автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Слоистые ограждающие конструкции с применением базальтоволокнистых композиционных материалов и технология их производства

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧ1Ю -ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ, ПРОЕКТНЫЙ Ь И КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНЭЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ЛЕГКИХ

МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

На правах рукописи

УВАРОВ Александр Сергеевич

СЛОИСТЫЕ ОГРАЖДАЮЩИЕ КОНСТРУКЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ БАЗАЛЬТОВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЯ ИХ ПРОИЗВОДСТВА

05.23.01 - Строительные конструкции 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в ЩШШроектлегконструкции и МГП "Иоссяецарошроект"

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Чистяков АЛ>1.

доктор технических наук, профессор Патуроев В.В.

кандидат технических наук, доцент Расе Ф.В.

Ведущая организация:

Зашита диссертации состоится

/7°°

Государственный Иаучно-исследо-иатольокий центр "Строительство"

сЛ^я/^-тс^ 1995 г. часов на заседании специализированного Совета КЮ0.01.( в Центральном научно-исследовательском, проектном п конструктор-скп-технологическэм институте легких металлических конструкций по адресу: Москва, ул.Красная Пресня, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разоолан " " Ф^С/к^ 1995 г. за $

Учений секретарь ^^^—— специализированного Совет^ Матюнина И.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРНО ТИКА РЛШТН

Одной из важнейших задач капитального огроитольстгш япляот-ся повышение уропня индустриализации строительного производства, базирующегося на использовании нотис технологий и эффективных материалов. Требованиям индустриализации наиболое полно отвечает метод строительства зданий из легких моталличоских конструкций (ЛМК). В настоящоо вроуя в качоотпо огрпкдаилих конструкций зданий из ЛМК нашли широкое применение слоистые ограждающие паноли, средний слой которых выполняется как из пенопластоп, так и из утеплителей на оонопо минеральных полоном.

Наиболее эйфэктивними ограждавшими конструкциями яплпптсп бескаркпоныо трехслойние панели, п которых утеплитель служит не только впполнптелем между обгаишспми, п и конструкционным материалом, работающим совместно о обшивками. При зтом к сродному слою таких ограждающих конструкций предъявляются нопипюшшо требования по их механическим характеристикам.

Подавляющее большинство утоплителей, обладпя целим рядом цошшх свойств, имоот в своем оэстапе горючие компонент, по позволяющие создать ограждающие конструкции лопшпенной опшотой-кости, что значительно сокращает возможности строительства зданий из Л1Ж.

С другой стороны наличие в составе утеплителей различна полимерних опяэугхцих создает определенные трудности в части выделения в родин х. веществ как при производство, так и при пксплуп-тании утоплитолой.

Отсюда следует, что перспективными о точки зрения отвот^й-кооти и экологической безопасности являются утонлитоли, оспопгш-шю на использовании минеральных. волокон и минеральных связушнх.

прбг/ш - создать и наследовать конструкционный экологически чистиН негорючий утеплитель п эидо кеотких плит с применением одного из нпмбэлоо эффсктиышк минеральных волокон - базальтового волокна. В свою очеродь меткие плити использовать в качестве среднего слоя трехслойных ограждающих панелей, обеспечивая повышенные топлоизолицпошше и экологически« свойства, а тик-же высокую огнестойкость, что позволит использовать такие конструкции в строительстве из Л1\Д, расширив диапазон их применения, и разработать технологию изготовления у тс пли то ля н пшюлэй.

нрдаз.нр орботи заключается в том, что теоретически и экспериментально доказана возможность использования утеплителя ни основе минеральных волокон в качестве среднего олоя бескаркасных ограедшоишх конструкций. В отличив от существующих решений впервые показано и обосновано использование базальто-волокниотого утеплителя из неориентированных штапельных супертонких базальтовых волокон низкого качества с большим количеством неволокнистых включений, отрицательное воздействие которых нейтрализуется рядом технологических приемов. При этом прочность сродного слоя достигается за счет использования многочисленных диокротних связей между волокнами, образующих пространственную вязко-упругую систему с повышенными по сравнению с минераловат-шми изделиями прочностнимм характеристиками, получаошш за счот вакуумного формования из водной пульпы и прессования.

