автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Теплоизоляционные полимербетоны на основе гранулированного пенополистирола для ограждающих конструкций

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУШО-ИССВДОВАТВЛЬСКИЙ, ПРОЕКТНО-КОНСГГРУКТОРСК11Й И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ БЕТСНА И ШЕЗОБЕТСНА "тЮБ"

Минстроя России

Для служебного пользования Экз. Я £

На правах рукописи

виданко Анатолий Васильевич

УЖ 699.86:691.537(043.3)

ТШ0И30ЛЯЦИСШЫЕ ПОЛШЕРБЕТОНЫ НА ОСНОВЕ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПШОПОЛИСТИРОЛА ДЛЯ 0ГРА2ДОИЩ КОНСТРУКЦИЙ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы я изделия

<; /

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой отэпени кандидата технических наук

Москва - 1992

Too?дарственном Работа выполнена ашаучно-тисслэдователъском, проэктно-кон-

структорском и технологическом институте бетона и железобетона (НИИВБ).

НАУЧНЬЙ РУКОВОДИТЕЛЬ ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ

• ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

Защита состоится "-5 " /¿¿Я^Л? 1992 г. в ^""чаоов на заседании специализированного совета К CG3.03.02 по зашита диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук у Государств энном

в(Яаучно-исследовательскоы, проектно-конструкторскоы и технологическом институте бетона и железобетона по адресу: 109428, Москва, 2-я Институтская ул.д.6.

■ ')

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИМБ. Автореферат разослан 1992г.

Г.П.КОРОЛЕМ

- доктор технических наук,профессор И.Е.ПУТЛЯЕВ

- доктор технических наук,профессор И.А.РОШШКОВ

кандидат технических наук А.Г.СМИРНОВ

- ШИШЭнвргопром

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

Актуальность работа. Основными требования;.«! при изготовлении : эксплуатация ограждасщих конструкций (стен, перегородок, чердач-ых покрытий, междуэтвяных перекрытий, полов а др.) являются повы-вние их надежности, долговечности и эффективности. Значительная асть общх тепловых потерь приходится на ограждающие конструкции, ри этом 28/5 тепловых потерь происходит через наружные стены. Су-эствующие многослойные конструкции, выполняемые из бетона для.на-гжяих слоев и утепляющего слоя из эффективного плитного утешште-г, не отвечает предъявляемым требованиям по технологии их изготовляя. Трехслойные стеновые панели с наружными слоями из легких бонов на цементном вяжущем и внутренним слоем из теплоизоляционного листиролбетона (бетона на цементном вяжущем) по сравнению с кон-рукцией с эффективным утеплителе« в изготовлении"более-техноло-чны, к тому же они обладают монолитностью слоев по сечению. Од-ко такие панели имеют повышенную среднюю плотность и теплопро-пвость бетона теплоизоляционного слоя. Основной причиной пере - • пленных недостатков является то, что в качества'вянущего для гучения материала теплоизоляционного слоя ислользуе.-ся поргланд-юнт, который после гидратации с водой образует цементный камень, ; правило, плотной структуры. Снизить плотность, следовательно .лопроводность материала теплоизоляционного слоя можно за спет мевейия пенопластов. Уникальные свойства пенопластов (-сорошяе , лог звуко-и электроизоляционные характеристики, достаточно ш-ая прочность- и др.), большое разнообразие способов переработки зловили быстрый рост их производства и потребления,

В.настоящее время, в связи с введением жесткой экономии экер-зческих ресурсов, проблема улучленил теплотехнических качеств адаетшх конструкций стоят особенно остро. Для репения этой ¡лемн необходимо: снизить средкЕЮ плотность бетона наружная ело-

еЕ панели, а следовательно, их теплопроводность, повысить нх водонепроницаемость и морозостойкость, и одновременно, снизить теплопроводность среднего слоя. При этом прочность бетона должна находиться на уровне норматившп: значений (или шшэ шс).

Одним из эффективных путей разработки ограждающих конструкций с внутренним теплоизоляционным слоем из полимерных материалов является применение наполненных неноплавтов и вспененных полямербетонов (пенополимарбетонов). Эти бетоны сочетают в себе свойства теплоизоляционных и конструкционных материалов.

В качестве материалов для теплоизоляционного слоя в многослойных конструкциях широко применяют различные пенопласты (полиотироль кые, полиуретаноше, фенольные, карбамидные и др.). Однако эти виды 4 теплоизоляционных материалов характеризуются низкой прочностью, недостаточной коррозионной устойчивостью, подвержены деструкции и старению.

Основной трудностью в создании эффективных материалов для теплоизоляционного слоя'в многослойных конструкциях, удовлетворявших необходимым требога-чям, является противорс тие между плотностью г прочностью при минимальной теплопроводности, которая достигается в данном случае за счет поряэацш структуры теплоизоляционного материала. Одним из возможных способов решения поставленных задач является применение полимеров. При этом предполагается решить комплекс вопросов, связанных с выбором полимера - основы для получения теплоизоляционного материала и антикоррозионного покрытия для гибких стальных связей в трехслойной конструкции, оценкой их свойств с раз работкой технологии изготовления. Перспективным является такге применение полимеров в качестве добавки к легкому бетону на цементном вянуием для повышения прочности, водонепроницаемости и морозостойкости наружных слоев панели.

Вое это позволяет считать, что разработка, теплоизоляционных полимербатонов для создания новых эффективных т;!ххс лойных ограждающих конструкций является актуальной я важной задачей.

