автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Многослойные ограждающие конструкции пониженной пожарной опасности на основе заливочных пенопластов и промышленная технология их производства

г 3 ОЯ 9Т

ГОССТРОЙ СССР

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫН ИНСТИТУТ КОМПЛЕКСНЫХ ПРОБЛЕМ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СООРУЖЕНИЙ им. В. А, КУЧЕРЕНКО (ЦНИИСК им. Кучеренко)

На правах рукописи УД К 624.011.78:691.175-405.8-419 (043.3)

ГУРЬЕВ Владимир Владимирович

МНОГОСЛОЙНЫЕ ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ ПОНИЖЕННОЙ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ НА ОСНОВЕ ЗДЛИВ04НЫХ ПЕНОПЛАСТОВ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ИХ ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.23.01 — Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА — 1991

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Центральном научно-исследовательском и проектно-экспери-ментальном институте комплексных проблем строительных конструкций и сооружений им. В. А. Кучеренко.

О ф и ци а л ьн ы е оппоненты: доктор технических наук, профессор Ю. Н. Хромец, доктор технических наук, профессор Р. А. Андрианов, доктор технических наук Н. С. Москалев

Ведущая организация: ЦНИИЭПсельстрой.

Защита состоится, ¿Г- 40 1991 года в /Г часов на заседании специализированного совета Д 053.11.01 при Московском инженерно-строительном институте по адресу: Москва, Шлюзовая набережная, д. 8, в аудитории № У '¡лУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института им. В. В. Куйбышева.

Просим Вас принять участие в защите н направить Ваш отзыв по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26, Ученый совет.

/3. 09

Автореферат разослан . * С/и 1991 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент А. К. Фролов

1 • ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

!.'Актуальность проблемы. В основных направлениях экономическо-^ гоЖсоциального развития страны на период до 2000 года и соответствующих Постановлениях правительства большое внимание уделено ускорению научно-технического прогресса в строительстве, снижению материалоемкости, сокращению'сроков и повышению качества строительных работ, что возможно обеспечи ь лишь при внедрении новых технологических процессов, массовом применении легких ограждающих конструкций с эффективными утеплителями из вспененных пластмасс.

Широкое применение легких конструкций, в качестве утеплителей которых 'в основном используются пенополиуретаны, открыло возможность очень быстро, й высокш качеством монтировать из элементов полной заводской'готовности разнообразные здания и сооружена отвечайте современным' архитектурным требованиям. Вместе с тем, использование горючих полиуретановых пенопластов обуславливает высокую пожароопасность таких конструкций,.что, с одной стороны, существенно сужает области их применения и, с другой стороны, выдвигает на передний план проблему противопожарной защиты зданий и повышения огнестойкости многослойных конструкций, поскольку доля уничтожаемых в огне объектов из Легких конструкций доста.-точно высока, и наблюдается динамика роста ежегодных потерь от возникающих пожаров. . '

Кроме того, ограниченность отечественной промышленной базы исходных компонентов, а также необходимость закупки по импорту части сырья для яестких пенополиуретанов являются серьезным препятствие!,1 наращиванию мощностей строительных предприятий по производству палелей высокой заводской готовности и ставят проблему

развит:.я индустрии ограждающих конструкций эр. .очет применения .других газонаполненных полимерных материалов,' обладающих одновременно пониженной пояарной опасностью.

Исходя : з накопленного опыта промышленного производства слоистых панелей, а такие специфг зд развития химической индустрии в нашей стране наиболее оптимальным решением указанной проблемы является применение в многослойных конструкциях ячеистых пластмасс ;;а осове резоль;их фенолоформальдегидных и карбамид-ных олигоглеров, обладающих благодаря их химическому строению высокой пргродной стойкостью к огневому воздействию и в основе технологии которых такие заложен принцип самовспенивающихся полимерных композиций.

Однако отсутствие научной основы применения фенольшх и кар-бамидных пенопластов в многослойных панелях, связанной с глубокими и всесторонними исследований.™ свойств-конструкций с учетом.-' закономерностей пенообразования и формчрования' механических характеристик утешителя при изготовлении панелей, а такке ограниченный опыт их заводского прои водства сдерживают развитие промышленной индустрии эти.;, эффективных ограддек-й.

Таким образом, решение ко1.шлекса конструкторских, материало-ведчес::их и технологических проблем, направленных, на совершенствование многослойных панелей с применением г-зонадолнешшх пластмасс и издание научной и практической осовы развития индустрии легких ограждаших конструкций пониженной пожарной опасности безусловно является актуальной задачей, имеющей раздое народнохозяйственное значение.

Работа выполнялась в рамках решения следующих постановлений Совета Министров СССР: "О дополнительных мерах по дальнейшему

развитто строительства зданий пз легких металлических конструк"-

ций комплектной поставки" от 20.09.1986 г. И 1119 и "О мерах по дальнейшему укрего.зйию пожарной безопасности в стране" от 29.08.1988 г. № 1058, а такие в соответствии с Государственной научно-технической программой ГКНТ СССР "Стройпрогресс-2000" по проблеме "Многоцелевые здания высокой сейсгтической с.ойкости с . облегченным каркасом и огнестойкими легкими несущими и ограждающими элементами нового поколения". I

Цель работы: Разработка многослойных панелей пониженной поуяррой опасности с использованием е ливочшх газонаполненных полимеров из отечественного сырья и создание научной и практической основы'развития индустрии легких ограждающих конструкций высокой заводской готовности.

- Основнге задачи- исследования. Достижечие указанной цели определило постановку следующих задач: ■

: I. Последовать' и оценить вклад технологическ-х реяимов и „' целевых добавок на механизм формирования полимерной матрицы и оо-

разование ячеистой структуры карбамидах пел и на основе этого

\ ■

предложить способ их целенаправленной модификации для полученгт пенопластов конструкционного назначения.

2. Изучить закономерности в~пвпивали." и отзерядения г'еколо-формальдегидных и карбамидных полимеров при получении композиционных слоистых элементов; выявить основные кинетические и технологические параметры, оказывающие определяющее влияние на стпук-

о

турирование газонаполненных систем и формирование адгезионных сгяяей.

3. Провести комплексные исследования фенольных и карбамид-

е

ных пенопластов, включая изучение взаимосвязи морфологических параметров и механических хахлктерьотик, а также влияние различных видов нагрузок и температурно-влагчостшх воздействий На

прочность и деформативность, и в результате этого установить расчетные сопротивления и эксплуатационные свойства данных пено-полимеров.

' 4. С учетом особенностей физико-механических свойства полученных пеноматериалов разработать конструктивные решения многослойных панелей пониженной пожарной опасности и всесторонне исследовать их эксплуатационные характеристики, включая обследование ограждений в натурных объектах.

5. Создать индустриальную цромышленную технологию изготовления многослойных панелей -на высокомеханизированных технологических линиях, провести апробацию в производственных условиях, осущесиить экспериментальнс J строительство и на основании »того • разработать, необходимую нормативнсь-техническую документацию для массового выпуска и применения ограждающих конструкций пониженной пожарной опасности.

Научная новизна работы.

1. Решена ванная народнохозяйственная задача, заключающаяся в создании научных и практических основ для развития одного из ответственнейших разделов строительной.индустрии - легких ограждающих конструкций пониженной пожарной опасности, которая открывает возможность широкого применения последних не только в промышленном, но и гражданском строительстве.

2. Установлен" общие закономерности процессов газонаполнения, вспениван-щ и отверждения фенольных и карбамидах композиций при формировании многослойных систем, возводящие осуществлять направленное распределение пол.шера в объеме пеноматериала и изделия на его основе с обеспечеь..ем требуемых ыссплуатационных свойств

о

конечного продукта; установлен и экспериментально подтвержден механизм упрочняющего влияния адкиг.пезопциясодержздях сседаений

при получении карбамиднвх пеношгаотов конструкционного назначения.

3. На примерах различных видов фенольшгх и карбамидом пеношгаотов развитн представления о структурах о бимодальным распределением ячеек: независимо от химической природ» газообразовате-лей и технологических параметров процессов вспенивания в структурах данных пеяоматериалов обнаружены, как минимум, два типа1ячеек, различающиеся по размерам на несколько порядков. Основнваяоь на »том, уточнен механизм образования бимодальных структур и предложена стохастическая двухуровневая модель, учитывающая статистическую неоднородность таких систем и наиболее адекватно отражающая взаимосвязь морфологических параметров и макроскопических свойств пенрпластов; оценена горючесть даяннх типов газонаполненных полимеров,- в, зависимости от их рецептурнпх особенностей.

4. Оценена совокупность физико-механических характеристик фенольннх и карбаыидннх пеяополимеров при-различных видах нагру-жения и действии разнообразных текперагурно-влавностшх факторов. Ейервяе для даннвх материалов получены величины уоталостаой проч-вооти, в том числе в зависимости от плотности, температуря, частота и асимметрии цикла, а также оценена виброползучесть, что позволило установить расчетное сопротивления о учетом усталости пёнопластов. При этом экспериментально доказано, что сопротивляемость бимодальных структур действию циклических нагрузок гзгсэ, чем мономодальянх.

5. В.результате систематических исследований Езявленн особенности, напрязюнно-дефориированного состояния панелей в условиях, имитирующих действительную работу стенових сграздешй експлуатару-смых зданий, что позаолило разработать конструктивна® решения многослойных панелей с пенопластами понигэнвсЗ горззчести, наиболее полно отвечающие критериям надежности легких ограждащнх

конструкций. Новизна и оригинальность втшс конструктивных решений подтверждены авторскими свидетельствами на изобретения.

6. На основании обобщения экспериментальных данных и опыта пролщ пленного производства предложена имитационная модель технологии 8анишш полимерных композиций при изготовлении многослойных конструкций, связыващая геометрические характеристики панели, физические, реологические и кинетические параметра пеносио-тили, & такта параметра оборудования и позволяющая благодаря етому управлять слояшлги в гидродинамическом и фазико-хшическоц аспектах процессами движения к"распределения еысоковязких вспенивающихся композиций в закрытой полости изделия. Кроме toro, зшарвззе о использованием оовгагушаостЕ »кспершенталъшх данных

ч ■

в метода конечных елеионтов определено напрякенно-дефорщровав-ное соотояние панелей в процесса их изготовления, что позволило оценит* влияние технологических факторов* на характер формированная напряжений в композитной системе и прогнозировать надежность мяогоодоаных конструкций. Такой подход открнл возможность создавая научнах основ индустриальной технологии изготовления слоистых панелей о пвнопдаотами заливочного типа пониженной горючести в общих принципов проектирования соответствупцего технологического оборудования.

Практическая ценность работа.

I. Разработает оригинальнее конструктивные решения стенопах аагелзЗ о утеклитсляиа из певопластов пониглвко! горючести, поз-воанщие благодаря особой геодатрип несущих элементов обеспечить егсокпр твплоэащнтяяе свойства слоистых ограядеиий при индустриальном способе их производства и монтаха. Разработаны рекоыенда-дхн по определению ражчетшгх сопротивлений пенопластов в много-ркоЗшх конструкциях с учета: усталости, что позволило уточнить

величина расчетных характеристик применительно к действительной работе газонаполненных полимеров в саопотах ограждениях и э результате снизить удельных расход отих материалов при производств ве паваеей.