Обоснована возможность создания базальтоволокнистого утеплителя, пригодного длл использования в качестве среднего слоя бескаркасных ограждающих конструкций, на основе минеральных связующих, что обоопочиваат экологическую безопасность получаемых изделий. Кроме того экспериментально доказана возмок-

- а -

ность создания о использованием разработанного утеплителя ограждающих конструкций повышенной ОГНРСТОНКОСТИ.

ЦрздодчоскаА /ющюст^ даботч заключается в том, что предложена рецептура ряды базальтоволокшстих утеплителей и определены их свойства. Разработана и комплексно исследована конструкция стеновой панели о использованием базальтоиолокнистого утеплителя.

Предложена и обоснована технология производственного комплекса по изготовлению волокна, утеплитолл и панелой.

Пропедон технико-оконошческий анализ, подтварвдающлй эффективность организации производства волокна, утеплителя и панелей о учетом размещения производства в НПО "Утес".

Рдодрерра розудьтарр- Предложенная в данной работо технология производства волокна, утеплителя и панелей, а также конструкция панелей внедряются на Дмитровском заводо топлоиерлитннх изделий, в НПО "Прогреос" (г.Кемерово) и АО "Багрен" (г.Комеро-во), а также в НПО "Утес" (г.Москва).

ДВРРЗМЩЯ.работа. Основные положения работи докладывались на ПТС ПТО "Мосспецпромпроект" в 1994 г. и на сешрш ученого оо-вота института "ЩШлрооктлогкоиструктш" н 1995 г.

Дубдцшшя. Ооновные результаты диссертационной работы опубликованы в статье и материалах к двум патонтам Российской Фодерации.

Структура, )\ объо,У1 ра&>тц. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка литературы из 99 наименований. Материалы изложены на 118 страницах машинописного текста, вклв-чающего 28 таблиц, 34 рисунка и фотографии, и 2 приложения.

р,М)иг)ортц.а результаты разработки и исследований ба-аальтоволокнистого утеплителя и трехслойной панели, технология производства утеплители и панелей, а также технико-экономический анализ эффективности организации производства волокна, утеплителя и панелей,

СОДйтШИ 1'АШ'Ш

■Цалшилш обоснована актуаленость томи диссертации и дана общая характеристика работы.

11диШШ_£ДШй содержит крапшИ обаир опита разработки и прими ни шш слоистых огриадаящих конструкций с утеплитолом ни основа минеральных волокон, возможностей и перспектив улучшения свойств таких утеплителей и конструкций, а также обзор базальтоволокнис-тых материалов и нироноктив использования в слоистых огуа «сдающих конструкциях.

Опит разработки слоистых панелей показывает, что их технические дишшо определяются, главным образом, свойствами ороднего слоя - утеплители. Исследования свойств различных видов утеплителей, выполиишше Андриановым P.A., Ьэбровим к).Л., Джигири-соы Д.Д., Маховой М.Ф., Нан^оровым К.13., 1'оманенковым И.Г. и др. «оказали, что определяющими свойствами утеплителей являются их механическая прочность при кратковременных и длитолышх нагрузках, стойкость к химическим, водомлажностным и температурным воздействиям.

Исследования свойств слэистих конструкций, проводишшо Гликшшм C.U., Губенко А.Б., Дехтяуом А.Ш., Ермоловым С.Б., Зигерн-Корном D.H., Муравьевым U.A., ТюзнеаоЙ O.L., Шоболо-внм il.i.l. определили требования, продъяплнемые к среднему слою слоистой панели.

О первой главе показано, что из всего многообразия выпускай-

мых в нашей стране утеплителей не представляется возможным выделить утеплитель, который отвечал бы веем предъявляемым требованиям.