Полью работы является разработка теплоизоляционных полимербе-тонов на основе гранулированного пеноподдстирола я полиизоцианата для трехслойных наружных огравдаюшх конструкций и исследование их фхзвхо-механических, физических я технологических свойств. Для достижения поставленной цели в работе решались следукше частные задачи:

"аодбор оптимальных составов теплоизоляционных пол:;мербетскоз О кадунойся плотностыз 75...250 кг/м3;

разработка технологии приготовления и получения материала гаадопзоляхмопвого слоя яз теплоизоляционных полимерботоноз, фпзи-во-хвшчоскя совмещаемого со сгоявулоаенным легким бетоном на цементном Еяяушем;

исслодованзя фязяко-мохаяичасщгх я теплофззи-теских свойств . гоалоизояяционнЕгх полимербетонов применительно к условиям работа лногосяо£кых конструкций; . * '

Доследование работы изгибаемых трехслойных элементов с нарух-щми слоями зз легкого бетона на цементном вяжущем и нгутрешшг гепяоязолдционяым - из теплоизоляционного полиморбвтона;

оценка тахнлко-эксномической эффективности применения топло-гзоляотокных полямербатснов в огрзддающих конструкциях;

разработка полимерной добавкл к легкому бетону на цементном яяуягем для наружных слоев в многослойной конструкции;

Разработка полимерного покрытия для запиты стальных гибких Еязе.1 от коррозия. Автор загщ'лает: результаты исследований по созданию полдне гной добавь: к

- 6 -

легкому бетоку на цементном вяжущем;

данные по разработке полимерной композиций для защиты стальных гибких связей от коррозии;

• разработанные теплоизоляционные полямербетоны на основе пояи-язоцааната "К";

исследования и предложения по выбора компонентов полямерба-тонной смеси и подбору их оптимальных соотношений;

результаты исследований физико-механических и теплофизичес-ких йвойств теплоизоляционных полимербетонов;

• экспериментальные исследования работы изгибаемых трехслойных элементов в ограждающих конструкциях;

технико-экономическое обоснование применения и результаты 'опытно-промышленного внедрения теплоизоляционных полимербетонов.

Научная новизна работы Ейершэ на основе.кубовых остатков производства полиизоциа-натов и функциональных добавок созданы новые- теплоизоляционные по-лимербетоны с кажущейся плотностью 75...250 кг/ы3, сочетание в себе свойства пенопяастов и полимербетонов.

Получены новые данные о свойствах комплексной полимерно! добавки на основе ПИЦ-К к легкому бетону на цементном вяаущеы в области реологических и фззико-юшдческих свойств.

Разработаны новые эффективные полимерные композиции для защиты стальных,гибких связей от коррозии.

Создана комплексная полимерная добавка, наполненная различными силикатными наполнителями и установлена ее роль в формирования структуры теплоизоляционных полимербетонов на основе гранулярован-' ного ППС.

- Получаны'новые результаты исследования кинетики изменения теплературы при твердении наполненного полимера и установлена взаимосвязь температуры с процессом гидратации цементных систем.

Получены новые данные о влияния технологических факторов на !Войстш теплоизоляционных полимере}егонов.

Практическое значение работа.

Разработанный материал позволяет расширять ассортимент исполь-ювания химического отечественного сырьд в строительства, создать на го основе теплоизоляционные полимербетоны для трехслойных огратохаю-жх конструкций различного назначения, что позволило:

получать теплоизоляционные изделия (плиты), обеспечивающие рехслойным ограадащим конструкциям минимальную среднюю плотность высокие теплозащитные сэойства;

отказаться от использования в бетонах для получения тепмо-золяционного слоя цементных вякуцих с высокой теплопроводностью гигроскопичностью, заменив его полимернш связутм- на основе гходов химической промышенностя;

- снизить расход цемента на I м3 бетона до 15-20$;

- повысить термическое сопротивление ограздаотих конструкций 1 40£.

По разработанной автором технологии в системе "Мосинкбетон" 19дрена опытно-срошшленная установка по выпуску полиыербетоккой юляции для ограздаших конструкций.

Результаты исследований по разработке полимерной добавки к ■гкому 'бетону на цементном вяжущем в технологии ее получения вкод-ны на Безмеинском заводе ЕБЙ в г.Ашхабаде. Технология пряготозле-я и нанесения полимерного покрытия для зашиты арматуры от корро-и была внедрена на Белоярской АЗС. • Апробапля работы.

Основные положения диссертации были доложены:

На республиканской региональной научно-технической конференции рименение перспектяш развития легких бетонов в строительстве"; -абад, ÎX~I3 ноября 1987 г.;

ва всесоюзной конференции "Применение эффективных П-бетонов в машиностроении и строительстве". Еялытс, сентябрь, 1989 г.

По тема диссертации опубликовано 7 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, библиографии и приложений, излоаена на 189 страницах машинописного текста, включая 37 рисунков и 42 таблицы.