2. Разработает рецептура и технология изготовления парба-сшднаж пенопдастов о заданявм комплексом морфологических пара-

иетроз, обеспечивающих поЕашенпую механическу» прочность отих

I

материалов^ что позволило расширить класс заливочних конструкционны г газонаполненных полимеров пониженной горючести,

3. Создана ваучпо-обоснованная непреретдаая, технология изготовления многослойна конструкций с фзподышуи пенсплаотЁЫИ и разработаны вясокопроизводктелыше (до I юш.н^ панелей в год) конвейерные линии дая их промишлещшгб производства, а такге индустриальное стендовое оборудование, обеспечшзащео васокоз качество'изготовления и снигэнио полтигарокисоста при периодическом способе производства крупногабаритная слоистях изделий. Оригинальность конструктивных решений технологического оборудовали«

ч

гсщицэта авторскими свидетельствами на изобретения.

Внедрение результатов работа осуществлялось в слздуидо: форгшг:

I. Разработка нор.-'атш!но-тех1ичес2о5 дсжукоптгдаи проектирования шзогослоЗепх шшелей и их црсиэзодстза, хжя*ггавг?э2:

- "Рекомендации по проектировании слоиспхг огра^дакда конструкций из мотачллческих панелей с залпвочпяа фэнахофорхальдо» пщтки пеношгастами дтя грозданспих п промотяевстг »даяжЗ и

г. Уосшзэ" (ШШИТЭП, ЦНИИСК им. Кучеренко, . К5?;;

- Технические условия й 400-28-290-90 "Панели етштг:^ трехслойна» иеталлическиэ с утеплителей из {анолофорггальдэпдао-

го пенопласта";

- "Рекомендации по технологии изготовления слоистых ограждающих конструкций с применением вспененных пластмасс" (ЦНИИСК им. Кучеренко Госстроя СССР, М.., 1984)}'

- "Рекомендации по проектированию слоистых панелей с применением плаотмасс" (в печати);

- Альбом рабочих чертежей РС-4П25 "Металлическая трехслойная стеновая панель с утеплителем из фенолоформальдегидного пенопласта"; ■

- Альбом рабочих чертежей 637-87 "Панели кровельные бескаркасные двухслойные о утеплителем ид фенолбформальдегидногб пёно-пласта"; • • ■

- Рабочие чертежи ТН88С-410, 4396 "Линия для.непрерывного■ изготовления кровельных слоистых панелей из заливочных пеноплао-тов";

- Рабочие чертежи 4107 "Установка передвижная заливочная для производства пенопластов";

- Рабочие чертежи 4280/9 "Установка для изготовления слоистых панелей из заливочных пенопластов" и др.

В проектировании слоистых панелей совместно с автором принимали участие сотрудники.МНИИТЭПа, ПТО "Мосспецпромпроект", ЦНИИПромзданий, ПИ-2 и др. организации, а в проектировании технологического оборудования - сотрудники проектной части ЦНИИСК им. Кучеренко.

2. Изготовление и отладка оборудования:

- головные обравды разработанных непрерывных технологических линий по производству кровельных монопанелей и стендового

оборудования для формования периодическим способом трехслойных

\

стеновых панелей и монопанелей били изготовлены на ЗОКиО ЦНИИСК.

3. Разработка и осуществление на заводах и строительных предприятиях Мосстройкомитета и / 1ижояТаг.спсцстроя СССР организационно-технических мероприятий по промышленному освоению новях типов ограждающих панелей н технологического оборудования» а тенге по применению этих конструкций в гражданском строительстве. В результате получен суммарный экономический эффект в размеру 16,5 млн, рублей.

В работе звдищастся:

1. Оригинальные конструктивные решения трехслойных стенових панелей и комплекс эксплуатационных показателей этих конструкция,

2. Механизм и способ получения конструкционных пенопластор пониженной горючести на основе карбададннх одпгомероз.

3. Совокупность результатов исследования технологических параметров зачивочных композщ^ и фязшсо-мехаяических характеристик фенолышх и карбклидшх непопластов с учетом взаимосвязи особенностей порфэлогки этих материалов и их макроскопических свойств.

4. Основные научные принципы индустриальной заливочной технологии изготовлен^? многослойных конструкций пониженной пожарной опасности.

5. Конструкции непрерывных технологические линий и высокопроизводительного стендового оборудования для пропиленного производства многослойных панацей с заливочными пепспластами ш>-никеяной горючести.

Апробация работы. Основные результата работа были долоконн: на Международном конгрессе "Теория и экспериментальные исследования пространственных конструкций. ГГримзнеште оболочек в инженерных сооружениях" (Москва, 1985); на Международной сгагппзрумо "Полимерные материалы в инженерных конструкциях" (ЧССР, Прпгп,

1980); на Международной научно-технической конференции "Профили-, рованная листовая сталь в-строительстве" (НРБ, София, 1989); на Всесоюзных научно-технических конференциях: "Повышение качества и надежности продукции, программного обеспечения ЭШ и технических средств обучения" (Куйбышев, 1989), "Строительные композиционные материалы на основе отходов отраслей промышленности и энергосберегающие технологии (Липецк, 1985); на Республиканских научно-технических конференциях: "Химия и применение фенолальдегид-ных смол" (Таллин, 1987), "Применение пластмасс в строительстве • и городском хозяйстве" (Харьков, 1987);'на Всесоюзных совещаниях: "Производство и применение, эффективных теплоизоляционных материалов в строительстве" (Вильнюс,-1984), "Проблемы и пути совершенствования проектирования объектов газовой промышленности" (Москва, 1986), "Комплектные здания из легких металлических конструкций" (Москва, 1988); на П Всесоюзном" семинаре ."Актуальные проблемы оптимизации конструкций" (Суздаль-Владимир, 1990); на научно-технических семинарах Московского Дома научно-технической пропаганда: "Пути снижения материалоемкости, энергетических и трудовых затрат в московском строительстве" (1933), "Улучшение эксплуатационных качеств жилых и общественных зданий в московском строительстве (1984), "Внедрение достижений науки в практику московского строительства" (1988), "Перспектив^ развития московского строительства" (1989). Кроме того, автор неоднократно выступал с докладами на заседаниях научно-технических советов министерств, ведомств и строительных организаций по проблемам совершенствованию легких ограждающих конструкций и технологии их производства.

. Публикации. Основные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в 34 работах, список которых приведен в конце авто-

реферата. Кроме того по теме данной работы получены 12 авторских, свидетельств на изобретения и 5 положительных решений ВНИИГПЭ да поданные заявки.

Структура и -объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов и результатов работы, списка литературы, содержащего 341 наименование,и приложений, включающих документы по'промышленному внедрению и экономической эффективности результатов исследований. Диссертация изложена на 351 страниц» машинописного текста, содержит 40 таблиц и 116 рисунков.

■ . СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во в в е д е я и и дано обоснование актуальности и важности работа.для народного хозяйства, способствующей совершенствованию легких ограждающих конструкций и развитию базы строительной индустрии. •

Отмечено, что успехи в создании и приманешш многослойных композитных систем, в частности, легких строительных панелей, в ношей, стране были достигнуты благодаря работа!.; ученых и специалистов целого ряда организаций: ЦНИИСК им. Кучеренко, НПО "По-лимерсинтез", ИХФ АН СССР, ЦНИИЛМК, ЛенЗНИИЭП, МИСИ им. Куйбышева, ЦНИИПромздаиий, НИИстройфизшш, ПИ-2, ЦНИИЭПсельстрой и др. Особый вклад в развитие олигомерной технологии получения газонаполненных пластмасс внесли фундаментальные работы А.А.Берлина, В.Д.Валгина, Е.А.Петрова, Л.И.Покровского, а также зарубежных ученых Д.Саундерса, К.Фриша и да., основополагающие исследования структуры и свойств ячеистых полимеров были выполнены Р.А.Андриановым, А.Г.Дементьевым, К.В.Панферовым, И.Г.Ромаяенкошм, О.Г.Таракановым, Ф.А.Щутовым, А.Гентом, А.Томасом, Н.Хильярдом и др. Исключительно большая роль в создании легких конструкций

с применением пластмасс и технологии их производства принадлежит А.Я.Александрову, В.А.Воробьеву, Д.Б.Губенко, С.Б.Ермолову, А.Н.Крашенинникову, Й.Ф.Тамплону, Ю.Н.Хромцу, A.M.Чистякову и

др.

Анализ &шровой практики производства и применения вспененных пластмасс и изделий ва их основе с учетом складывающейся конъюнктуры строительного рынка позволил сформулировать цель работы к определить задачи исследования пс созданию перспективных легких ограадапцих конструкций поникенной подарной опасности.

В первой главе рассмотрены закономерности вспенивания и отверадения заливочных композиций при формировании фе-нольных и карбамидам пенопластов в слоистых конструкциях. БоЛь- • шое внимание при этом уделено результатам экспериментальных исследований процессов, протекающих при формировании композитных систем и оказывающих определяющее влияние на характер адгезионных связей и эксплуатационную надежность многослойных конструкций.

Установлено, что кинетика ценообразования существенно зависит от химической природы полимерных композиций. В частности, при вспенивании фенольных полимеров наблюдается высокая скорость гннияыделеяия, практически образование пены, ее стабилизация и подъем температура экзотермической реакции проходят в течение '«¿••4 минут. Соответственно происходит и изменение давления, вслед-гтиие чего его величина значительно повивается, особенно для композиции ФРП-I, и достигает 0,12-0,15 Ша при получаемой плот-нити пенопласта 80-100 кг/м3.

Технологические параметры фенольных композиций (основные .1 in. >изводные), определенные по кинетическим кривым, представлены l табл. I.

^ Таблица I.

Технологические параметры фенольных композиций

Технологические Марка пенопласта

параметры ФРП-1 Виларес--400А Виларес--РНП РНП-60Л

Начальная высота композиции, мм Но 16 16 16 16.

Конечная высота композиции, мм Н 255 224 211 234

Бремя начала подъема пены, с (индукционнгй период вспенивания) 120 65 50 86

Время конца подъема пены, с 160 153 200 168

Время достижения максимальной скорости вспенивания, с 131 120 82 134

Время гелеобразовашш, с 129 90 • 65 130

Максимальная скорость вспенивания, мм/с' 2,9 2,0 1,8 2,9

Максимальное давление при вспенивании, Па.10° 0,85 0,36 • 0,30 —

Максимальная температура при вспенивании, ос 105 90 80 87

Получейные дапнне были использованы при-расчете технических параметров основных агрегатов технологических линий по производству многослойных конструкций с фенольными пенопластами и позво-

лили выбрать наиболее оптимальные конструктивные решения при проектировании оборудования.