Утеплители как на органической, так и на минеральной основе в настоящее вромя относятся в лучшем олучае к трудноогораемым материалам, в панели на их основе имеот наиболее высокую отепень огнестойкости - Ша по СНиП 2.01.02-85. Данное обстоятельство по действующим в стране нормам на проектирование зданий резко ограничивает диапазон применения зданий из ЛМК, в частности, но позволяет возводить здания из ШЛК многоэтажной компоновки.

Использование в качестве связующих материалов различите высокоэффективных, но далеко не безупречных с точки зрения экологии веществ, к которым можно отнести фенолоспирты, карбшидофор-мальдегидные смола и многое другое, с помощью которых в настоящее время изготавливаются утеплители повышенной жесткости, по ряду причин создают существенные трудности как в производстве, так и в эксплуатации.

Из извостшх минеральных волокон в результате анализа было выбрано базальтовое волокно. Большое число публикаций Боброва Ю.Л., Вагановой Р.В., Джигириса Д.Д. и да. отмечает высокие механические свойства этих волокон, а такие стойкость в воде, кислотных и щелочных средах. Производство качественного базальтового волокна освоено и постоянно совершенствуется в различных районах Госсии и базируется на богатейших месторождениях Урача, Карелин, Сибири, Алтая, Дальнего Востока, Украины, Киргизии и многих других. Из этого волокна изготавливаются бумагоподобные моториалы, картоны, рулонная теплоизоляция, плиты различной жесткости, звукопоглощающие и фильтрующие материалы. Ряд известных зарубеядах фирм использует базальтовые породы для изготовления волокнистых материалов и изделий» К ним относятся, например,

- 6 -

"Юнгорс" (Швеция) и "Партек "(Финляндия).

Постоянно совершенствуется технология получения качественных базальтоаолокииотых. материалов, и имеются серьезные предпосылки к снижению затрат в нроизподстве волокна, что создаст возможности использовать эти ироиисни и строительной индустрии.

Имеоюн тцкжо и опыт получения экологически чистых базальто--ьолокнистих материалов на минеральных связующих - бентонитовой глина ила кидком стекле. Однако оти процессы дороги, энергоемки или позволяют получить изделия со значительной плотностью.

Выполненной обзор показывает, что при разработке новых видов утеплителей следует стр'емлться к соэдашш экологически чистых и негорючих утеплителей, используя стойкие к воздействиям минеральные волокна и ькологически чистин минеральные связующие, а также к достижению повышенных прочностных характеристик утеплителя. С целью достижения повышенной механической прочности утеплителя целесообразно использовать волокна основных пород, в т.ч. базальта. При разработке слоистых конструкций необходимо доотикенив-повышенной огнестойкости: при этом следует избегать использования каркасных элементов, искажающих температурное поле ограждения.

На основе проведенного обзора определены задачи диссертационной работы:

- разработать и провести исследования новых композиций базе товолокнистого утеплителя как среднего слоя ограждащей панели;

- разработать и исследовать конструкцию панели с использованием полученного базальтоволокнистого утеплителя;

- разработать комплекс технологических процессов по изгото! лоншо > одокиа, утеплителя и панелей, а такхю теоретически обосновать возможность. создания и освоения этих производств и при-

вязке к конкретным условиям размощокяя ЯП ОДНОМ ИЗ ЙШ10Д0П, организующих указанные производства.

Ртоиач г лав а содержит материалы по результатом разработки и исследования багвлътопотккистогп утоилитолн, ттуолнтинппшюго для использования в качество «доимого слоя ш'рикдаюгдой конструкции .

Провелони исследования структур«, который начаты о теоретического представления и доработки известной структурной модели пористополокиистой системы Ю.Л„Г>оброва, затем била изучена мик-роогеуктуоа бапяяьгополомтогого утаилитолп с помощью тохнини . микрофотографирования, в результате чего - пролетовлонная модель пористополокиистой системы получила подтверждение.