СОДЕРШИЕ РАБОТЫ

Анализ литературных данных, опыт эксплуатации многослойных ог-раздаших конструкций с наружными слоями, выполненных из легких бетонов на цементных вяжущих, позволил выявить и сформулировать требования, нредгявляэмые к материалу среднего слоя трехслойных ограждающих конструкций. Необходимо отметить,что по существующим и перспективным конструкциям, таким как трехслойные стены, в т.ч. с воздушной прослойкой (экранированные стены), покрытиям и др. ставится задача снихония коэффициента теплопередачи от фактической величины

0 О

1,5 Вх/(м.£) до значения Г, 0 Вт Дм. С) я ниже; обращается внимание на толщину стен, их материалоемкость, защиту стальных гибких связей от коррозии.*^ С целью выбора материал^-; наиболее полно удовлетворяющего требованиям, предъявляемым для теплоизоляционного слоя, были систематизированы сведения о пенопдастах:. пенополистироле (ППС и пенополиуретанах (ШУ), а уакхе особо легких полимербетонах и шэ коыарочных бетоних на цементном вяжущей и легком полимерном заполнителе (ППС) - полисгьрлбетонах.

Анализ pstfoT Мощанского Патуровва В.В., Путляева И.Б., . Зубова П.И., Сухарева Л.А., Давыдова С.С,, Сояоматова В.И., Чеба-ненко А.И. я др., а «ак«б исследования в обяаоти пеноплаотов sapy-башшх .ученых: ДодЙроу В.А., Саундерса Д»,, Фриша К.К., Дв.М.Бюио-

с.1473326 СССР. Композиция для антикоррозионной защиты стальной поверхности. Щтляей И.Е., Вивденко A.B. (Для служебного пользования)

та; советских ученых: Берлина A.A., Шутова Ф.А., Тараканова О.Г., Александрова Ю.В. и др. указывает, что наиболее полно поставленной задаче - разработке и созданию теплоизоляционных полимербетонов в -качестве среднего слоя многослойных ограждающих конструкций - могут отвечать композиционные пенопласты и особо легкие полимербетоны.

Трехслойные конструкции о наружными слоями из легкого бетона на пористых заполнителях и внутренним теплоизоляционным слоем из низкомарочных батонов на основе неорганических вяжущих плотностью 400 кг/м3 и выше, обеспечивающих совместную работу слоев, имеют ко-

4

Зффивдант теплопроводности 0,08...0,1 Вт/(м.С). Применение особо легких полиморбетоноз позволит повысить термическое сопротивление конструкции и обеспечить сошестную работ? слоев за счет высокой адгезии полкмероетона с цементным бетоном наружных слоев. Существенно важным является создание, в.контактных зонах (на границе раздала теплоизоляционного и. конструкционного- слоев) материала, способного защитить теплоизолядаонньйслой от проникновения влага со стороны наружного слоя панели. В-частности,'если использовать в качества связушегсг материала среднего елон изоцианыгаэ соединения, содержащие функциональные груша г ЛТО, то в результата хи'«гчэсхой реакции, протекающей между составлявдош этих материалов, можно ожидать возникновения в контактной зоне новообразований вида: Е2 (Л'СШ-Са-Л'СОН). Это соединение, как видно, возникает за счет химического взаимодействия гидроксида кальция, выделяющегося при гидратация цементного вяжущего с изодаанатныия группами с образованием плотных в прочных продуктов реакции. Даинна предпосылки позволили зформулировать рабочул гипотезу, сущностью которой является следую-цае: длявовыиения теплозащитных свойств многослойной ограждающей (сонструквди.и удучшения -работа конструкции в целом, теплоизоляци-зкн^'Оло^'цалэаооб^^но изготавливать. гз теплоизоляционного поли -

мербетона на основе органических соединенна, содержащих язоцианат-ные группы, функциональных добавок и крупного заполнителя - пено-полистирола (ШС).

Широкое применение в настоящее время нашли трехслойные конструкции на гибких связях с наружными железобетонными слоями из легкого (тяжелого) бетона и внутренним теплоизоляционным, выполненным из зффзктиЕшк пояимернцх материалов. Это связано в первую очередь с гос еысокой теплозащитной способностью.

-Для оценки долговечности легких бетонов существующими нормами регламентируются такие свойства как прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и др. Особенно это относится к бетонам наружных слоев многослойных конструкций.

Поскольку пористому заполнителю в'легком бетоне уделяется важное значение, то этот вопрос в работе рассматривается специально.■ Проведенные исследования по модификации пористого заполнителя в бетонах (легких и особо легких - на пористом полимерном заполнителе - пенополистироле) полимерами показали, что при введении в беконную смесь комплексной добавки, состоящей из полиизоцяаната "К" и водной дисперсия полимера на основа дивяниястирольного латекса в количествах от 5-6$ от массы цемента, прочность легкобетонной смеси повышается до 25% при снижении расхода цемента на 10... 12^. Модификация поверхности пористого заполнителя в легком бетоне на цементном вяжущем (керамзитобетока) этой же добавкой позволила повысить прочность при сжатии, морозостойкость и водонепроницаемость. Полученные бетонные смзся пригодны для наружных слоев многослойных конструкций. Для исследований были изготовлены и испытаны образцы-балки о наружными слоями из керамзитойетона и внутренним теплоизоляционным - из поляйзоцианатполиогиролбетона.

Вибор полиизодианата (1Щ-К) в качестве полимерной матрицы для

' - и -

получения теплоизоляционного полимарбетона, водной дисперсии полимера (ВД1) в качеотво отпврдатвяя - иоди^катор^., позволил получать по реакции "патаазоцданат-вода" сравнительно депешо полиуретана.