Существенное влияние на характер вспенивания и структуру фенольных пенопластов оказывают соотношение основных коглпонен-тов композиции и температура формующей оснастки. Установлено,

что для создания условий, способствующих протеканию процессов в зоне клеевого шва слоистых полелей, температуру формующей оснастки, а следовательно, и обшивки необходимо поддерживать в определенном интервале, а именно: 35-50 °С в зависимости от типа ад-гезт*ва и заливочной композиции. Эти граничные условия определяются тем, ч^о, с одной стороны, повышение температуры способствует снижению вязкости заливаемой композиции, следовательно, уве-лчениго ее текучести, р также изменению кинетических параметров вспенивания, в частности, возрастанию давления, в совокупности увеличивагадих фронт распределения полимерной массы, величина которого для пенокомпозиции карки ФРП-1 составляет 1,5 м; Виларес-400А - 1,2 а Виларес-Ж1 - 0,7 м. Вместе с тем, увеличение температуры более 50 °С приводит к с;тдествениому сокращении времени индукции композиции и нарушению соотношения скоро-' С1вй вспенивания и отверждения, в результате снижается качество структуры пенопласта и падает механическая прочность.

Выявленные закономерности вспенивания и структурирования 'еколытых композиций при формиповании шогослойных ¡элементов позволили разработать специальную адгезионную систему, учитывающую специфику данных пенополимеров и включающую фосфатируиций наполяпнный концентрат ш хромфосфат1г ю пасту в сочетании с бу-.•адаенстирольнгч карбокалированным латексом. Использовг кие этого адгегчтва позволяет осуществлять соединение обшивок с вспенивающимся полимером в едином процессе формования слоистой конст-р^тадтш. Ц.лчем прочность соединения металлической обшивки с фе-нолышм пенопластом восстает более, чем в 2 раза по сравнению с ..^очностыо стало:.гансо соединения, но с. использованием применяемого в настоящее время каучукового клея.

:лшлое внимание в работе било уделено проблеме повышения

физико-механических свойств карбамидных пенопластов и создания на и* основе конструкционных утеплителей для многослойных панелей. В связи с чем был проведен подробный анализ физико-технических свойств исходных компонентов, детально изучено их влияние -на технологические параметры .карбаг.шдных композиций, что позволило разработать способ направленной модификации этих олигоме-ров, основанный на взаимодействии реакционноспособных групп модификатора! (алкилрезорцинсодержащих соединений) с формирующиш-- )

ся-фрагментами полимерной матрицы. В результате механическая

прочность модифицированных карбамидных пенопластов в зависимости • |

от плотности повысилась в 1,25-2,4 раза по сравнению с исходным" пеноматерйгпами* а технологическая усадка при эг:ом снизилась почти в 3 раза..

Совокупность полученных'экспериментальных результатов, а также анализ литературных данных позволили создать промышленные рецептуры карбамидных пенопластов с заданным комплексом свойств , и разработать технологию I..: изготовления с помощью высокопроизводительных заливочных машин.

Вторая глава посвящена изучению морфологии пенопластов и исследованию : х физик -технических свойств. Отмечено, что такие основополагающие морфологические параметры ячеистой структуры пенопластов, как плотность, соотношение полимерной и газовой фаз, число и ориентация ячевк, ^еометри^ские Размеры и форма структурных'эл^чентог. ячеек определяет всю совокуп-

о

нос.ь макроскопических свойств э^вс материалов.

Исследования проворились с помощью оптичестсга и растровой элрчтронной микроскопии, статистическая обработка получениях данных осуществлялась с п .мощью вычислительного .сомпле-сса "Ор-

тон", мзхаяические испытания выполнялись на испытательных мапш-

нах типа "Инстроя" и специальных стендах по стандартным методикам.

Структурный анализ электроянографических данных выявил по-лидисперсяый характер распределения газоструктуряых элементов по объему рассматриваемых'типов фенольных пеноматериалов. Наиио-лее неупорядоченной (хаотичной) структурой с деформированным стержневым каркасом обладает ФРП-1, процесс пенообразования которого характеризуется весьма высокой скоростью газовыделения, достаточно большими величинами температуры и давления, приводящими к смятию ячеек и "разрыхлению" макроструктуры пенопласта. Напротив, хорошо сбалансированные .процессы газо- и тепловыделе- , ния композиций Виларес-400А, Виларес-400МХ и РНП способствуют' своевременной фиксации ячеистого каркаса с образованием более, однородной мелкопористой структуры. Общим для всех типов пено-иластов является наличие совокупности ячеек одинаковых по размерам, преобладающих по количеству и достаточно равномерно распределенных по объему пеноматериала. Так, например, для пенопластов Виларес-400А и Е.итрес-4СХЖ эта совокупность характеризуете." размерами ячеек от 5 мк" до 45 мкм, для ФРП-1 - от 15 мкм до 75 лаем.

I

Результата статистической обработки морфологических характеристик пространственного структурного каркаса на.примере фе-нолького пенопласта РНП-60А представлены ^ табл. 2. Обпащает на себ. внимание тот факт, что коэффициент форму ячеек Кф для пенопласта с плотностью в диапазоне от 28 кг/м3 до 60 кг/мя остается близким к I I только да плотности 102 кг/м3 весьма "тличаетш. от I, С едовательно, только для это!', плотности различие (¡лзико-мехаяичес. .ix характеристик по еррчнению с метшими плотностями ':в;:заь ; со структурой чнизотрош.е*.

Таблица 2.

Результаты статистической обработки морфологических характеристик пространственного структурного каркаса пенопласта РНП-60А

Плотность Статистические характеристики

пеноплас-

та, ч длина отклонение коэффициент коэффициент фор-

кг/м стеряней даны стер- вариацич мы газоструктур-

£ , мкм ишей Д длинй стер- ных элементов ясней /Л Кй

л^л/е

28 163,21 48, Г7 0,290 1,086

37 161,73 46,58 0,288 1,007

60 ,152,96 50,66 0,331 1,042

102 128,67 , 22,93 0,178 1,442

Стеркневой каркас макроячеек разработанных типов карбамид-ных пёнопластов более массивен, чем у фенольных пен. Гистограмма распределения ячеек по размерам имеет явный асимметричный характер, что свидетельствует о наличии как минимум двух подгрупп ячеек, имеющих довольно узкий диапазон распределения: доля ячеек с размерами от 10 до 30 мкм составляет около Ь0% и оставшаяся часть,рлакроячеек имеет размеры более 50 мкм, но при этом с гораздо более гшрокпм спектром их распределения по размерам.

Принципиальной особенностью морфологии рассмотренных видов ("енолышх и карбэмидных пёнопластов является наличие ячеек второго уровня (микроячеек), локализованных в структурных элементах макроуровня. Размеры г.ггкроячеек на два порядка меньше размеров пакроячеек. Таким образом, по своей морфологии исследованные типы гхзнольиш: и кярбамидпнх пёнопластов относятся к ячсстим

полшерам с ярко выраженной бимодальной структурой, модельное представление которой не-мотет быть ограничено построением простых моделей или моделей одного уровня, ибо в этом-случае возникает значительное расхождение экспериментальных и расчетных оценок физико-механических характеристик данных материалов.

В этой связи наш предложен многоуровневый подход к моделированию подобных структур, учитывающий, во-первых, полидисперсны«. хараг^ер геносистем, различи:ые элементы стохастики в образовании и стабилизации пенопласта в процессе его изготовления и, во—вторых, возможность образования ансамблей (совокупности) газост^уктурных элементов как на макроуровне, так и на микроуровне. Сущность многоуровневого моделирования, основанная на результатах структурного анализа, отражена на рис. 1. -

Можно отметить, что для пенопластов с диапазоном плотностей от 60 до 150 кг/м3 реализуются на макроуровне:, стержневые, пластин1-лто-стержневые и смешанные структуры; на микроуровне: плпстинЧЕто-стегчшевые, пузырьковые и смешанные структуры. Заметим, "то пластинчато-стержневые структуры фигурируют на обоих уровнях реализации структур и с этих позиций их можно рассматривать как универсальные структуры и взять.за основу для построения стохастической многоуровневой Модели-. Основываясь на этом подходе, в работе рассмотрены различные варианты моделей, в том числе с учетом структурных дефектов, физической и геометрической нелинейности.

В процессе механических испытаний определены прочностные и упругие характеристики полимерной основы фенолышх и карбамид-ных пенопластов, выявлено влияние плотности на характер деформирования пеномагерпачов при основных видах напряженного состоя-ш-л. Покапано, что наибольшей прочностью при одной и той ке

J

Pro. I. Многоуровневая мгделъ структуры бимодальных пенопластом

илотности обладает карбамидный пенопласт при напряженном состоянии - сжатии. Однако при растяжении и сдвиге он уступает феноль-• ним пенам, что обусловлено особенностями строения данного материала: обладая достаточно массивным и жестким стержневым каркасом при средних плотностях карбамидный пенопласт хорошо сопротивляется сжимающим нагрузкам. Вместе с тем вследствие повышенной хрупкости и перенапряженных структурных элементов ячеистого каркаса этот материал хуке работает при других видах напряженного состояние.

На основании анализа результатов массовых кратковременных .механических испытаний пенопластов .определены корреляционные уравнения, связывающие прочностные и упругие .характеристики с ■ плотностью этих материалов при различных видах напряженного со-сто. лия. В качестве примера приведены соотношения для карбамид-ного пенопласта и фенольного марки Виларес-400А:

Пенопласт Виларёс-400А: бс= 0,045 - О.ОООЗ^Г + 0,00004 У2; Ес= 266,38-7,62У+0,07У2 (I) б,= 0,047 - 0,0005^ + 0,00003У2; Ер= 200,38-5,0бУ+0,04?2 (2) 0,114 - 0,0023У + 0,00003в = 66,43-1,13^+0,01 )2 (3) КарбашднкЧ пенопласт: бс= 0,068+0,0004^+0,00005У2; Ед - 143,0-0,37^0,01^ (4) '6,= 0,030-0, ООЦ+п.ООООЗ^2; Ер = 107,09-0,251+0,01|2 (5) 0Г = 0,017-0,000^+0,00002^; (г = 6з]б8-0,7*+0,01^2 (3) Полученные корреляционные зависимости позволяют с достаточной точностью по имеющемся значениям плотности определять величины пределов прочность и модулей упругости фекольных и карба-мидных пенопластов.

Кратковременные прочностные и угшугие характеристик феноль-Ш1Х и клрйашдных пенопластов представлены в табл. 3-

Таблица 3.

Механические характеристики фенольных и карбамидах пенопластов (Па*10^)

Марка Плотность, _Бил напряденного состояния_

пенопласта кг/мз сжагие растяяение сдвиг

~~бс ^ бГ" ё^ ¿г <Г

Фенольные:

Виларес-400А 75 2,10 75 1,20 88 1,00 50

Виларес-400МХ 60 2,00 75 1,40 120 0,90 30

Биларес-РНП 50 1,55 70 1,30 85 0,78 45

ФРП-1 (из панели) " 80 1,50 82 0,70 97 0,50 53

Карбамидные:

кда 70 3,85 140 1,31 ' 70 0,90 45

Ш ' . 100 5,80 160 1,80 НО 3,30 50

Приложение длительных статических нагрузок вызывает развитие деформаций ползучести, затухающий характер которых наблюдается для фенольных пенопластов при напряжениях, равных 0,3 от временного сопротивления, а максимальная- величина состглляет при этом для растяжения 1,3$, для сдвига - 0,025 рад. Кг>офф"гтп-ент длительной прочности фенольных пенопластов для временной Оази 25 лет составляет порядка 0,5.