1 Для изготовления образно» угоплитоля с самого начала необходимо било решить вопрос о применении того или иного видя полокна, п такте способа ого производства, что связано, главным образом, с затратами производства и величиной нопалокиистих включений. Исслодсвелись различаю виды волокон, характеризующиеся у мерно одинаковым диаметром и различной величиной неволокнистых включений. В результата было опуоделоно влияние величины нопо-локнистых включений на один из опредолляядих показателей - плотность базальтоволокпиотого утоплителя.

При исследовании плотности утеплителя был оиродолен некоторый разброс плотпостой в зависимости от высоты в плите, что объясняется, главным образом, неравномерным распределенном ново-лзкнистых включений по толщине плиты утеилителя, увеличивающимся к основанию плитн.

В результате изучения различных видов минеральных связуюгдех бил выбран известный и наиболее эффективный с точки зрения тох-нологичности и экологической чистоты пприинт минерального связу-щого, оснзв-згшчЛ на использовании сернокислого адалпга (без-

- е -

вредного вещества, употребляемого в подготовка питьевой води) и аммиачной води в неаначителпшх количествах и слабой концентрации, которые преобразуются о безвредные и достаточно стойкие овязую-щие вещоотва в результате взаимодействия.

Выбор волокна производился с учетом комплекса свойств и себестоимости ого производства. Но большинству показателей оптимальным бил определен вариант использования супертонкого базальтового волокна,полученного по "беоплатшювой" бесфилъерной технологии методом вертикального раздува воздухом.Это волокно характеризуется оледушциыи показателями: средний диимотр - 2 ыкм.длина -1*6 мм, плотность - 50 кг/м3, количество новолокииотых включений - 20$. Себестоимость волокна примерно в 5 раз ниже "фильерного".

С выбранными волокном и связующими материалами проведены испытания о целью изучения влияния количества связующего на проч-•1ЮСТ1Ш6 характеристики утеплителя. Испытания показали,что о увеличением связующего в пределах от б до 15$ примерно на 25$ увеличивается прочность. Однако при увеличении количества связующего свыше 11$ повышается вязкость раствора и снижается возможность при веданном соотношении воды, связующего и волокна в пульпе отделять воду,т.е. снижается фильтруемость и повышается технологическое врем формования плит.

В данной работе были проведены испытания различных рецептур изготовления утеплителя о различными сочетаниями волокна и наполнителей, как негорючих - перлит, вермикулит, так и горючих -древесные опилки (см.табл.1). Исоытывались также различию сочетания тонких и супертонких волокон с рядом других минеральных связующих. Было установлоно, что оптимальным является выбранное связующее в сочетании с оупертопким базальтовым волокном. Прочность на сжач.то различных композиций утеплителя для различных

Таблица I

Рецептуры исходных компонентов для получения плитных теплоизоляционных материалов

й рецептур н

.IX

Базальтовое супор-тошсое волокно

Связка Кидкоо (сухой стекло остаток)

верш- пер- опил-куллт лит ки

дре-вес!ше

Плотность,

кг/м3

С I 90 10 - - - - 175

С1-1 85 15 - - - - 181

С1-2 93 7 - - - - 170

С1-3 95 5 - - - - 1С0

С1-4 80 10 - 10 - - 175

С1-5 70 10 - 20 - - 187

С1-6 60 10 - 30 - - 205

С1-7 80 10 - - 10 - 177

С1-8 70 10 - ' - 20 - 180

С1-9 60 10 - 30 - 200

С1-Ю 70 10 - - - 20 173

С1-11 60 10 - - - 30 190

С1-12 50 10 - - - 40 205

С 2 84 10 6 - - - 190

С 2-1 80 10 10 - - 198

С 2-2 75 10 15 - - - 212

С 2-3 70 ю 20 - - - 230

С 2-4 65 10 25 - - - 242

С 2-5 60 10 30 - - - 250

направло1ш11 прилокошш нагрузки, связанная с его плотностью, иллюстрируется рио.1.