Результата экспэряиентальных исследований по изучении процесса вспенивания и отверждения систем "полиизоцианат-ВДГ с ползшернн-ш"вярапленияш[0 - полистиролом вспенивающимся при воздействия ка них поваленных температур (до 85 С) и относительной влаяности (V/ = 95£), характерных для цементных бетонов показали, что вспенивание полимерных смесей, находящихся в металлических формах, состоит из днух процессов: уретанообразования, протеказкего при взаимодействии ШЩ-К о водой, содержащейся в 2ДП а вспенивания гранул полистирола. При этом передача тепла в камере в процесса ТВО происходят от нагретой формы - к смеси, состоящей из ШЩ-К и ВШ, а затем - к частицам полистирола. По мере повшаеная температуры процесс вспенивания ускорялся с выделением углекислого газа и одновременным вспениванием гранул полистирола. Полученные таким образом системы являются устойчивыми (оседание пены - не наблюдалось). Установлено, что эти ае 2истема, содерта»ле тонкодасперснъй растворимый силикат натрия в гроцессо реакции уретанообразовашя еыдзлившийся углекислый газ гоглоцался материалом (процесс карбонизации) с образованием плотных г прочных продуктов реакции. Так как контактная зона в многослойна конструкциях создается из разньи по своей природе исходных материалов, то новообразования их будут определять адгазиояшэ сесй-:тва з этой зоне. Количество новообразований будет определяться, в шовном, активностью ШЩ-К я продуктами гидратации портландцемен-а. При этом в результате взаимодействия ШЩ-К со свободной водой еыентноа смеси и гадроксидом кальция в контактной зоне образуются оединзняя вида:

н[с(Н,(ЫСО)ма]аСвНчМО + 2 Са(он\

г нн

И[с$ Н} (исо)с/1г]п С6НчИС0 + 2л И30

и[с6 Н3 С, нн +2/1 СОг I (2)

Диоксид углерода далее вступает во взаимодействие о гидроксвдом кальция с образованием устойчивых карбонатов, которые являются плотными и пробными (прочность таких систем достигает 90..Л00 Ша). В результате количество пор в контактной зоне уменьшается, а полимерная матрица упрочняется.

Сравнительно высокая стоимость исходного сырья предопределяла целесообразность использования различных минеральных 'наполнителей > в сочетании с полимерным связующим для получения теплоизоляционных полимербетонов. В результате этого значительно снияен удельный рао-ход исходного сырья, улучшены физико-механические характеристики получаемого материала и снижена его горючесть. В качество наполнителей использовали силикат натрия растворимый (соотгв I, табл.I) и портландцемент (состав 2, табл.1). Б работе рассмотрав иехгшзы взаимодействия составляющих поляморботонной смесп с раэлпчщш наполнителями.

Било исследовано вяяянио соотношения ПИЦ-К в ВДД в присутствии силикатного наполнителя (силиката натрия) на продолжительность-реакция уретанообразовшшя и ее температуру, имеющих водное значенно для получения многослойное конструкций из различных бетонов. Установлено, что полимера® системы на гр&вдцэ раздела о цементнпм бетоном имеют температуру экэотормяи 21...23 С при продолжительности реакции 3 ч 27...3 ч 43 мин, т.о. времени конца схватывания бетона на цементном вяжущем, но является вашим при бетонов

- 33 -

на цементном вяжуаем в раннем возрасте (7 суп.).

Поскольку разрабатываемые полимербетоны явл.ются многокомпонентными системами, при их подборе приходится анализировать множество факторов, оценивать взаимодействие компонентов, учитывать влияние sta свойства конечного продукта рецептурных, технологических и эксплуатационных факторов. На особенность при их подборе значительное шяние оказывает наличие в контактных зонах бетона на цементном вя-1ушем и влияние тепловлажностаой обработки в процессе изготовления шструкции. Такая мкогофакторная задача в работе решалась с 'исполь-

ОЕаняем метода математического планирования эксперимента. »

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к материалу тая-оизоляционного слоя многослойных конструкций, параметра}«» оптимя-ации были приняты:кажущаяся плотность, прочность при сяатяя, водо-)глощение за 30 сут. 'Варьировались следувдяо факторы; расход снявшего (Xj), расход отвзрдителя - модификатора (Xg) и расход ылк-(налолнителя (Хд). Для получения уравнений "состав-свойотЕо" был

о

¡пользован план второго порядка типа 2 ."Уравнения регрессий оп-мизяруемых свойств для состава I îпосле отбрасывания шзнс.шмых зф£ициентов) приведены ниже : t ''

= 0,22 + 0,058 Xj i- 0,02SXZ +■ 0,025X^2 + + 0,0!9Xj - 0,002^2 - 0,046Хз ; fcr** 0,077 +• O.CXBXj + 0,008X3 + 0,00321 j +

+ 0,0012X2 - 0,0048Xg ; (4)

W» 4,41 + 0,7IX| - 0,4 ~ °'9X3 ■ (5)

Статистический анализ полученных моделей показал, что eco урав-ля адекватно описывают исследуемые факторы. Получение модели по тности, прочности и водопоглоцению полимзрбетанов состава I и 2 кватно описывают изучаемые свойства. Модели решены графическим зобом, состоящим в согмезгеняп изолиний рассматриваемых параметров

и отыскания в областях оптимизируемых свойств. Анализ полученных уравнений позволил определить оптимальные составы теплоизоляционных полимврбетоков (гайл.1.).

