КОНСТРУКЦИОННО-ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

Эффективные теплоизоляционные материалы, по данным ЦННИпромздании Госстроя СССР, должны характеризоваться пределом прочности при изгибе 2,5—21 кгс/см2, коэффициентом теплопроводности не более 0,07 ккал/м-ч-град, водопоглощением не более 15% по массе. При этом требования учитывают технологичность и изготовлении. Такие материалы могут обеспечить высокий уровень теплоизоляции зданий, снижение материалоемкости ограждающих конструкций. Производство их позволит получить экономический эффект к 1980 г., выраженный в снижении массы зданий и сооружений на 10— 15% в сравнении с уровнем 1975 г. и сокращении груда на изготовление конструкций в 1,3—1,5 раза при одновременном сокращении продолжительности строительства.

Этим требованиям в большой мере отвечают композиционные пенопласты, представляющие собой модификацию пенопластом с легкими минеральными наполнителями: керамзитом, пеностеклом,

вспученным перлитом. Рациональное сочетание полимерного и минерального сырья позволит снизить полимероемкость материала, (повысить его огнестойкость.

На свойства композиционною шлю пласта влияет гранулометрический состав наполнителя, его объемная масса, характер поверхности гранул и прочность. Анализ проведенных ранее исследований наполненных полимерных систем позволил допустить, что упрочнение материала наблюдается в тех случаях, когда наполнитель прочнее полимера, а условия наполнения обеспечивают совместную работу компонентов иод действием механических напряжений. Необходимым условием является достижение прочною контакта между полимерной матрицей щ частицами наполнителя по всей поверхности раздела Неполное смачивание поверхности наполнителя полимерным приводит к механическим дефектам в граничном слое полимер — наполнитель. При относительно высокой стоиеин наполнения, когда частицы наполнителя образуют собственную структуру в среде полимера, способную воспринимать внешние нагрузки, свойства наполнителей оказывают зп-метнос влияние на свойства в целом. Отмечен дополнительный эффект структурирования системы, зависящий от природы поверхности частиц наполнителя. Наполненный полимер целесообразно рассматривать как трехкомпонентную систему, состоящую из наполнителя, граничного слоя с измененными свойствами и полимера, свойства которого аналогичны свойствам пенопласта. Например в работах Ю. С. Липатова отмечалось, что важнейшим условием усиливающего действия наполнителя в композиционных является адгезия к твердым поверхностям.

Характер взаимодействия полимера с поверхностью частиц наполнителя определяет условия его деформирования В связи с этим в пашен работе оценку качества наполнителя производили по его адгезионной прочности к пенопласту. В ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко разработан метод, позволяющий в определенной мере линтеровать условия работы наполнителя в композиционных пенопластах. Он обеспечивает также возможность определения прочности гранул наполнителя при разрыве. В табл. I представлены данные испытания гранул керамзитового гравия, полученных и кипящем слое твердого теплоносителя и технологии ВПИИстрома.

Следует отметить, что в действующем ГОСТ 9759—71 Гравий керамзитовый отсутствует показатель, характеризующий качество поверхности гранул их пористость. Между тем в композиционных системах этот показатель является основным, поскольку определяет прочность контакта гранул с полимером Как видно из табл. 1, адгезионная прочность гранул керамзита к пенополиуретану (приведены усредненные данные по 30 показателям) даже у наполнителя одной партии значительно колеблется. Разница в минимальных и максимальных показателях в 2—4 раза. Объемная масса наполнителя не оказывает существенного влияния на изменение прочности. Прочность гранул при разрыве выше средней адгезионной прочности пенополиуретана. Следовательно, при определенных режимах производства композиционных пенопластов и составах полимера такие гранулы могут служить усиливающим компонентом, воспринимающим растягивающие напряжения.

Для изучения влияния прочности при сжатии гранул наполнителя на прочность композиционного пенопласта разработана методика определения прочности отдельной гранулы, контактирующей с пенополиуретаном. Характер изменения прочности гранул показан на рис. 1. Зависимость построена по усредненным данным из 10 замеров для каждого размера гранул.

Данные испытаний композиционных пенопластов показали, что потенциальные прочностные свойства наполнителя не использованы полностью. По-видимому, низкая степень наполнения не позволяет достаточно структурировать пенопласт В данной системе деформации напряжения воспринимаются в основном полиуретановым пенопластом, о чем свидетельствуют показатели прочности при растяжении и изгибе и характер разрушения пенопластов.