- ю -

б^.МПа 0.200.19 0.16 0.14 0.120.10-0.0Й О.Ои 0.0',-0.02-

В плоскости плиши

О-.-. 0

-Г—

150

160

-1— 170

"1— 180

—г~ 190

—I—

200

—1— 220

—I— 233

240

250 У, кг/и1

Рис. I. Зависимость прочности на сжатие плитного утеплителя от плотности и направления приложения нагрузки

1.Г' - для репоптур С1, С1-1. С1-2. С1-3: 2,2' - С1-4; С1-5. С1-6; 3,3' - С1-7, С1-0, СЧ-9; 4,4' - С1-10, СГ-11, С1-12; 5,5' - для различных минераловатных материалов горизонтальпо-слоистоИ структуры к жосткш: плит, получен-шх из гидромассы - ло данным Ю.Л.Боброва; 6.6' - 02, 02-1, С2-2, С2-3, 02—1, С2--5.

В результате спроделоиня прочностных и деформаодошшх характеристик образцов, получешшх по указанным в таблицо I рецептурам, для различных видов нагружеиий установлено, что имеет место неоднородность свойств утеплителя. Так, прочность на сжатие, растяжение V. сдвг^ в плоскости плиты утеплителя примерно в 2 раз превышает аналогичные характеристики при перпендикулярном к плос-

кооти плита направлении приложения нагрузок. Отмечено такжо, что данная анизотропия несколько снижается (до 1255) при более тщательной дезинтеграции волокон перед формованием.

Прослеживается и влиятто плотности материала на величины прочностных и деформационных показателей. Для маториалов без наполнителей отмечается повышение прочности с увеличением плотности, а для материалов с наполнителями характерно снижение прочности и повышение плотнооти о увеличением доли наполнителей.

Проведены комплексные исследования влияния водо-влажностных воздействий на прочность и упругие свойства утеплителя; изучались водопоглощение при полном и частичном погружении в воду, длительное сорбционное увлажнение. Установлено, что в сравнении с контрольными образцами испытываемые образцы практически но изменяют своих свойств. Кроме того, установлено, что вследствии открыто-пористой структуры утеплитель не только легко насыщается влагой, но и отдает ее. Так, при естественной сушке 20°С, 50%) утеплитель отдает набранную влагу в течение нэ более, чем 3-х суток.

Присутствие в разработанном утеплителе только минеральных веществ обеспечило высокие результаты при испытании на горючесть. Установлено, что утеплитель относится к группа негорючих маториалов по СТ СЭВ 302-76.

Таким образом установлено, что полученный утеплитель может быть эффективно применен в качестве конструкционно-теплоизоляционного среднего слоя легких трехслойных навесных панелей наружных стен зданий повышенной огнестойкости в сочетании с обшивками, а в необходимых случаях и дискретными связями, из негорючих или трудносгораемых материалов.

Третья улапа содержит материалы по разработке конструкции панели и комплексному исследованию ее свойств.

- 12 -

В конструкции становой трехслойной панели применен утеплитель, полученный по рецептуре 01. Стеновая панель предназначена для использования в мобильных зданиях системы "Универсал". Панель (рис.2) имеет две оошыш (по^1 и 2) из цементно-стружечпых плит толщиной по Ю мм, утеплитель (поз.З) толщиной Ш мм и торце вне элементы (поз.4 и 5). Соединение слоев панели обеспечивается склеиванием с помощью полявшшлацетатноИ эмульсии (ИВА). На поверхность панели наносится в 2 слоя толщиной 50ч70 мхм долговечное фосфатное покрытие "Фанкор". Установка панели (рис.2) осуществляется на гребень несущего специального профиля каркаса здания одним из палов (поз .6) нижнего торцевого элемента панели. Сверху панель крепится за счет установочных пластин самэнарезаю-щими винтами, которые ввинчиваются во внутреннюю обшивку и верхний торцевой элемент, предназначенный для этих целой.