Таблица I

J£¡S Наименование ш составлдашх Состав J< I Состав S 2

кг/м3 в % по масса кг/ы3 в % по масса

1. Полиизоцианат "К" 2. Водная дисперсия полимера 3. Силикат натрия растворимый 4. Портландцемент 5. Гранулированный ППС с Сш." 1000 л> 43...48 41...43 8...15 8...13 18...24 18...20 30 26...30 45...48 42...44 12...18 12...15 15...21 15...18 ' 30 25...29

В связи с там, что теплоизоляционные полимербетокы предполагается использовать в качестве материала, выполняющего как несущие,

так и теплоизоляционные функция, исследованию его Зизико-механичес-кях сеойств в работе уделялось большое внимание,

; Технические характеристики полимербетонов составов-I и,2 для многослойных огравдатаих конструкций приведены в табл.2.

Эксперименты показали, что прочностные характеристики полимер-бетонов зависят от кажущейся плотности материала, которая в свою очередь зависит от условий получения многослойной конструкции с на-руяними слоями пз легких бетонов на цементном вяжущем. При формовании на специализированных установках в процессе изготовления многослойных конструкций с наружными слоями различной толщины (40...100 мм) из легких бетонов на цементных вяжущих и воздействии вибрации, средняя плотнойть поллмербетона состава I повышалась с 85 до 137 кг/м3 при прочности на сжатие о 0,25 до 0 57 МПа, а для состава 2 -средняя плотность соответственно увеличивалась с 75 до 120 кг/м3

1 Таблица 2

Технические характеристики полимербетонов для теплоизоляционного слоя многослойных ограждающих конструкций

Вид полимер- Средняя

бетона плотность, Исходные компоненты

кг/м3

С использованием силиката натрия растворимого

С использованием портландцемента

85...250 Связующее - полиизо-ционат марки "К", модификатор - водная дисперсия полимера на основе дивинилстироль-ного латекса, мелкий наполнитель, крупный заполнитель - грану; лированный ППС. Поли-мербетон может дополнительно содержать, спепдобавку, улучшающую адгезию к цементному бетону - метлл-метакрилат

75...240 Связующее - лолипзоца-анат марки "К", модификатор - водная дисперсия полимера на основе ДЛЕЯНИЛСТВрОЛЬ-ного латекса, портландцемент (низких марок), гранулированный ППС дли теплоизоляционного полимерее-тона модификаций

Метод изготовления

Полимербетон изготовляют путем предварительного подвспенивания гра-

■ нул полистирола, смешения их с связующим, модификатором и силикатом натрия с удельной поверхностью 2500...3000 сы2/г

и последующего формования на установках пли непосредственно в процесса изготовления конструкций

• То же, с минеральным наполнителем -портландцементом и

■ по технологии бетонов на цементном няаущвм с последующей тепловлатеост-ной обработкой при температуре 65... 85 К д относительной платности 95$

при протаости-с 0,23 до 0,54 МНа. Воздействие вибрации на свежеуло-женную полимербетоннуо смесь в течение 3...5 мин обеспечивало формование каркасного материала с устойчивой структурой. Последующая укладка и уплотнение верхнего слоя из легкого бетона (толщиной до 40 мм) практически не приводила к изменению плотности и прочности полимэрбетона. При тех ае условиях и толщин8 верхнего слоя до 80 т из легкого бетона, средняя плотность и прочность полимербетона состава I соответственно повышалась с 150 до 200 кг/м3 и прочности О,62..,О,72 Ша, а для состава 2 - соответственно с 140 до 175 кг/ы3 и 0,59...О,67 Ша. При тех же условиях и толщине верхнего слоя до 100 да из легкого бетона средняя плотность.и прочность полимербетона состава I соответственно повышалась до 250 кг/м3 и 0,77 Ша, а для состава 2 - соответственно до 240 кг/м3 и 0,72 Ша.'

Были проведены исследования по изучению прочностных характеристик полимербетонов в зависимости от сроков вцдераивания в нормально-воздушных уояовяях. Установлено, что наиболее интенсивно рост прочности происходит к 90-сут сроку выдерживания образцов, затем интенсивность роста прочности снижается. Прочность при сжатии поли- -мербетонов после пропаривания по реашду, характерному для легкого бетона на.цементном вяжущем, достигает значений, близких прочности в естественных услоенях к 3-х мес сроку выдерживания в составила 86...91$ я 7S...84$. соответственно для лолимербвтонов составов I и 2, табл.1.

Прочность при осевом растяжении с увеличением срока выдерживания в нормалъно-воздуаных условиях возрастает. Образцы, пропаренные подрежиму легкого бетона на цементном вяаущем (керамзитобетона) имели прочность при растягении такуо ле, что в возрасте 90 сут. Сравнение получек!Ш рззультатов испцтанай-„прочности при сжатии и растяяэпяи показало, что прочность прп-сжатии в 1,1...1,2 и 1,1...

1,3,раза выше прочности при растяжении соответственно для полимер-бетонов состава I и 2. Это свяаано с еидом применяемого минерального наполнителя. Во всех случаях прочностные характеристики состава на силикате натрия (состав I), выше чем у соотава на портландцементе (состав 2).

Прочностные и деформативные характеристики полимербетонов составов I я 2 приведены в табл.3.