Пенопласта довольно чувствительны к внешним изменениям температурно-влаиюстннх регшов эксплуатации, что обусловлено свойствами полимерг.о'й матрица и особенностями ячеистого строения этих материалов. Елиялке температуры проявляется в с: ^ли1':!

пропостных характеристик пёнопластов (рис. 2). Наиболее резкое падение прочности с повышением-температуры наблюдается для карбемидного йенопласта, обусловленное, очевидно,-доотверждени-ем полимерчой матрицы и возникновением при этом значительных внутренних напряжений.

Изменение механических характеристик пёнопластов при увлажнении прямо связано с кинетикой влаго- водопоглощения, в свою очепедь определяемой процессам!, влаго- и массопереноса, паро-и газопроницаемости и зависящей от количественного соотношения . открытых и закрытых макроячеек, размера микроячеек, химической прирогч полимерной матрицы {ее гидрофобность или гидрофиль-ность) и т.д. В общем случае увлажнение фенольных и карбамид-ных п^нопластол приводит к снижрчию прочности соответственно на 30$ и . ' " . •

Из анализа полученных результатов-следует, что в целом рассмотренные типы пёнопластов являются достаточно устойчивыми мате! ;алами к воздействию различных температурно-влажност-дах "акторов, причем наименьшее снижение прочностных и упругих характеристик по абсолютной величине наблюдается для фенольных пёнопластов новых марок.

Наряду с механическими свойствам была проведена оценка теплофизическлх характеристик пёнопластов, во многом определяющих еплотехническуто наденность многослойных ограждений. В частности, установлена зависимость коэффициента теплопроводности от плотности (2) и влажности (л>) утеплителе в следующем виде:

Л = 0,ОСЭ4(1О + У) : ОДб-Ю"4«'?

Получопнге выражение достаточно,че ко описывает взаимо-

и 23-

« vi

У

ъ *

до" а м

\ V 1 \

V ♦

. 1 V :

, ,,, \\ . > \ 1

Ч/

>

-в1 ♦ 0 ч м

г- ,

1

«о , , .

-ео

Т. Г

и >во *т

Т. X

а.

<Г

Рис, 2. Влияние температуры на прочностше -(а), и упругие 'б) характеристики некоторых марок пеноплс.стовь

> п г

I, I, I - сжаги , 2, 2 - растяжение

с/

—:— фенолъный пенопласт типа РНП плотностью 40 кг/м3; - — фенольный пенопласт ОД-1 плотное ^ы 80 тсг/м3; «.._._ капбамидаый пенопласт плотностью 90 кг/ма.

связь теплотехнических характеристик.со:структурными параметрами утеплителя и эксплуатационными факторами и позволяет определять теплоизолирующие свойства пенсматериала в реальных условиях эксплуатации. : ■

В этой главе также обобщены результаты огневых испытает."; фенольных и карбамидных пенопластов. Установлено, что рассматриваемые мшы ячеистых полимеров обладают достаточно, высоки^ сопротивлением огневому воздействию и существенно меньшей пожарной опасностью'по сравнению с известными типами вспененных полицеров, применяемых в строительстве. Так, при горении большинства рассматриваемых пенопластов температура дымовых газов не достигала 170 °С, а степень повреждения по масс'е и по длине не превышала соответственно 19% и 90$.

В третьей главе изложены ре ультаты исследований усталостной прочности и деформативности пенопластов при динамическом нагружении, необходимость которых вызвана тем, что механические свойства газонаполненных пластмасс применительно к строительным конструкциям как у нас в стране, так и за рубежом, в основном изучались при действии статических нагрузок. Мезду тем, в реальных условиях эксплуатации многослойных панелей пеяопласты подвержены циклическим нагрузкам, вызванным колебаниями температур наружного воздуха и ветровыми пульсациями. В связи о чем долговечность таких конструкций в большой мере зависит тленно от способности пеноматериалов длительное время сопротивляться де^отвию знакопеременных нагрузок, поскольку возникающие при этом изменения деформаций и напряжений оказывают значительное влияние ьа механические и ^пру~ие характерчет-кк ячеистых полимеров.

Значения пределов усталости различных пёнопластов представлены в табл. 4. .

Чл

Таблица 4.

Усталостная прочность пёнопластов при различных видах напряженного состояния

Марка Плот- Предел усталости Отношение предела уо~ пёнопластов ность, г г, тп5 \ талости к временному кгд,з ц '_сопротивлению_

ежа- растя- сдвиг ежа- растя- сдвиг

тие. жение тие пение

Фенольные пеноплаоты:

Виларес-400МХ 60 1,48 0,689 0,388 .0,742 0,492 0,431

Виларес-400А 75 1,30 0,459 0,351 • 0,619 0,383 0,351 '

Виларес-РШ 50 1,05 0,510 0,370 0,677 0,342 0..472.

ФРП-1 80 0,75 0,140 0,140 0,500 0,200 0,280

Капбамидный пенопласт

Ш1 70 1,65 0,26 - 0,43 0,20

Анализ приведенных данных свидетельствует о достаточно таь: соких величинах отношений пределов усталости.к временным сопротивлениям ячеистых'пластмасс, по крайней мере г 2 паза пропинающих аналогичные отношения монолитных полимеров. Ингми слоями, пенопласты лучше сопротивляются действию циклических иог-ру.. зок, чем невспепенные пластики, что непосредственным обппюи связано с особенностями ячеистого строения этих материалов.-По аналогии с работой эластичных пеносистем, подро^о рассмотренной Н.Хильярдом, способность к упругой реакции :<естг.и- пет-

пластов обусловлена: формой ячеек, толщиной.стенок ячеек, со- ■ держанием в структуре закрытых пор. Более того, пенополимеры на основе фенольных и карбамидных олигомеров, как.отмечалось выше, обладают бимодальной структурой, образованной наряду с макро также и микроячейками, дополнительно развивающими сечение несущего стержневого каркаса. При действии циклической нагрузки работа таких структур проявляется в сложном взаимодейст-вп элементов макро и микроячерк, представляющих в совокупности своею рода амортизатор, способный упруго сопротивляться пульсирующим нагрузкам. . 1

В реальных условиях эксплуатации длительные ветровые и температурные воздействия на ограждения из.многослойных конструкции можно рассматривать как стационарный случайш'й процесс, представляющий совокупность гармоник с различны™ амплитудами частотами. Отсюда понятно, что не только пульсирующее действие нагрузки оказывает влияние на усталостную прочность цено-плаитов, но также и характер этих пульсаций, т.е. частотно-временные параметры.нагружения. Причем установлено, что и в этом случае структурные особенности пенополимеров являются основополагающим фактором, определяющим работоспособность данных систем: так, для фенольного пенопласта Вяларс—РЩ, отличающегося менее выраженное бимодальной структурой, чем остальные-рассмотренные фенолыше пеноматориалы, с уменьшением частоты нагружения, с 24 до 4 Гц наблюдается увеличение пределов усталости примерно на 10-2С"' и, наоборот, для Виларес-40С..;Х, Виларес-400А и ФРП-1 -■ снижение величины у талостной прочности в том ка диапазоне пленения частоты нагружения. 1несточение режима нагружения (при уменьшении коэффициента асимметрии цикла от 0,8 до 0,2)

■у

ирщ. дат к ош:кеш:ю величин пределов усталости всех испытанных

ленопластов примерно на 24%.

Усталоотные свойства пенопластов неразрывно связаны с плотностью - одним уз валнейних физических параметров вспененных полймеров. Установлено, что, как и при статическом ни^ру-жении, с возрастанием плотности пенопластов повышаются абсолют-ше значен|ш пределов усталости этих материалов (см. табл. 5). | Таблица 5.

Влияние' плотности на усталостную прочность пенопластов ! •

Марка • Плотность/ Предел усталости, Па.Й5

пенопласта кг/м3: сжатие растяжение сдвиг.

Виларес-40иА 40 0,50' ■ 0,24 0,19

4 60 '0,60 ■ 0,34 0,26

■70 - ' - 0,40 0,31

80 '' ' 1,30 0,46 0,35

100 1,70 0,60 0,47.

ФИ1-1 * ■ 40 0,32 - -

60 0,54 0,10 0,10

70 0,11 0,12

80 0,75 0,14 0,14

100 1,00 0,20. 0,18

В данной главе т^гя рассмотрены и проанонсированы результаты исследования влияния температурных фа' торов на уоталоотг-е характеристики ячеистых плиотмасс. Выявлен хар^хер снижения усалостгой прочности пои повышенных и отрицательных температурах, .зависящий от типа полимерной основы и структурные особенностей газонаполненных полимеров. Показапо, что при повышении

температуры с +20°С до +80°С наибольшей выносливостью обладают фыюльные пенопласта,'величина предела усталости которых уменьшается на 25$-, в то время как для пенополиуретанов эта величина снижается яа 47$. Понижение температуры до г-40°С приводит к монотонному падению усталостной прочности на 10-30$ в зависимости от марки пеноматериала и вида напряженного состояния. '' ' ".

Долговременное циклическое нагру. -ение пенопластов сопровождается развитием деформаций ползучести этих материалов. Установлено, что при уровне напряжений, соответствующем пределу усталости пенопластов, интенсивный рост деформаций ограни' ' К ' с

ч1,аается базой 2*10 при акатии и 10 циклов при 'сдвиге, в .■ дальнейшем'скорость деформирования значитлльяо снижается, и .¡аступаеа\ стабилизация деформаций (их нарастание для фенольных пеяоматериалов составляет примерно 1,5%). Затухаюидайхарактер кривых ползучести при циклических напряжениях, равшх пределу усталости, а также'незначительная величина развиваемых при ■ этом деформаций (практически в 1,5-2 раза меньше критических, >шзывамдих разрушение материала) свидетельствуют о том, что и за базовым I эличествоад циклов при данном уровне напряжений в отруктуре рассматриваемых пенополимеров не происходит существенных изменений, следовательно, их,работоспособность долговременно будг ? оставаться яа исходном' уровне.

Результаты циклических испытаний, рассмотренные в настоящей х'лаве, а также данные массовых отатт.ческих испытаний, изложенный а гл. 2, позволили разработать предложения по норлга-рованчю мехаягтеоки.. характеристик пенопластов с учетом усталости и определить соответствующие расчетные сопротивления ( * этих магерчалез:

где: • К - расчетное кратковременное сопротивление ненопластов; •К, - коэффициент условия работы, учи .ивающий снижение

прочности при циклическом нагрукении, виброползучеств и статистическую изменчивость экспериментальных результатов. Поскольку усталостная прочность зависит от частоты и коэффициента асимметрии цикла, при определении К, вводится с алое неблагоприятное соче-.1 тание указанных факторов; ' . . >

Кг - коэффициент, определяющий зависимость предела усталости от нормативного срока эксплуатации многослойных конструкций; К"» — коэффициент условия, работы, учитывающий влияние . температуры на усталоотную прочность пеноплготов.

