Долговечность фенолформальдегидных пенопластов при эксплуатации в стеновых железобетонных панелях

Пенопласты на основе фенолформальдегидных олигомеров (ФФП) среди других пенопластов отличаются такими свойствами, как низкая горючесть, стабильность в широким интервале температур, довольно высокая механическая прочность, при выборе теплоизоляционного материала и сравнении с другими пенопластамн отдается предпочтение благодаря распространенности и экономической доступности сырья и наличию высокоразвитой производственной базы. Наша страна остается крупнейшим производителем ФФП для его применения в строительстве, судостроении, транспортном машиностроении и в других областях.

При оценке экономической эффективности применения ФФП одним из важных вопросов является их эксплуатационная долговечность. В данной работе эта характеристика пеноматернала последовала, применительно к условиям его эксплуатации в стеновых железобетонных панелях.

Для этих условий характерна защита пенопласта от непосредственного воздействия погодных факторов (дождя, солнечной радиации и т.д.) и механических нагрузок. Поэтому учет воздействия факторов окружающей среды на пенопласт сводится в основном к учету теплового старения и влияния влажности воздуха.

Исходя из функционального назначения ФФП в конструкции, за их основные эксплуатационные характеристики принимают уровни сохранения механической прочности и теплопроводности. Специфическим является требование по обеспечению срока технической пригодности пенопласта до 80-100 лет.

Прогнозирование изменения механической прочности ФФП при старении. Рассмотрим теорию использованного метода. Воспроизведение степени старения, соответствующей условиям эксплуатации, достигается ФФП при выбранной температуре в течение эквивалентного времени которое рассчитывают из температурной зависимости изменения контролируемых показателей при старении. При этом предполагается, что кинетика необратимого изменения свойств ФФП описывается отношением

Определим изменение прочности ФФП при длительном старении, предварительно выбрав показатель для контроля механической прочности ФФП при старении. Поскольку особых требований в отношении выбора показателя прочности в данном случае не предъявляется, были приняты во внимание воспроизводимость и достоверность получаемых результа/гов при нспользоваЬши стандартных методов контроля свойств3.

Результаты статистической обработки данных определения механических характеристик свежеприготовленного пенопласта марки «Виларес-5» (лабораторная разработка ВНИИСС) с кажущейся плотностью р = 35,5 кг/м3 представлены в табл. 1. На экспериментальную точку брали 30—100 образцов. При этом контролировали предел прочности при растяжении при сжатии Ос. удельную ударную вязкость. Как видно из табл. 1, с точки зрения воспроизводимости результатов выбор предела прочности на сжатие в качестве контролируемого показателя более предпочтителен. Стандартный метод позволяет оценивать значение Ос с точностью до 6.8% при доверительной вероятности Р — 0,95.

Рассмотрим, как влияет влажность на стабильность механических характеристик ФФП. Данные испытаний показывают, что даже после 30 000 ч старения при температуре 303—343 К и влажности 98% физико-механические свойства фенолформальдегидного пенопласта сохраняются на высоком уровне (не ниже 50% исходных значений), т. е. стабильность механических характеристик материала в условиях длительного воздействия повышенной влажности достаточно высока.

При продолжительном увлажнении (до 300 сут при влажности До 98%) предел прочности при сжатии ФФП снижается обратимо приблизительно на 30%, на рис. 3 показана расчетная кривая изменения Ос при старении с учетом соответствующей поправки на увлажнение. Анализируя рисунок, видим, что через 81 год старения в условиях теплового воздействия при 293,5 К прочность ФФП при сжатии снижается на 29%, а при учете поправки на увлажнение до 50%. Следовательно, срок технической пригодности пенопласта «Виларес-5» с запасом на увлажнение из учета сохранения механической прочности на уровне не ниже 50% исходного значения (при защите от непосредственного воздействия погодных факторов и механических нагрузок) составляет 81 год.

Установленный критерий для оценки предельного состояния ФФП обусловлен тем, что в технике обычно допускается снижение контролируемых показателей полимерных материалов при старении до уровня не ниже 50% от исходного значения. Другие исследованные фенол- формальдегндные пеиопласты (ФРП-1, ФРП-5, резонен, РНП) имеют почти такую же стойкость при старении, следовательно, срок их технической пригодности также близок к 81 году. Поскольку другие климатические факторы (длительное воздействие минусовых температур, многократные переходы через 0°С) не оказывают заметного влияния на стабильность механических характеристик ФФП, установленный срок их технической пригодности является достаточно обоснованным.

Прогнозирование изменения теплопроводности ФФП при старении. Исследования кинетики и механизма развития процесса старения пенопласта на глубоких стадиях позволили прогнозировать изменение их теплопроводности Я со временем

Учитывая механизм старения пенопластов, связанный (прн оценке теплопроводности в общем случае) с газообменом внутри замкнутых ячеек, диффузией влаги, растворением вспенивающего агента в полимер основе, разрушением части замкнутых ячеек, находим расчетное значение Я при длительной эксплуатацииленоматериалов. Для изотермических условий применения пенопластов (при защите от непосредственного воздействия погодных факторов) его Я определим из выражения

Так, результаты испытаний (табл. 2) показывают, что через 10 лет у пенс- пластов, эксплуатируемых в умеренно холодном климатическом поясе, Я сохранилась на исходном уровне. Это позволило провести дальнейшую экстраполяцию зависимости Я от времени при прогнозировании ее на весь срок эксплуатации: расчетное значение Я материала через 81 год его старения в условиях защиты от непосредственного воздействия погодных факторов также на исходном уровне.

Представляло интерес выяснить влияние влажности на изменение Я пенопласта. Определено, что длительное воздействие повышенной ьлажвссГ (до 98%) может значительно увеличить и теплопроводность ФФП. ОДКЕКО изменение Я обратимо и не связано со старением пенопласта длительное воздействие на кет: повышенной влажности. Поэтому теплоизоляционные свойства этого материала, находящегося в железобетонной ограждающей конструкции, сохраняются да высоком уровне.