Таблица 3

Кратковременные прочностные и деформативные характеристики полимербагонов при осноеных видах напряженного состояния

Разстшаотее напряжение.МПа М тулъ упругости.МПц

при ежа- при растя- при сдви- при ежа- при рас-при тли кения ге тип тяжении сдви-

ге

% ■' £ £с £/> о

85 0,33 0,25 0( 23 17 31 14

137 0,57 0,41 о! 38 . 31 50 28

Г 150 0,62 0,44 0 41 36 55 34

200 0,72 0,53 0*51 43 66 41

250 0,77 0,67 0,64 55 84 52

75 0,40 ' 0,23 0,21 15 28 13

120 0.54 0,35 . 0,32 28 44 26 '

3 140 0,59 0,45 0,43 33 56 30

175 . о! 67 0,49 0,46 39 61 37

240 0,72 0,60 0,57 48 75 46

Лналлз данных табл.3 показывает, что для полимербетонов на гра-кулпрогаяпом ГО1С справедливы соотношения <эс> з > £е > 0-,

что свидоцолхотпует об пх высоких эластических свойствах, характер-шее как для полпстярольшсс, так п поллуреталовых пекопластов.

/лаллз нал ря-дошю-де формированного состояния теплоизоляционных полимер "Стеноз позволил выявить границы сплошности ю.терпала в зависимости ?:злду уровчяМй напряжений п соотвзтствуадкм п деформация!*.

Гстачойлено, что палимэрботони средней плотности 75. *. 200 ::г/м3 при

»Л Плот-соо- кость та- полл-га мербе-тона,

кг/м3

сжатия ведут себя как наполненные пенопласты, а полимербетоны средней плотности 240...250 кг/м3 - как пенополямеры, поведение которых под нагрузкой удовлетворительно описывается кривой деформирования бетона на цементном вяжущем и укладывается в классическуо зависимость, характерную для твердых тел.

Было установлено, что соотношение манду прочностными и дефор-матяЕнымя характеристиками пояимербетонов, выраженное величиной предельной деформации при соответствующем виде напряженного состояния, для долиыербетона средней плотности 137...200 кг/м3 составляет 0,015...О,01?, т.е. близкие к значениям для пенополиуретана, наполненного пеностеклом (60^ по массе) при плотности Í90 кг/м3. Для по-лимербетонов составов I и 2 при плотности 240...250 кг/м3 предельные деформацз" при сяатия составляли 0,014..,0,015, а.при растяге-.нии - 0,0079 и 0,0080 соответственно.

Высохла значения предельных деформативных характеристик указывают на повышенную тредикостойкость теплоизоляции из полимербетона.

Исследования .ползучести доказали, что полимербетоны средней плотности 75....200 кгД*3 имеют повызенную ползучесть при скатии и растяжении дри определенных уровнях загружешя, а полимербетоны плотности 240...250 кг/м3 имевт затухающую ползучесть и, следовательно, теплоизоляция из полимербетона на гранулированном ШС вогег выполнять функцию несущего материала в многослойной конструкция. • Большое значение в работа было уделено исследованию теддотех-.ндческкх свойств. Поскольку материал 'теплоизоляционного слоя в многослойной жоаструкцяи с .наружными слоями из цементных бетоноз з процессе изготовления подвергается эоздействию температур до 85^ и относительной влажности 35$, дажно было доследовать его земпературо-устойчивссть ;п теплопроводность, Экспериментальные данные показали, что :пря .нагревании .до 100"С. и 'относительной влажности 55^ в течение гремаия возможного :1!оздг5стггг такой зешераггры происходит у^еллча-

ние прочности полимербетонов составов I я 2 в среднем на 10.. за счет более глубокой степени полимеризации связующего и образования дополнительных уретановых связей. Это позволяет положительно прогнозировать возможность эксплуатации теплоизоляции из полимер-бетона.

Теплопроводность определялась на образцах-плитках 250x250x50 мм. Испытания проводили на образцах различной плотности. Коэффициенты теплопроводности полимербетонов составов I и 2 в нормальных темпе-ратурно-влажностных условиях приведены в табл.4. Как видно, коэффициенты теплопроводности составов I д 2 практически не отличаются друг от друга.

Таблица 4

Значения коэффициента теплопроводности полимербетонов.в нормальных температурно-влажностннх условиях

плотность, полимербе-гона, кг/м3 Средняя температура опыта,С Коэффициент теплопроводности, ВтЛм.'С) Кол-во образцов Примечание

30+5' 0,046 3 Образпд вырезаны из плит

120...137 0,055...О!056 . 3 Образцы вырезаны из блоков

[45+5 25 0,057 3 То же

[75... 200 О,058...0,060 3 Образцы вырезаны из слоистых балок

245+5 0,059...0,061 3 То же

Исследовано влияние температуры на изменение коэффициента тед-юпроводностя. Установлено, что А изменяется по линейному закону в 1ависимозти от средней температуры изоляции, причем с ростом темпе->атуры теплопроводность возрастает и достигав, при температуре 80"С 1начвний 0,06...0,07 Вт/(м."С), что вполне удовлетворяет требованиям, [редаявляемым к материалам среднего слоя -в многослойных конструкциях.

