состоящий из нескольких секций такой же проволоки. Секции нагревателя припаивались к металлическим пластинам, закрепленным на панелях. В его центральной части помещался медный термометр сопротивления, устойчиво работающий в интервале температур от минус 50 до плюс 150°С и имеющий в этом интервале линейную зависимость сопротивления от температуры.

Испытаниям подвергались сборные образцы, состоящие из трех частей размером 270X180X200, 100Х180Х200 и 70X180X200 мм. В них обеспечивалось распространение теплового потока в разных направлениях от источника и плотное прилегание отдельных частей друг к другу, которые вырезались из одного куска материала и хранились вместе. Размеры образной подбирались таким образом, чтобы к концу опыта температура их наружных частей изменилась не более, чем на 0,001°С. Термостатом служила термобарокамера. Для выравнивания температуры образцы выдерживались в тормобарокамере 7—8 ч. X ПЦИ определяли для грех значении объемной массы (200, 300 и 400 кг/м ) и в интервале температур от минус 25 до плюс 20СС. (рис. 4). Исследовались образцы, высушенные до постоянной массы влажностью а)в=3,0ч- 4,5%, что соответствует 0,6-и1,8% объемной влажности. При таких значениях влажности образцы без большой погрешности можно считать сухим н.

Объемная масса ПЦИ влияет на значение X. С ее уменьшением X понижается при каждой температуре. Это очевидно, так как в образцах возрастает доля пенополистирола, который является хорошим теплоизолятором. Величина X композиции приближается к значению X заполнителя. Данные совпадают с результатами, полученными в Институте высотного строительства ДВА.

В интервале температур от 0 до + 20°С наблюдается прямая пропорциональная зависимость между X и объемной массой ПЦИ. Однако при температуре от минус 25 до плюс 7°С пропорциональность нарушается. Это связано с различной влажностью образцов. Интервал от 0 до —15°С является областью фазовых превращений влаги. Несмотря на малую объемную влажность исследованных образцов, она значительно отличается для образцов разной объемной массы образцов с у=200 кг/м3 составляет 0,6%; влаги так мало, что фазовые превращения ее не вызывают резкого изменения в 2— 3 раза больше. Поэтому изменение фазового состояния этого количества влаги существенно отражается на функциональной зависимости коэффициента теплопроводности от температуры. Однако полученные значения X свидетельствуют о хороших теплозащитных свойствах материала.

ПЦИ — хороший теплоизоляционный материал. Ее X при объемной массе у=200-400 кг/м3 колеблется в пределах 0,051-г 0,107 ккал/(м-ч-°С); предел прочности при сжатии в 28-суточном возрасте от 2,4 до 7,2 кГ/см2 соответственно. Влажность изоляции в равновесном состоянии для таких объемных масс З-г-8%, водопоглощение 40,3-56,2% (по массе) и гигроскопичность 1,6-г 2,9% (но массе) соответственно. Следует учитывать некоторое возрастание величины X с увеличением влажности изоляции.

Таким образом в качестве тепловой изоляции целесообразно применять полистиролоцементную композицию с объемной массой 200-г 400 кг/м3, обладающую оптимальными механическими и теплофизическими свойствами. Для получения однородной смеси с одинаковой величиной X по всему объему материала, необходимо тщательное перемешивание компонентов во время его приготовления. С целью защиты ПЦИ от увлажнения в процессе эксплуатации ее следует покрывать гидроизоляцией.