Величины расчетных сопротивлений пенопластов с учетом усталости представлены в табл. 6. •

Таблица 6.

Расчетные сопротивления фенольных пенопластов с учетом усталости г тзмъерстуры

Марка пеноплас- Плот- Напря-ность, женное кг/иэ соото- Расчетное сопротивление при Т °С, Пь.ГО5

та яние -40 : -20 0 +20 +40 +60 +80

2 3 4 5 6 7 8 9 , 10

Вила- рес- -¿ООМХ 60 Растя-жени; Сжатие 0,270 0,284 0,404 0,315 0,336 0.384 0,396 0,404 0 304 0,284 0,396 0,372 0,25.1 п.тл

3 4 5. 6 7 '8 9 10

' I

Сдвиг 0,162 0,162 0,180 0,182 0Д80 0,168 0,150

H:um- 80 Растя- 0,185 0,191 0,203 0,231 0,180 0,180 0,144

pec-400A женив >

Сжатие.0,300 0,300 0,323 0,377 0,298 0,280 0,280,

Сдвиг' 0,120 0,120 0,120 0,120 0,120 0,120 0,120 . " I

•SP11-J 80 Растя- 0,040 С,048 0-.052 0,056 0,048 0,040 0,0^0 . ' жение .;• ; ' ' . V

. Сжатие' 0,120 0,140 0,162 0,203 0,153 0,121 0,101 Сдвиг . ,0,040 0,047 0,054 0,060.0,0^6 0,041 0,040

Четвертая глава посвящена разработке кон-.пруктившх решений слоистых панелей с учетом особенностей фи-шьочиодшмчвскмх характеристик рассматриваемых типов пенопла-сггц» и практического метода ил: расчета.

СраЕнцтел^.шП анализ окспершантельянх данных, приведенных л придадут'« главах, и сопоставление с требованиями, предъявля-нними мормативгчма до^вягама к заполнителям слоистыг панелгЧ, попил; ¡1 и, что я'-> своим физико-техническим характеристикам фз-нолыше и карбамидам пенопласть. прежде всего пригодны для ио-гцш.аовнш.я в двухсло ..жх-панелях на основе профилированных летая ллческих листов. Применение эт!.х пеноматериалов в трпх-

слойных конструкциях типа "сэндвич", несущая способность кото-

ры.; лимитируется прочностными и деформационными свойствами

Чл

приформованного пенопластового утеплителя, требует устройства дополнительных конструктивных элементов, обеспечивающих в совокупности с пенопластом совместную работу обшивок и восприятие сдвигающих напряжений при изгибе панели. Кроме того, необходимо учитывать технологическую усадку, в большей или меньшей мерр присущую рассматриваемым типам пенопластов.

■Выше изложенные соображения, а также результаты натурных теплотехнических обследований легких ограждений позволили сформулировать следующие основные требования к конструкции слоистых панелей с применением данных пеяоматериалов:

- трехслойные ограждающие панели должны включать несущие ребра, жестко соединенные о обшивками панели с обеспечивающие совместно о пенопластом расчетные прочность, жесткость и долговечность конструкции;

- совокупность конструктивных элементов панели должна учитывать развитие усадочных деформаций пенопласта и компенсировать возникающие при этом внутренние напряжения в утеплителе;

- конструкция стыков панелей должна гарантировать внполне-ние требований теплотехники при деформированйи ограждающих конструкций под действием эксплуатационных нагрузок;

- конструктивные формы панелей должны удовлетворять условиям высокомеханизированной технологии изготовления и индуст-риальяости монтажа.

В соответствии с указанными требованиями были разработаны различные варианты технических решений многослоЯгшх панелей, среда которых наиболее подготовленным к промыаченному оояоенип

на действующих производствах является вариант конструкции типа "двойной шпунт". Конструктивная особенность данного решения заключается в том, что продольные несущие ребра гганели выполнены в вид^ охватывающего и охватываемого тонких упруго-элас-Тичннх профилей со специальным., выступами на полках, вокруг которых отогнуты и закреплены с помощью пуклевог продольные кромки верхней и нижней обшивок. Такой способ соединения позволил отка^атьсп от примеьлгая заклепок, в результате значительно повысилась.технологичность изготовления и существенно улучг • шилось качество конструкции.'

Гоходя из специфики рассмотрен ::ого конструктивного решения предложен практический метод расчета трехслойных ребристых панелей с утешштелями из фенолыш'х пенопластов, в основе которого использован принцип расчета бесгаркасных панелей, "сэндвич",' но с заменой модуля сдвига пенопластового заполнителя (бр) на приведенный модуль сдвига панели (<5?е<1 )-, складаванцийся из же 2ткост.1 пенопаста и жесткости ребер. В предположении, "то геск.эсть на сдвиг ребристой .панели равна суше жесткостей на сдвиг пенопласта и реоер, приведенных к жесткости пенопласта, на единицу чшрины ланели, получил:

где ¿г , Ог - соответственно то.т "ш;а и модуле сдвига стенки ребра; § - расчетная ширина гнлели.

Тогда кпеател ные {с,~_>игап'Ше) напряжения в заполнителе опре- • чгллвтея и" выражения:

где & - поперечная с::ла в панели от зкеплуатац: энных воз-2 - расстояние от геометрической оси обшивки до

полк" т

' - 33-

Другой особенностью предложенного метода являете.! учет нормальных и касательных напряжений, возникающих в ребрах, обшивках и пенопласте в результате внутренней статической неопределимости конструкции панели (из-за раэличт-х коэффициентов ли' нейного расширения элементов панели) и учет концентрации нормальных напряжений от изгиба в обшивках в зоне ребер.

Как пбказали расчеты, жесткость ребер в общей жесткости панели составляет на сдвиг примерно 60-70%, оставшаяся доля (40-30$) приходится на жесткость пенопласта.

Надежность разработанной конструкции трехслойной ребристой панели;во многом .зависит от долговечности соединение ребер с обшивками, выполненного, как отмечалось выше, з помощью за-вальцовки и' точечного'- обхима обшивок.. Для оценки прочности предложенного соединения были проведены■статические и усталостные испытания элементов паьелей с различной глубиной (Н) "гнезда" пуклевок,- в ходе которых методом планирования двухфактор-

*

ного трехуровневого эксперимента получена зависимость сдвиго-

V

вой прочности соединения ребер с обшивками (Р) от количества циклов нагрузки (А/):

Р = 7,14 - 0,783^) - 5,49311 + 0,039(^)2 + 0.665Н2 + + 0,35Ш ) (9)

Указанная зависимость позволила определить важный конструктивный параметр - глубину вдавливания пуклевок,'обеопечиваю-° щий тр буешй уровень долговечности соединения реиер с обшивками панели.

Корректность предложенного метода расчета трехслойных ребристых панелей бкла подтверждена данными испытаний констру^гй.

-34в результате которых установлено, что теоретические значения прогиоов и напряжений в обшивках панелей отличаются от экспериментальных не более, чем на 5-10%.

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований несущей способности и эксплуатационных свойств слоистых конструкций. Установлено, что несущая способность трехслойных панелей с утеплителем из фенольных пе-нопластов при наличии обрамляющих ребер* жестко соединенных с' обшивками, в 1,48 раза выше, чем у конструкций типа "сэндвич". При чТо?л зависимость "нагрузка - прогиб" до 300 даН/м2 для панелей с ФР17-1 и 500. даН/м2 для панелей с Виларес-400Д' имеет .' линейный 'характер, 'далее происходит увеличение- дефЬрмативности, поскольку сушаряая"жесткость сечения за счет "выключения" пенопласта из работы .^снижается, -и в результате резко нарастают прогибы конструкций. По-видимому,.следует считать, что после разпушения пенопласта напряжения одвига воспринимаются только робрами и узлами 'соединения ребер с обшивками. Следует отметить, что прогибы панелей 'новой разработанной конструкции со стыком ".двойной шпунт" при расчетной нагрузке не превышали допустимые.

В отличи'1 от трехслойных панелей разрушение монопанелей

ц.оизоишо вследствие местной потери устойчивости сжатых участ-

кой гофра стального лрофлдл в среднем, сечеяии пролета при наР <

гр^пке 700 даН'м. Дня сравнения несущая способность трименел-ного . них стального гнутого профиля без пенопласта составила только 440 даН/м2, '».е. за счет подкрепляющего эффекта приформованного пенопласта, обеспечивающего повышение критических напряжений в ожатой горизонтальной грани гофра, несущая способность монопанелей увеличивается почти на 60$, а прогиб уменьшается ча 36$.

Усталостные испытания трехслойных-панелей выявили достаточно высокие значения пределов выносливости разработанных конструкций (табл. 7).

Таблица 7.

Усталостные характеристики слоистых панелей с утеплителями из различных типов пенопластов

Тип утеплителя слоистых панелей Плотность, кг/м3 Разрушающая нагрузка, даН/м2 Предел выносливости даД/м2 в % ст разрушающей НРГруПТ'1

Пенополиуретан "Сиспур" . 90 750 . 412 0,53

Фенольные:

Виларес-40СМХ 100- 320 150 0,45

Виларес-400А 100 300 120 0,40

ФРП-Г . .80 218 54,5 0,25

Влесте с тем следует отметить, что пределы выносливости конструкций с фенольными пенопластами Виларес-400А и Виларес-400МХ, отличающихся гораздо более регулярной структурой по сравнению с ФРП-I, в 3-,2-2,8 раза выше, чем панелей с этим утеплсттелпм, а отношение пределов выносливости к пределам прочности ирелтч-ет на 60-80^.

На усталостную прочность панелей существенное влгяппе также оказывает коэффициент асимметрии цикла, связанны*! с пи-дом нагрузки. Taie, при уменьшении fi с 0,4 до 0,1*0 выносливость панелей снижается на 25%, т.е. температурные воздействия в большей мере влияют на долговечность сло:тстих конструтчм;!, чем ветровые пул!>сгдап.

Воздействие .длительных циклических нагрузок приводит к про гиб а!,1 панелей, вызванным виброползучестью пенопластовых утеплителей. Однако при уровне нагружения 0,4 от разрушающей нас с

грузки уже после 1-10 -2-10 циклов происходит стабилизация деформаций, .и максимальная величп'а прогибов не превышает допускаемых значений. Следовательно, долговечность разработанных панелей по критерию деформативности на заданной временной базе обеспечен!.. • .