На рис.2 представлены также варианты исполнения панелей и варианты стыковки: с дополнительным вкладышем из того же базаль-товолокнистого утеплителя и без него. Уплотнение вертикального стыка обеспечивается за счет лабиринтного уплотнения, создаваемого выступами обшивок (поз.7 и 8). Соединение вертикальных оти-ков обшивок осуществляется разделкой швов цементным раствором, армированным базальтовым волокном, или заполнением шва гермети-ком. Предусматривается также использование декоративных нательников. Следует подчеркнуть, что наличие торцевых элементов в отличие от сплошных продольных каркасних профилей ряда известных конструкций панелей не изменяет температурного поля стеш, т.к. торцевые элементы в смонтированном здании находятся не в стена, а в карнизных, его частях.

В цанной работе проведены кратковременные испытания панели на поперечных изгиб, установлен характер разрушения панелей и

8

А ' -£=£ у/ ВариантХ

Устанибка панели Ь каркасе здания "

Рядобой стык панелей ВариантХ

Рис. 2. Панель о йаэальтополокггастьш утеплителем для мобильных адаиий системы 'Универсал". 1,2 - овшиихн; 3 - утешшгеш; 4.5 - установочные торцевые элементы; б - установочный пм; 7,В - кропи обшивок; 9 - саиопарезамтцие винты; 10 - несущие профили металлического каркаса эденндя; Ц - потолок; 12 - угешшгет; 13 поп; 14 - утешштею; 15 - карииэ; 18 - шшлтус; 17 - установочная пластина.

последовательность возникновения отказов элементов панели. Зафиксировано, что при достижении максимально допустимых прогибов для данной конструкции (15,3 мм) каких-либо разрушений элементов панели не происходит, максимально допустимые прогибы достигаются при нагрузках, значительно превышающих (примерно в 2 раза) эксплуатационные .

Длительные испытания панелей были проведены с целью изучения свойств панели, изменяющихся во времени, при постоянном приложении эксплуатационных нагрузок. Были определены изменения прогиба панели и относительного смещения обшивок во времени. Установлено, что процессы изменения этих параметров резко возрастают в течение первых 2-х часов, а затем нарастают незначительно и практически затухают за последующие сутки.

Проведены климатические испытания панели, состоящие из тем-пературно-влажностных циклических испытаний, а также испытаний попеременного замораживания и оттаивания. Установлено, что изменение прогибов панелей в процессе температурно-влажноотных воздействий стабилизируется после 3-го цикла воздействий, а величина прогиба составляет примерно пятую часть от допустимого. При сравнении с контрольными образцами, образцы, прошедшие циклы замораживание-оттаивание, показывают, что в пределах проведенных испытаний (25 циклов) их прочностные показатели не изменяются.

Огневые испытания панелей проводились в соответствии с действующими нормативами - по определению огнестойкости и на распространение огня по стеновому ограждению. Практически идентичное поведение двух образцов при испытаниях говорит о стабильности конструкции панели: предел огнестойкости составляет 19(22) мин., а распространение огня равно нулю. Отсюда следует, что предложенная конструкция панели с базальтоволокнистым утеплителем соответ-

ствует II степени огнестойкости по С1Ш 2.01.02-85 "Противопожарные нормы".

В результате проведенных исследований конструкции пане т. установлено, что предлокенше панели можно использовать в системе ограждоши! пролетом 2,4 м зданий П степени огнестойкости, эксплуатируемых в вотровых районах I и П (СПиП 13.01.01-82) в местностях типов А и В (городская застройка и лесная местность). С увеличением пролета панелей и ветровых нагрузок следует устанавливать дискретные связи между обшивками с тагом 1,0+1,2 метра из несгораемых материалов.

^дт,рр],1Т,а/1 глава содержит исследование технологических процессов изготовления волокна, утеплителя и панелей на его основе, а также технико-экономический анализ эффективности организации указанных производств в привязке к условиям НПО "Утес", где осуществляется внедрение результатов данной работы.