Для практических целей большой интерес представляет вопрос о

влиянии влажности теплоизоляционного слоя из полимербетока на его теплопроводность (например, в ограждающих конструкциях кровли и т.п.] Показано, что о повышением объемного влагосодеряания от 0 до 16$ теплопроводность волимербетонов плотности 80±5 кг/м3 возрастает о 0,051 до 0,135 БтДм'с), однако не превышает требований, предъявляемых к материалу теплоизоляционного слоя. Анализ полученных данных показывает, что коэффициент теплопроводности теплоизоляционных поля-мербетонов плотности 75...250 кг/м3в 1,4 раза ниже, чем у полясти-ролбетона на цементном вяжущем в сухом состоянии, фенолоформальде-гидкого пенопласта ФК-20-А-20 в 1,2 раза и находится на уровне коэффициента теплопроводности ПП7 на керамзитовом гравии я пенопласта ЭД-2, ПШГ-3, широко применяемых в стрслтельстве.

Исследования образцов показали, что полямербетоны на грануларо-вшиофпс обладают переменной по сечению плотностью. При этом диапазон этих колебаний зависит от принятой технологии и условий формования многослойных конструкций.

Исследования характера пористости методом определения объема воздуха, вытесненного образцом, позволили усг1новять следутаио характеристики пористости. Объем закрытых пор, какими представлены гранулы ШС, к объему открытых составляет от 59 до 66$ и от 58 до 64'$ соответственно для полдаарбетонов составов I я 2. Таким образен, исследования характера пористости, формы я размера лор свидетельствуют, о том, что разработанные теплоизоляционные полимерб етоны обладают открыто-ячеистой структурой», которая не позволяет скапливаться внутри конструкция влаги, обеспечивая' при, этом сухость теплоизоляционного слоя иснижениЗ' теплопотерь, в'процессе эксплуатации.

В работе были исследованы коэффициент температурного расширв-1ШГ паропрощцаемостя,' водостойкость» формос'табилыюсть в воде. Анаши реей совокупности данных- по ,определенлю( физЕкрч.!25саническгас

свойств подтверждает возможность применения теплоизоляционного поли-мербетона в качестве среднего слоя а многослойных конструкциях различного назначения.

Поскольку полимербетон предназначен для изготовления теплоизоляционного-конструкционного олоя трехслойной конструкции, были проведены исследования работы изгибаемых трехслойных элементов. Исследования выполнены на образцах-балках длиной 1мл поперечным сечением 25x14 см с наружными слоями из легкого бетона на цементном вяжущем и внутренним теплоизоляционным слоем из плитного утеплителя и монолитного полямербетона. Принятая конструкция образцов обеспечивала проверку нормальных и наклонных сечений изгибаемых элементов, конструктивно близких к решениям трехслойных стеновых панелей ;тз крупнопористого керамзитобетона промышленных и производствен г..х сельскохозяйственных зданий.

Образцы-балки были изготовлены в едином технологическом цапле. Экспериментальные данные показали, что для образца 2 с топлокзоляда-онным слоем из полимербетона, уложенного на поверхность снакоулохэнного легкого бетона на цементном вяжущем (керамзитобетона) и последующего формования верхнего слоя, несущая способность на 32% Еше, чем у образца I о теплоизоляционным слоем из плитного утеплителя на полямербетоне. Такой эффект повышения несущей способности балки 2 сбусловлея химическими реакциями, протекающими в контактной зоне о образованием слоя полямерцемектнсго состава повышенной прочности, обеспечивающего монолитность сечения.

Полученные результаты испытаний балок хорошо корреспондируются о результатами испытаний трехслойных элементов с внутренним теплоизоляционным слоем из полистиролбетона средней плотности 300 кг/м3 и по своим физико-механическим свойствам отвечают требованиям, предъявляемым к материалам для теплоизоляционного слоя трехслойных панелей. Этими данными можно пользоваться при расчетах экспериментальных трех-

слойных панелей до накопления материалов для установления нормативных сопротивлений теплоизоляционного полимербетона средней плотности 250 кг/м3. Для .экспериментальной проверки полученных данных были яэготоЕлены образцы-балки длиной 3,3 м (при расчетном пролете 3 м) и поперечном сечении 50x25 см с наружными слояш из легкого бетона на цементном вяжущем (керамзитобетоне) и внутренним теплоизоляционным слоем из монолитного долимербэтона средней плотности 137 кг/м3 и прочностью при сжатии свыше 0,5 ЫПа.

На основании проведенных экспериментов была разработаны рекомендации по технологии изготовления изделий из теплоизоляционного полимербетона для ограждающих конструкций, которые приведены в диссертации.

В г.Моске- на бетонном заЕоде Я 3 была смонтирована установка по изготовлении изделий из теплоизоляционного полимербетона для внутренних поверхностей пропарочньк камер для тепловлажностной обработки аелазобетонных изделий. Было изготовлено и поставлено под промышленное наблюдение 10 м3 теплоизоляции. Зконслический эффект " от внедрения составил: теплоизоляции из плитного утеплителя - 4,"02 руб. на I ур поверхности, монолитной изоляции - 13,68 руб/м^; при этом-экономия трудозатрат соответственно составляла: 0,07 я 2,662|г§""

Прошло промышленную проверку изобретение "Бетонная смесь" (а.о. 1325033) на Безкеинсксм заводе 2БИ при Екедрения метода раздельного приготовления легкого бетона, а также изобретение (а.с. 1473326) до занято стальной арматуры от коррозии на блоке К 3 Еалоярской АЭС.

Общий экономический эффект от внедрения разработки составил 275 тыс.руб.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

I. Анализ состояния и развития производства и применения пено-пластов, пенополимзрбетонов в нашей стране и за рубегсм свидетель-

ствует о том, что пенополиуретаны и особо легкие полнмербетоны являются наиболее перспективно!! основой для создания эфс[ектявных теплоизоляционных материалов в многоедойных ограждащих конструкциях с наружными слоями из цементных бетонов.