Важнейшим эксплуатационным параметром многослойных пане-, лей, отделяющим области их применения, является предел распространения огня, характеризующий участие конструкции в развитии пожара и образовании опасных факторов пожара - тепла, дама, токсичные продуктов горени<*. Результата испытаний показали, что в продолжении всего времени испытаний температура фе-нольных и карбашдных пенопластов не пре"врсила £00°С. При этом коксовзпе утеплителя в трехслойных стеновых панелях в'контроль-, но" зоне по распространялось более 400 мм, , а в кровельных моно-панел^ - 200 мы. Особого. внимания заслуживает характер изменения температуры набега пенопластовых утеплителей: в отличие от яолкизоцианурат'чго пенопласта, для которого наблюдался ин-тенс;~ишй подъем температуры на 11-й ..¿шуте испытания, свидетельствующий с резк- ! возрастании скорости -"ермическог^ разложения материала, фенольгах г: карбамидах газонаполн-нных пластмасс отмечалось незначительное возрастание температуры.

. Так.^; образом, сбцее поведение многослойны-" панелей на основе эт:гл. пеноматериа.из в процессе огневых испытаний, их незначительная двмооЬрагутейя способность, отсутствие открытого пламенного горения, характер и глубина повреждения утеплителя позволяют сооеи?г-?нпо отнести га к конструкциям с пониженной

пожарной опасностью.

■Шестая Глава посвящена экспериментальным исследованиям процесса формования слоистых панелей, разработке научных.основ заливочной технологии и созданию промышленного' оборудования.

Изготовление лногослойных конструкций с применением заливочных вспенивающихся композиций является сложным и многсфак-

I

торным процессом, требующим учета комплекса технологических и кинетических параметров реакций пеноооразования и формирования полимерной структуры й их взаимосвязи с особенностями конкретного. способа производства.

В мировой.практике .существуют два способа производства слоистых панелей - стендовый и непрерывный, выбор которых определяется конструктивным! особенностями изделия и мощностью предприятия. При.стендовой техколотя возможны три варианта подачи заливочной вспенивающейся композиции!

- в открытую форму, когда композиция подается равномерно по всей площади нижней обшивки панели;

- в закрытую форму через технологические отверстия, расположенные по длинным сторонам бортовой оснастки;

• - в закрытую фор,1у через технологические отверстия, расположенные в торцевых элементах бортовой оснастки с помощью шлангов, которне вводятся с обоих торцов фори-д на всю длину панели.

а

Понятно, что при заливке композиции в открытую форму гораздо проще обеспечить равномерное распределение вспенивающейся массы по плоскости обшивки панели, чем чри подаче композиции в закрытую форлу через технологические отверстия, особенно в случае . изготовления крупногабаритных конструкций д^инг,' ' : ;; *,г>-лее. Эксперимен"алг>нй было установлено, а зрл&м подгаорздри.; 1

теоретически, что, например, для качественного заполнения фе-нолышм пенопластом лолости панелей длиной 7,2 м в бортоснаст-ке должно быть предусмотрено как минимум 4 технологических отверстия. При этом обеспечивается существенное снижение перепаду плотности утеплителя по полю панели до величины, не превышающей 50 кг/м3. Следует заметить, что диапазон изменения данного показателя при заливке в 2 технологических отверстия намного шире: от 40 кг/м3 до 250 кг/м3.

. Непрерывная технология изготовления многослойных конструкций требует весьма строгого взаимного учета совокупности кинетических характеристик-заливочной композиции, применяемых адге-знвов 1'. параметров оборудования с целью обеспечения необходимого качества изделия-при заданной скорости процесса производства панелей. Несмотря на эффективный способ подачи полимерной композиции (сверху в открытую форму), позволяющий, как отмечалось выше, наносить реакционную смесь гораздо более равномерно, чем в зчкритую форму по стендовой технологии, тем не менее при непрерывном процессе возникают свои проблемы, связанные с распределением вспенивающейся массы по ширине обшивок, применяемых в мояопьяелях, как ьрзвило, с очечь глубоким гофром, более 60 мм. При этом необходимо учитывать два момента: во-первых, обеспечить максимальную укрывистость полимерной композицией собственно поверхности профилированной обшивки и, бо-вторых, свести к минимуму влияние сложной геометрии профилированной обшивки на характер распределения плотности, а следовательно, получаемую структуру и мехаличоокка характеристики пенопласта.

Решений ¡¡¿|шой проблемы сводится к взаимному соответствию .нчъеми залипемой композиции с у*«>том параметров ее текучести, ноДИНШН! ШрШШ ОБШИВОК П ОКОрОГТИ их движения. При одной II той

же производительности смесительной головки количество выливаемой смеси на единицу площади обшивки будет зависеть от скорости осциллировэнш заливочг,ого устройства. В случае использования обшивок с особо глубоким и сложным профилем необходимо применять специальные перфорированные или щелевые насадки, обеспечивающие дифференцированную заливку композицкч, при которой требуемые количества смеси подаются на соответствующие участки профиля.

"В связи с изложенным для решения проблемы управления процессом распределения заливочной композиции' по объему изделия била разработана имитационная модель движения вспенивающихся полимеров в замкнутом пространстве, основанная на общих положениях технической гидромеханики, представлениях о кинетике ценообразования и результатах натурного и вычислительного эксперт,тента.

•При периодическом способе производства крупногабаритных многослойных конструкций, осуществляемом заливочной машиной со специальными насадкам (инжекторами), требуемое условие порционной подачи и равномерного заполнения полости изделия полимерной композицией можно сформулировать как задачу распределения заливаемого, объема вспенивающейся композиции между отверстиями перфорированного инъектора. При этом в общем случае можно выделить че-тире последовательных стадии. Стадия I - неустановившееся напорное движение композиции до момента достижения конца пнхекторп. Стадия 2 - установившееся напорное движение когяпозиции до момента окончания ее подачи заливочной маянной. Стадия 3 - пстечшпе композмдчи из отверстий инъектора при переменном напоре до мс~ мента окончания периода индукции. Стадия 4 - истечение композиции из отверстий инъектора в процессе вспепт*ла.ггя п (Г)~!чтпрг чинил пепострз'ктучи.

- 40 -

В качестве интегральной характеристики при истечении композиции чгоез отверстие в стеысе принимаем расход:

с^-ыл/г^н1, (ю)

где р - коэффициент расхода отверстия; £Л>- площадь отверстия (при одинаковых отверстиях, расположенных в поперечном ссчении инъектора, (Ос учитывает площадь всех отверстий); $ - ускорение свободного падения; Н - пьезометрическая высота, отвечающая избыточному давлению в точке (нап^р).

С учетом результатов экспериментальных исследований кинетики ценообразования напор (Н1 ), возникающий при вспенивании композиции у ¡.-того отверстия инъектора, определяется из выражения :

= .. (и)

где А - эмпирический коэффициент, учитывающий реакционную спо-' собность К0МПО31ЩИИ, который подбирается» для конкретной композиции с помощью вычислительного эксперимента, таким-образ ом, чтобы расчетная продолжительность четвертой стадии с заданной точностью совпадала с опытной; Сс т Сц - расстояние, от нижнего заглушённого конца инъектора по его оси до I -то^о отверстия и свободной поверхности композиции перед вспениванием соответственно;

К - кратность вспенивания композиции в-иньекторе; ¿и- внутренний диаметр ннъектс^.

П?раметры г.ньсктсра непосредственно связаны с характеристика:.!:! заливочной композиции (вязкостью,^ ), начальной скоростью двпкекия (Уо) п напором (Н0). Еняснилось, что увеличивать длину перфорированного участка инъектора ($) в каждом конкретном случае могло лишь до вполне определенной величины, т.е. существует критическое отношение (РМц)кр, при котором не удается подать

и

гг-мпозикнп после,тлег.г/ отверстию, поскольку нгтоп Н0 в смеси-

' - 41 -

■ тельной головке заливочной машины ограничен. Зная фиг: псу процесса, не сложно предсказать, что чем вше вязкость и скорость, тем меньше (£/Аи)кр, и наоборот, повышение напора приводит к увеличению этого отношения. В результате была поручена аппроксимирующая формула:

(ыи )кр = 34 - 35й + 508 - (12)

I . уго + о,2

Влияние наАора Но можно учесть г виде са,сожителя С(Н0; к (формуле (12). В;свою очередь величина напева зависит от значения вязкости композиции. С учетом взаимодействия между Н0 и Ь- сомно-

. . .1 V ■ '

житель имеет вид:•

г С(НЬА) = I + (I - _ 1,209) (13)

. 50 )/ + 2 ■■

Перемножив (12) и (13), получим формулу, учитывающую вгэ три

■ фактора:

(ЕМ» )кр =(34-35508-^21^2)Ь(1- -120Г)] (14)

Ц/е+0,2 1 50 ^ +2 J

Долуче)фое выражение достаточно точно описывает все данные,' по которым:оно построено. Наибольшая величина откло-еиия не превышала Ъ%.

. У.ловие равномерного распределения вспенивающейся композиции при непрерывном способе производства может быть реализовано, как отмечалось выше, прл заливке котхозжг'и с помощью осциллирующей смесительной золовки и устройства с дифференцированной подачей композиции. В первом случае производительность ( 0. ) заливочного устройства определяется из соотношения:

(к)

где ]Г - скорость движения нг-шей г 1шивки панели, 1!а ксторуг наносится композиция; 51 - площад: поперечного сечения па^.ег"

по пенопласту; JD и Jf. - плотности композиции и пенопласта соответственно.

Эффективное вопенивание и качественное формирование утеплителя обеспечиваются при условии равномерного распределения нанесенной композиции с расчетной толщиной (h*>) f превышающей критическую толщину, которая в свою очередь•зависит от химической природа полимерной'смеси, температуры и условий окружающей среди . . i

где ^ - ширина панели.

При постоянной скорости движения смесительной головки (тГг ), шлеи .ей ода о выходное отверстие, композиция .будет накоситься на поверхность обшивки в виде периодической функции треугольной '¡о, ли, длина волны которой равна:

' _Д = гг/|гГ, (17)

где Нг - число .двойных ходов смесительной головки. , jl'i.wa развертки волнообразной полосы композиции определяется ив 1'|..ракения: _

Х-Угг^Т^пГ"1 , (18)

где а г - алшптудя колебаний смесительной головки,

Тогда погонная масса полоса выпускаемой коглпозиции равна: Ш--Ц/& . (19)

После мини: изации суммарной энергии системы, вклгс*таздей о-ьорхпо.п'нув знанию на границе трех фаз:. жидкость (полимерная композиция) - твердое тело (металлическая J0ui:mm) - газ и потенциальную энергию, j штываюр"то силу тятаст-и-полосы композиции | .циничной длины, получаем выражение ^пя определения швошш свободного расюкания полосы ко:"чозлции:

b = , (20)

где (J -.ускорение свободного панедия; 1„б - коэффициент поверхностного натяжения на гряшще жидкость-газ; 0 - краевой угол

V. г

смачивания жидкостью поверхности обшивки.

При этом предполагается, что толщина слоя композиции постоянна по всей ширине В и равна:

к = т/ре, (21)

Отсюда равномерное нанесение композиции на обшивку обеспечивается при соблюдении следутшдех условий: &г<6п и В>3> Л/2 .