Разработаны охемц технологических процессов, при этом учитывалось, что процесс изготовления волокна является наиболее энергоемким и дорогостоящим во всеИ технологической цепочке, а также существенно олияет на качество волокна, изделий и определяет все последующие решения. Поэтому с целью организации наиболее эффективного и в то же время компактного, не требующего нереальных объемов инвестиций, производства было проведено технико-экономическое сравнение нескольких видов оборудования, производящих, волокно. В результате выявлено, что наиболее эффективным являотся установка ВЫЮ (ПТП "Лава" г.Барнаул), в которой используется индукционный метод получения расплава базальта при частого 1,76 МГц и "босплатиновый" бесфильорный метод получения волокна методом вертикального раздува воздухом. Данный анализ позволил обеспечить рентабельность и возможность организации рпссматрииаошх

производств в целом.

Другим узловым моментом в разработке технологии явился выбор схемы производства плит повышенной жесткости, для чего был проведен сравнительный анализ "сухих" и "мокрых" технологий производства плитных утеплителей как по свойствам изделий, так и по показателям этих производств. В результате установлено, что для опытно-прошшлешюго производства базальтоволокнистых утеплителей в видо плит повышенной кесткости слодует выбрать т.н."мокрый способ", т.е. формование плит путем отя-лма из пульпы с большим содержанием воды.

- Данное решение предопределяло разработку и выбор сушильного оборудования. Процесс суши был разделен на два этапа: конвекционная и СВЧ-суика. В конвекционной сушке удаляется примерно 50$ влети из утоплктоля, при этом принято решение об утилизации отходящего горячего воздуха от установки ВМ-10, что и свою очередь предопределило создание комплексной линии производства утеплителя, содержащей разнородные виды оборудования (рис.3). Известные аналогичные производства но имеют комплексного решения, что не позволяет использовать отходящие газы в качество сушильного агента и в результате повысить технико-экономические показатели.

С целью извлечения наиболее трудноудаляемой глубинной влага из утоплитоля рационально использовать на втором этапе СВЧ-суш-ку. Это решение объясняется том, что в установках СВЧ нагрев объектов сушки производится без участия процессов теплообмена за счзт электромагнитного поля, создаваемого в камере со сверхвысокой частотой 60 мГц, что приводит к непосредственному преобразованию электромагнитной энергии поля в теплоту. При таком способе нагрева мощность СВЬенератора выделяется в виде теплоты во всем ззъеко теркоэбрпбативаемого материала, обеспечивая скоростной нагрев с эффективным направлением градиента температуры. Исполь-

Рис.3. Лк-ая изготовления шшт утеплителя.

I - установи по производству волокна. ]| - комплекс приготовления пуганы г форм---ованшг плит. Ш _ комплекс сутки.

1 — приемный бах первого контура дезгнтеградш волокон; 2 - яякоднтель-деаантегратор; 3 - мерный бак: 4 — ем~ость приготовления растворов евгзующего; 5 - вакуршруемая емкосп; в — пресс; 7 — конвекционная 'пин камера; В - установка СЗЧ—суюж.

- 1С -

зоцаиие СВЧ сушильной установки продиктовано в первую очередь необходимостью получения качественного утеплителя с малой остаточной влажностью, равной 2%%%. СВЧ сушка требует несколько больших затрат на оборудование, но в то же время сникает удельные затраты энергии на единицу выпариваемой влаги по сравнению о другими методами при сравнимом качестве сушки.

Процесс сборки панэлой осуществляется на специальной поточ-но-мехшшэированной линии. Сборка панелей сводится к последовательной установке по упорам сборочного кондуктора всех элементов панели и их фиксированию. Нанесение клеевого слоя производится пород установкой обшивок в кондуктор серийной валковой установкой.

Процесс отверждения клеевого слоя был рассмотрен в двух вариантах: естественная сушка (£ = 20°С, Т = 10 час.) и искусственная (£ = С0°С, Т = 2 час.). Испытанном образцов установлено, что процосо сутки не влияет на свойства клеевого соединения, е разрушение образцов панели при сдвиге происходит и в том и в другом случае по слою утеплителя. Поэтому принято решение использовать пз экономических соображений сушку в естественных условиях.