2. Рациональным сочетанием свойств полиуретанов и пенополисти-рола в комплексе с минеральными наполнителями можно получить новый класс теплоизоляционных полямербетонов, отвечающих'требованиям дая среднего слоя в многослойных ограждащих конструкциях.

3. Применение комплексной полимерной добавки на основе поляизо-цианата "X" в легких бетонах на цементном вянущем позволяет повысить . прочность, водонепроницаемость я морозостойкость наружных слоев в многослойных конструкциях.

4. Показано,что наиболее пригодным связующим для получения теплоизоляционных полимеров тонов, а также покрытий для защиты стальных гибких связей от коррозия является полиизоцианат "К", отЕечаккщй требованиям технологии изготовления многослойных конструкций.

5. Разработаны и оптимизированы составы ноешс теплоизоляционных полимер"?тонов средней плотности 75...250 кг/м3, прочностью на сжатие 0,31...0,77 МПа, на растяжение 0,23.,.0,67 МПа, на сдеиг -

),22...0,72 МПа, отллчаюшеся видом силикатного наполнителя (составы : и 2).

6. Исследованы упругие и деформатиЕные характеристики теплоизо-:яционных полимербетонов. Для полимербетонов на гранулированном ППС пранедливы соотношения и £р>£е>0- , что свидетельству-т о их высоких эластических свойствах, характерных как для полис-ирольных, так и для полиуретановых пеноплас. ов.

7. Прямым экспериментом доказано наличие затухающей ползучести теплоизоляционных полямербетонов средней плотности 240...250 кг/м3

ря сжимающих напряжениях до 0,38 МПа. Следовательно теплоизоляция из

полямербетонов мсгет выполнять функция несущего материала в многослойных конструкциях.

8. Исследования характера пористости, формы и размера пор (ячеек) свидетельствуют, что теплоизоляционные полимербетоны состава I

и 2 обладают открыто-ячеистой структурой, которая не позвояяот скапливаться влаги Енутри конструкции и обеспечивает при этом сухость теплоизоляционного слоя и снижение теплопотерь в процессе эксплуатации; создает условия стене "дышать" и, тем самым, обеспечивает лучшую комфортность яилых помещений до сравнению с замкнуто-ячеистыми пенопластамд.

9. Доказано, что теплоизоляционные полимербетоны составов I и 2 обладают повышенной водостойкостью и формостабильностью в Еоде в сравнения с традиционными теплоизоляционными материалами.

10. Теплопроводность теплоизоляционных полимербетонов ниаа, чем у традиционных теплоизоляционных материалов на цементном нетущем.что позволяет повысить термическое сопротивление многослойной конструкции до 40$.

11. Проведение комплексные исследования полимербетонов созт«-еов I и 2 на воздействие повышенных температур до 100"С и влажности до 05% и полученные дри этом данные дозволяют положительно прогнозировать возможность применения разработанных материалов в экстремальных условиях.

12. Доказано, что изгибаемые трехслойные элементы с теплоизоляционным слоем из полимербетонов средней плотности 240...250 кг/г/3, монолитно связаны с несущими слоями из легких бетонов на цементных вяхугасс, что обеспечивает их аовьпекную прочность и гестксста.

13. На основании получения результатов при непосредственном участии азтора в г. Москве на бетонном заводе .4 3 "Мосинхбеток" смонтирована и пущена в эксплуатацию установи по приготовлению полимер-

бетонной изоляции; прошла промышленную проверку добавка к легкому бетону на цементном вяжущем на Безмеянсном заводе ББИ, а также полимерная композиция для заязиты арматура-от коррозии. Экономический эффект от применения разработка составил 275 тыс.руб.

Основное содержание работы наложено,в работах:

1.A.с. I47332S СССР. Композиция для антикоррозионной защиты стальной поверхности. Путляев U.E., Вивданко A.B. // Открытия. Изобретения.- 1989.- Л 14 (Для служебного пользования).

2. А.с.1325033. Бетонная смесь / Путляев И.Е., Савпн В_И. Вивденко А.В., Оомдных Н.С. // Открытия. Изобретения. - 1987. -№ 27. - с.94.

3. -'A.c. 1470702. Бетонная смесь / Путляев И.Е., Вивденко A.B. и др. // Открытия. Изобретения, - 1989. № 13, - С. 104.

4. Вивденко A.B., Полетаев В.В. Теплоизоляционный полистирол-бетон для трехслойных ограждающих конструкций // Тр.ин-та НИШБ. -Совершенствование легких батонов и конструкций из них. - 1989. -С. 41-43.

5. Путляев И.Е., ВьЗденхо A.B. Слоистые ограждающие конструкции с дифференциальной структурой // Применение перспективы развития легких бетонов в стр-ве: Тез. докл.ресдубл.регион.научно-техн.

f

конфер. 11-13 ноября. Ашхабад, 1987. - С.'196-197.

6. Путляев II. Е, Вивденко A.B. Легкие полимербетонн на основе полиизоцпоната для огравдаквдх конструкций зданий // Применение фекташнх П-бетонов в машиностроения я строительстве : Тез.докл. Всесоюзн,конф.Бзлыгао, 1989. - С. 65-66.

7. Заявка Л 4125386/33. Полямербето.чная смесь. Путляев И.Е,, Вивденко A.B.