• При использовании профилированной обшивки с большой высотой гофра > 70 мм целесообразна конструкция заливочного устройства с выпускным элементом в виде перфорированного трубчатого инъск-тора, позволшощего наносить композицию отдельно на верхние и нижние полки профйля обшивЫ в соответствии с контуром поперечного сечения панели. Из (20) и (21) устанавливается выражение для определения толщины слоя композиции, которая может сформироваться на верхней полке прочим:

■ li=Y^(i-cos#g (22)

Если толщина слоя композиции, найденная из этого выражения, меньше рассчитан! эй по (16), то композиция будет стекать с верхних полок профиля на -нижние и покрывать всю поверхность обшиггч.

Для периодических профилей было, построена аппроксимирующая «

формула, позволяющая определять максимально возможные (критические) диаметры отверстий инъектора (cil) в зависимости от наиболее существенных технологических факторов:

- (i.sa-o.swk'Xi-Oto 3Х0'62 + (23)

где I - порядковый номер отверстия инъектора по ходу дви-ения композиции ( 1 = 1, ...,11).

В данной главе приведены также результаты аналипа каггрят«"-

' - 44 -

но го состояния пенопласта, вызванного его технологической усадкой и изумлением температуры ^ процессе формования слоистой панели, что в совокупности с выше'изложенными результатами создало цельное представление о взаимосвязи различных технологических Факторов с потребительски® свойствами конечной про,пукцик.

Проведенные экспериментальные и теоретические исследования позволили разработать нормативно-техническую документацию по технологии изготовления мнопсло&гх панелей, создать и изготовить высокопроизводительное технологическое оборудованге, в том числе автоматизированные конвейерные линии, конструктивные особенности которых подробно рассмотрены в диссертации,и приступить к промышленному освоению новых видов огра-дающих конструкций.

В седьмой главе - приведены результаты экспе-римытоьного проектирования и строительства объектов с ограждающими конструкциями из разработанных панелей, включая их техни-ко-зконгшческую оценку. В условиях,максимально приближенных к реальным -'словиям эксплуатации, впервые с использованием натур- . .. ного фрагмента здания проведены исследования напря".;енно-деформи- • рсванного состояш> с-"шовых панелей в системе ограждений. Уста-' пев-'.е«, что при максимальном температурном перепаде, составившем ГО°С, прогибы трехслойных панелей не превышали 1/300 пролета. .При воздейотвл;' перового птдора прогибы увеличили ь на ТО?'.

С'вместное г» здг.йствпе темпеп:г..'урнот,о перепада и ветрового напора приводит к воз^истслию нап£.:;:сенкй в обшивках панелей в среднем „а 30%, причег,; наименьшая величина напряжений отмечена для разроботашшх кот гр^тивных решений панелей,что свидетель-С-вует с работе э..пс : чютруздпй как целостной слоистой системы ограждения следовательно, характеризует их повышенную надеж-

пост!- и до.'ь'огс'т.ост!..

Развктие прогибов ограждающих конструкций под воздействием эксплуатационных факторов сопровождается возникновением деформаций негшанальных стцков, оказывающих существенное влияние на их воздухопроницаемость и в конечном итоге на теплотехнические свойства о гроздегеш в целом. Испытания стыков различной конструкция показали, что после 25 циклов температурных воздействий с етяишгудой 115°С наименьший прирост воздухопроницаемости наблюдался дог (|>граддений из панелей с новым типом стыковых соэдннэ-най "двойнбй шпунт". Теплотехнические исследования подтвердили данный результат, .при этом выявленное повышение термического сопротивления разработанных элементов ограждения связано яе только с конструктивными особенностями стыкового соединения панелей, по также.с плотностью утеплителя, характером макроструктуры и целостностью'слоистой систем;. Б самом деле, наибольшая величина сопротивления теплопередаче получена для панелей с новыми типами фенольных пенопластов, отличающихся бате с регулярным ячеистым

строением, повышенными физико-механическими и адгезионными свой-1

ствзми по сравнению с утеплителем из СИ1-1, применяемым в серий-шх панелях.

Натурные обследования эксплуатируемых объектов показали, чти з осенне-зимние периода внутренняя температура воздуха, например, в торговом зале универсама составила 12-13°С, а в служебных помещениях - 15-16°С. Температурный рельеф на внутренних поверхностях слоистых конструкций, по данным теплозизионкой съемки, имел достаточно равномерный характер по ширине панелей, что свидетельствовало сб однородности теплотехнических свойств ограждения, обеспечивавших комфортные условга эксплуатации. В палсм твягтз-й-

туряо-влакностный режим в эксплуатируемых зданиях и теплотехническое состояние ограждающих конструкций соответствовали требованиям СНиП П-3-79хх.

. Применение разработанных панелей только в московском строительстве создает значительный экономический эффект - более 4 млн. руб. при планируемом объеме выпуска слоистых конструкций 275 тыс.м2.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЩЬТАТЫ

1. Решена проблема создания научных и практических основ для проектирования многослойных данелей пониженной цожаряой опасности и расширения областей их применения на промышленные и гражданские здания Ша степени огнестойкости, а также развития индустрии легких ограждающих конструкций о заливочными пеяоплас-тши.

2. Выявлены кинетические особенности вспенивания и отверждения фенольных и карбамидных композиций, и доказана их основополагающая роль в процессах структурирования и распределения полимерной массы в полости изделия, а также формирования адгезионных связей в многослойном элементе. Предложены способы управления этими процессам и соответствующий тип адгезива, химически активного в отношении оамовспеяпва'^щихся реакциояяоспособяых олигомеров кислотного отверздения, что в совокупности позволило создать надежные многослойше системы. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден механизм упрочнения карбамидах олигомеров алкилрезорцинсодержащими соединениями, и на основании этого разработаны рецептуры самовспенивающихся композиций, позволяющие получать конструкционные карбамидные пенопласты с требуемыми физико-механическими свойствами.

- 47 -

3. Установлено, что независимо от химической природы газо-образователей и технологических параметров процессов вспенивания газоструктурные элементы данных пенопластов представлены, как минимум двумя типами ячеек, различающихся по размерам на несколько порядков. Основываясь на этом, уточнен механизм образования бимодальных структур и предложена стохастическая двухуровневая модель, учитывающая статистическую неоднородность таких композиционных систем и наиболее адекватно отражающая взаимосвязь морфологических параметров и макроскопических свойств пенопластов.

Получены обобщенные зависимости прочностных и упругих характеристик при различных видах напряженного состояния феноль-ных и карбемидных пенопластов от их плотности и определены корреляционные уравнения, описывающие эти зависимости. Выявлено влияние нагрузок и температурно-влажностннх факторов на физико-механкческие параметры фенольных и карбамвдяых пенопластов, подтверждающее их устойчивость к эксплуатационным воздействиям, что позволило определить соответствующие коэффициенты условий работа при статических нагрузках для расчетных сопротивлений этих материалов. Экспериментально доказана гораздо более низкая пожароопасность фенольных и карбамидных пенопластов по сравнению с промышленными марками пенополиуретанов.

4. Определены усталостные характеристики фенольных и карба-мидкых пенопластов применительно к условиям эксплуатации многослойных конструкций. Установлены общие закономерности снижения выносливости пенопластов с возрастанием плотности и структурной неоднородности материалов, повышением частоты нагружения и уменьшением коэффициента асимметрии цикла, а также при повышенных.и отрицательных температурах. Разрушение пенопластов происходит результате накопления остаточных деформаций ползучести до утггл-

~ £Л -

ческих ¿еллчия и сопровождается дбразованием трепли в местах с наиболее ослабленными структурны/га элементами с последующим ее распространением на весь образец. На основании экспериментальных данных определены расчетные сопротивления пенопластов с учетом усталости, величина которых превышает аналогичные показатели, но полученные из статических испытаний, в среднем на 30$,' что позволило уточнить расчетные характеристики применительно к 4 ..¡йствитсльной работе газонаполненных полимеров в слоистых ограждающих конструкциях и соответственно снизить удельный расход этих материалов при производстве панелей.

5. На основании обобщения опита пргмененжя и строительстве трехслойных панелей с феполышм пенопластом ФИ1-1, а такие с;:с-

ч

темного анализа физико-механических и технологических свойств фенолькых и карбамидных пенополимеров сформулированы основные требования к конструкции многослойных панелей с применением дав-1шх материалов, которые обеспечивают достижение -заданны:?, эксплуатационных свойств слоистых ограждений. С учетом этого разрабо--. таны новые конструктивные решения многослойных стеногих панелейс по&волявдие получить благодаря особой геометрии несуизяс элемект-ов высокие теплозащитные свойства и эксплуатационную надекность логких ограблений при индустриальном способе их производства и монтажа. Предложена яятанернад методика расчета трехслойных ме-таллопенопластоЕых панелей с продольными несущими ребрами кз низкомодульных полимерных материалов п заполнителями пз кзетапх пенопластов.

6 Проведена комплексная оценка эксплуатационных свойств многослойных панелей и ограждений на их основе, которая позволила представить совокупность экспериментальных доказательств высокой надежности разработанных конструкций. Б частности, уотано-

' - 49 -

влево, что отношение предела выносливости к пределу прочности

новырс типов панелей: на 60-805? Еыше, чем дня серийно выпускаемых

. конструкций. Выявлено напряженно-деформированное состояние пане-ч ,

лей в стеновых ограждениях при циклических температурных воздействиях и перепаде Давления воздуха, и установлено повышение на 3 порядка долговечности по критерию воздухопроницаемости предложенных конструкций стыков типа "двойной шпунт" по сравнению с традиционными•типами стыков стеновых панелей.

7. Разработана научно-обоснованная технология непрерывного и высокомеханизированного поточного производства многбслэйных конструкций с залквочными пенопластами пониженной горючести. Предложена имитационная модель.этой технологии, связывающая гео-

.метрические характеристики панели, физические, реологические и кинетические параметры пеносистемы, а также параметры оборудова-■ ния.и йозволяицая благодаря этому управлять сложными в гидродинамическом .и физико-химическом аспектах процессами движения и распределения высоковязких вспенивающихся композиций в закрытой полости изделия. Установлена взаимосвязь между напрялсенно-дефор*-мированным состоянием панелей в процессе их изготовления и технологическими факторами, что позволило оценить влияние последних на формирование внутренних.напряжений в композитной системе и прогнозировать надежность многослойных конструкций,

8. Разработало индустриальное технологическое оборудование для промышленного производства многослойных конструкций: автоматизированная непрерывная линия мощностью до I млн.м2 панелей в год с фенольннми пенопластами, а также высокопроизводительные стендовые установки по изготовлению слоистых панелей о применением вспенивающихся полимеров пониженной горючее?:*.. Конот^к-л«*. ные решения основных агрегатов оборудования гыполненч с ут

реологических и кинетических особенностей высоковязких семовспе-шшаицихся композиций ы не имеют аналогов в отечественном машиностроении. Изготовлена головные образцы технологического оборудования, которые переданы в промышленную эксплуатацию на'предприятия Ыинмонтажспецстроя СССР и Ыосстройкомитета.