Уменьшение размера гранул при прочих условиях влечет за собой повышение расхода полимера, хотя это и приводит к некоторому повышению прочности. У композиционных пенопластов, наполненных круглыми гранулами диаметром 12 16 мм, расход пенополиуретана меньше, чем у образцов, наполненных цилиндрами того же диаметра длиной 25—35 мм. На рис. 2 а, б приведена макроструктура композиционных пенопластов, изготовленных на гранулах разной формы. Пенополиуретан хорошо контактирует с поверхностью гранул. Толщина его слоя на контактирующей поверхности в зависимости от характера поверхности гранул равна 10—15 мкм.

Размер пор пенополиуретана определяется степенью его наполнения и составляет в среднем 100—250 мкм.

Установлена целесообразность применения гранул круглой формы, что позволяет на 5—20% сократить расход полимера по сравнению с применением наполнителя в виде цилиндров или шебня.

Наличие наполнителя оказывает существенное влияние на характер вспенивания пенопласта. Так, формирование структуры пенополиуретана при сравнительно невысокой степени наполнения (65% по объему, см. рнс. 3, е) происходит более равномерно. Пенопласт образует вокруг наполнителя упруго-эластичный каркас. При наполнении пенопласта на в0 и 100% объема такой ориентации не наблюдается (рис. 3, а, б). Увеличение степени наполнения влечет за собой повышение расхода полимера соответственно на 13 и 18%.

В табл. 2 приведены свойства композиционных пенопластов (и для сравнения ненаполненных пенопластов). Введение наполнителя позволяет приблизить их свойства к свойствам пенобетона.

Использование гранул минеральною наполнителя способствовало значительному повышению огнестойкости композиционных пенопластов. При испытании на горючесть по методу огневая труба потеря массы композиционных материалов составляла 2—6%, пенополиуретанов— 40—60%. Под воздействием огня происходит только обугливание наружного слоя композиционного пенопласта. Поскольку гранулы наполнителя не горят, а их температуропроводность невысока, наполненный пенопласт при удалении пламени не поддерживает горение, сохраняя свою первоначальную форму.

Панели из композиционного пенопласта испытывались в климатической камере при температурном перепаде 49°С, (температура наружного воздуха ЗГС, внутреннего +18°С). Выявлены хорошие теплозащитные свойства композиционного материала. Оптимальной можно считать толщину пенопласта для И климатической зоны — 95—100 мм при термическом сопротивлении 1,9—2,2 г.рад-.м-ч/ккал. Влажность пенопласта оказалась значительно меньше требуемой СНиП.

Выбор наполнителя должен производиться в зависимости от требуемых условий работы строительной конструкции. Наиболее рационально. B системах с очень легкими пенопластами применять также легкий минеральный наполнитель. Использование минерального наполнителя объемной массой более 200 кг/м3 нецелесообразно.

В настоящее время проводятся работы по получению особо легкого минерального наполнителя. В институтах ВНИИстром им. П. П. Будникова, МИСИ им. В. В. Куйбышева, ПИИСМН (Киев), НИИСМ им. Дадашева, ДНИИЭПеельстроп, ВНИПИтеплопроэкт получены опытные и опытно-промышленные образцы минеральных наполнителей на основе глин, перлита, обсидиана, вермикулита, стекла. Во ВНИИстроме разработан способ обжига кускового и гранулированного материала в направленном кипящем слое твердого теплоносителя и создана конструкция этого агрегата2. Он предусматривает термическую обработку сырьевых материалов, погруженных в направленный кипящий слой инертного износо- и термостойкого зернистого материала определенной степени крупности, обеспечивающего необходимую плотность псевдоожиженного слоя. Твердый теплоноситель выполняет функцию разделительной среды и сепарирует по объемной массе обжигаемые продукты. При температуре 1250—1300°С производят обжиг в кварцевом песке, создающем плотность кипящего слоя 1000—1100 кг/м3. Направленность движения твердых частиц песка создается потоком высокотемпературного газа, получаемого от сжигания топлива, осуществляемого внутри кипящего слоя, вне ого или комбинированно.

Параметры тепловых и аэродинамических режимов псевдоожижения изменяются в зависимости от физико-технических характеристик твердого теплоносителя. Под тепловым воздействием сырьевой материал вспучивается, объемная масса его уменьшается, и он всплывает на поверхность кипящего слоя. Вспученный продукт выгружается из агрегата.

Изготовлено несколько опытных партий особо легкого керамзита объемной массой до 200 кг/м3. В качестве сырья использовались хорошо вспучивающиеся легкоплавкие глины Смышляевского, Пореченского, Сюз-Ельского, Парсукозского месторождений или специально приготовленные смеси.

Проведенная работа позволила подтвердить возможность получения поризованных особо легких гранул керамзита с объемной массой 120—170 кг/м3 и установить технологические параметры их производства при обжиге в печах направленного кипящего слоя теплоносителя.