9. Осуществлены организационно-технические мероприятия по массовому внедрению в строительство слоистых конструкций с фе-нольшш: пенопластшш, включающие:

- создание типовых альбомов рабочих чертежей стековых и кровельных панелей и нормативно-технологической документации для серийного освоения и применений в ППСО "МосыонтахспецстроЙ" и МШн "Легкопструкция" Ишшонтажспецстроя СССР;

- модернизацию заводского производства и выпуск новых типов слоисты^ панелей с феналышми пенопластами;

~ экспериментальное строительство объектов с применением ограждений из разработшшых панелей.

Суммарный т з 1: • о-з к о н омич е с ки ё эффект от внедрения новых с.цмгослой»шх конструкций повышенной огнестойкости в промышленное и гравданскоо ..п-р.-ктельсгво, технологии и оборудования душ MUOGOliOI'O ПрОИЗВОДС COG* ill vi -1ет 16,5 шш. рублей.

Осноышо Н!).40УЫШ1 диос^рпщпи опубликованы в следующих {шочтнд;

I. Гурьев ILL. Слоистый конструкция с фенол ышм иеношшз-Itw и прошшеши-л те'/.тогш: ик производства /7 Строительство uiibuK'fi'B ¡u'i>' :.Y'i.ia. - М., 19№7. - Оер. Строительные материалы а I- .шчр^кциц, адшшл к соорунешщ, - й 4. - 0. 6-9.

li. Рурызи L.H., Чистяков A.M., Копчиков В.В. Влияние ячеио-11 .и г.трукгурн на механически« свойства фенольного ненонласта // 1р, ¡ш~та / 1[ШИ0К им. Кучеренко. - 1983. - Исследования в об-

- 51 -

лаоти совершенствования легких конструкций. - С. 57-61.

3. Гурьев Б.В., Дмитриев А.Н. ПошШаясе оффзктивпости слоистых ограздавдих конструкций с применение:* пластмасс // Пути снижения материалоемкости, энергетических я трудовых затрат в московском строительстве: Тр. МДНТП та. Дзсргинского. - Ü., 1983. - С. 120-129. \

4. .Гурьев В.В., Дмитриев А.Н., Федоров В.Н. Применение ме-таллопенопластовых панелей при строительства торгохах зданий // Хшшцноо с!роительство. - 1984. - й 10. - С. 22-24.

5. Гурьев В.В., Глазунов A.D., Дмитриев А.Н. Особенности расчета трехслойных ребристых стеновых панелей о фэнольнш пенопластом // Внедрение достижений науки в практику московского строительства: Тр.МДНТП им.Дзержинского.М., 1988. - С. 101-110.

6. Гурьев В.В., Валуйских В.П., Шутов O.A., Груздев И.В., Айдаров А.Д. Моделирование структура и поиск рациональных параметров бимодальных пенопластов // Актуальные проблемы оптимизации конструкций. Тез. докладов. - Суздаль-Владимир, 1990. -

- С. 50-51.

7. Гурьев В.В., Глазунов А.Ю., Дмитриев А.Н. Расширение применения легких эффективных конструкций в московском строительстве // Перспективы развития московского "строительства: Тр. ЯДНТП ил. Дзержинского, 1969. - С.I19-123.

8. Гурьев В.В., Бихневич И.Л., Глазунов A.D. Совершенство-ванне конструкций ограздалщтх панелей с утеплителен из феиодо-формальдегидпих пенопластов // Комплектные здания из легких металлических конструкций. Тез. докладов. - ti., 1988. - С. 35-97.

9. Герпжович Б.М., Гурьев В.В. Метода и прибора для япт-

рения давления и кинетики вспенивания пенопластов // Полимерные отроителыше материалы. - М.: ВНИИстройполимер, 1977. - С. 128-134. ..

10. Чистяков A.M., Валгин В.Д., Гурьев В.В., Груздев Н.В. Фенольные пенопласта в слоистых конструкциях // Новые полимерные строительные материалы и изделия: Сб. тр. МИСИ им. Куйбышева. - М., 1987. - С. 15-19.

11. Чистяков A.M., 1урьев В.В., Жилкин С.Ю. Исследования качества и долговечности пенопластов // Промышленность строительных материалов. - М., 1987. - Сер. 6. - № 12. - С. 39-42»

12. Чистяков A.M., Гурьев В.В., Жилкин С.Ь. Определение расчетных сопротивлений пенопластов // Промышленность строительных материалов. М.р 1986. - Сер. 6,- * II. - С. 6-8

13. Чистяков A.M., 1^рьев В.В., Жилкин С.Ю. Расчетные со- ■ противления пенопластов с учетом циклического действия нагруэ-' ки // Н.Т.К. "Строительные композиционные материалы на осрове отходов промышленностей и энергосберегающие технологии". Тезиоы докл. - Липецк, 1986. - С. I4I-I42

14. Чистяксз A.M., Панферов К.В., 1^рьев В.В. Формоста-бялъность пенопластового утеплителя в слоистых панелях // Полимерные материалы в инженерных конструкциях.: Тр. международного симпозиума. - Прага, 1080. - С. 58-64.

15. Чистяков A.L., 1урьев В.В.-, Яковлев И.Н» и др. Особенности непрерывного способа сзготовлеяия слоистых панелей на основе фепольных пенопластов // Ксшиектше здания иа легких металлических конструкцгЛ. Тез. докладов. - М., 1988. - С. .129-131.

1С. Арткшша А.А.» 1^рьев В.В., Ким Т.Н. Технологические особенности процесса формования слоистых панелей // Пластические ыаоск. - 1987. - J& I. - С. 33-35.

17. лрхкшна , Гурьев В.В., КимТ.И, Тешературно-ки-нетические особенности заливочных композиций применительно к изготовлению слоистых.конструкций // Тр. ин-та ЦНГЛСК им.' Куче. реяко. - 1985. - Использование пенопластов в легких конструкциях. - М. -,С. 148-159.

18. Антипина A.A., Гурьев В.В., Ким Т.И., Груздев И.В. Влияние технологии изготовления на плотность фенольного пенопласта в панели // Пластические массы. - 1989. .- Jí 2. - С. 58-59.

I :

19. Артюшина А.А.-,-Ким Т.И,', Хлебной П.Я. , ГурьевВ.В. Осо-т бенности изготовления каркасных панелей с утеплителем из феноло-формадьдегидных. пенопластов стендовым способом // В кн.'Строительные и специальные материалы на основе оргаяоминеральных композиций : МежвузЪвский сб.' тр. - Новочеркасск, 1988. - С. 57-62.

20. Ушков В.А.,-Захарова О.Б., Гурьев В.В. и др. Пожароопасные свойства карбамйдных пенопластов // Пластические массы.-

- 1989. .-Ж 10. - С. 85-88.

21. Жилкин С.Ю., Захарова О.Б., Гурьев В.В., Шертаев Б.Т. Усталостная прочность карбамидоформальдегвдного пенопласта теплоизоляционно-конструкционного назначения // Строительные материалы. - 1989. - & 3. г- С. 27-28. . .

22. Запорожец Т.Ф., Дмитриев А.Н., Гурьев В.В. Оценка сроков службы легких ограждений // Внедрение достижений науки в практику московскогс строительства: Тр. МДНТП им. Дзержинского.

- М., 1988. - С. 123-129. . .

23. Захарова О.Б.,.Гурьев В.8., Смирнов А.Г. Влияние тем-пературяо-влажностных воздействий на эксплуатационные свойства карба:етдо5ор?лальг,егядных пенопластов заливочного inri // тельные материалы. - 7987. - № S. - С. 27-20.

24. Захарова О.Б., Гурьев В.В., Шертаев Б.Т. Федосеев Г.П. КарбамидоформальДегидные пенопласты физического вспенивания с применением фторсодержащих алифатических утлеводородов // В кн.: Строительные и специальные материалы на основе органо-минераль-ных композиций: Межвузовский сб.тр. - Новочеркасск, 1988. -

С; 53-56.

25. Иртуганова С.К., Васина Н.П., Бихневич И.Л., Глазунов А.Ю., Гурьев В.В. Исследование эксплуатационных характеристик ограждения из трехслойных металлических панелей'// Промышленность строительных материалов. - М. ,'1987. - Сер, 6. - С. 7-II.

26. Жилкин С.Ю,, Чистяков A.M..Гурьев В.В. Зависимость усталостной прочности пенопластов от температуры //- Прошшлен-ность строительных материалов. - Сер. 6. - М., 1988. - № 10. -С. 5-7. '

27. Жилкин С.Ю.,1Урьев В.Ь., Чистяков A.M. Усталрстная прочность пенопластов при действии циклической нагрузки // Тр. iui-та ШСИ им. Куйбышева. - 1987. - Новые полимерные строитель- . ше материалы и изделия. - С. 26-30.

28. Копчиков В.Р., Гурьев В.Б. Упругие и прочностные свойства пенопласта с лекрквлешшмк ячейками // Механика композиционных материалов. - '033. - JS I. ~ С. 3-6.

29. Рекомендации по тох-олокш изготовления слоистых ограждающих конструкций с применением вспененных пластмасс. - М.: ЦШЖЖ им. В.А.Кучерен/о, 1984. - 105 е.,

30. Рекомендации по проектированию слоистых огравдащих конструкций из металлических панелей с заливочными фечолофор-мальдегидньлш пеноплаотэлш для гражданских и промышленных зда-нш: в i'. Москве / МНИИТЭЯ, ЦНИИСК ш,и В.Л.Кучеренко. - М.: М1ШТЭН, 1987. -Т)с.

-5531. Чистяков A.M., Гурьев В.В., Глазунов А.Ю. Пространственные ограждающие консгрукпии зданий на основе профилированных

Чл

листов и трудносгораемых пенопластов // Международный конгресс. Теория и экспериментальные исследования пространственных конструкций. Применение оболочек в инженерных сооружениях: Доклад. -М., 1985. - Т. 2 - С. 297-307.

32. Hikitin V.l., Gurjov V.Y. Entwicklung eines mathematischen Modells für das Glessen schäumbarer Polymere bei dcsr Herstellung von Sandwioh&onstrufctlonen < Plaste und Kaut schul:. Bd. 36(1989) Hr. S. 308/11.

33». Zaoharova O.B., Gurjev V.V., Krawzowa G.V. Einfluss von alkylresorcinhaltigen Verbindungen auf die Eigenschaften von Harnstoff-Formaldehyd-Schaumstoffen : Plaste und Kautschuk. Bd. 36(1989) Nr. 12, S. 447/50.

34. Guryev V.V. "Combined" Foam Plastics Based on Urethane-Phenolic Oligomers (XPHs) » Manufacturing Techniques and Properties // Advances in Interpretating Polyaer Networks - 1990. -vol 2. - p. 239-280.

Кроме того в процессе работы над диссертацией получены 12 авторских свидетельств на изобретения и 5 положительных ре- " аений ВНИИГПЭ на поданные заявки Я 4427443/33, Л 4795313/05, * 4829343/25, П 4786077/29, .4 4806941/33.