Анализ эффективности организации эгштпо-промншлонного производства для условий его размещения в 1ШО "У'ГКС" проводился, о учетом освоения всего комплекса в три этана: I - производство волокна, 2 - производство утеплителя, 3 - производство панелей. В результате анализа было установлено, что принятые решения и соответствующие им капитальные затраты позволят организовать вы-огжээ<№зкгк:шзе производство экологически чистых огностойккх панелей с использованием базальтоволокнистого утеплителя для шшщ-ного к промышленного строительства со сроком окупаемости 1,5 года, ОСГОВЫК РЕЗУЛЬТАТЫ И ШТОДЦ I. ИроаоД'Ж очалчз использования млнорельшх волокон в из-готовлогки утс!лл;:толчй и панелей. Установлено, что имеется лот-

ребность в негорючем, экологически чистом и конструкционном утеплителе и бескаркасных панелях на его основа. Предложено использовать утеплитоль, состоящий из базальтового волокна и минерального связующего.

2. Произведен выбор волокон и связующих о учетом технико-око-номических фикторов их производства и применения. В качестве основы изготовления нового утеплителя принято супертонкое базальтовое волокно, получаемое методом индукционного нагрева 'fü'i и вертикального раздува воздухом (т.н. "босплатиновий" метод), а в качество связующих веществ - сернокислый алюминий, который преобразуется

в гидрат алюминия при добавлении водного раствора аммиака, а в процессе сушки и термообработки в окись алюминия.

3. Разработаю/! различные композиции получения базальтово-локшютого утеплителя и проведены комплексные исследования основных композиций. Установлено, что разработанные утеплители на основе супертопких базальтовых волокон имеют соизмеримые с жесткими минераловатными плитами, или несколько большие (на 10*30/0 показатели прочности. Так, при плотности 175 кг/м3 продол прочности на сжатие в плоскости плиты составляет 0,185 Ша, модуль упругооти 13,8 Ша, а перпендикулярно плоскости плита - соответственно 0,07 Mía и 3,5 Mía. Установлено, что утеплители являются стойкими к водовлажноотшм воздействиям, а также относятся к классу негорючих материалов.

Установлено также, что при плотностях до 250 кг/м3 композиции с использованием тошшх волокии не представляются перспективными, т.к. имеют на порядок более низкие показатели точности по сравнению с утеплителями на базе супертонких волокон.

4. Разработана бескаркасная конструкция панели на основе базальтоволошшетого утеплитолн и обишвок из цементно-струкеч-

ной плиты для мобильных зданий системы "Универсал". Проведены испытания данной конструкции при кратковременных и длительных нагрузках. Установлено, что по прочностным характеристикам предложенная конструкция панели мэкот быть использована в I и П ветровых районах в местностях типа А и В по С11иП 2.01.01-65.

5. В результате климатических испытаний установлено, что разработанная конструкция панели обладает достаточной стойкостью к термовлажностним и знакопеременным температурным воздействиям и не снижает эксплуатационных показателей.

С. Но результатам огневых испытаний установлено, что стеновая панель с базальтоволокнистым утеплителем и обшивками из це-ментш-стружечной плиты имеет огнестойкость более 15 мин и предел распространения огня, рашшй нулю см, что соответствует П степени огнестойкости по С11и11 2.01.02-05.

7. Газработана и обоснована технология производственного комплекса по изготовлению волокна, утеплителя и панелей. Использовали экономичные мотоды индукционной плавки базальтовой руды и получения супертошсого волокна раздувом, комбинированной конвекционной и СВЧ-сушки о утилизацией теплоты отработанного при плавко горячего воздуха, кондукторная сборка панелей.

О. Проводин технико-экономический анализ эффективности организации производства волокна, плитного утеплителя и панелей, который показывает экономическую целесообразность организации указанных производств со сроком окупаемости капиталовложений, равным 1,5 года.

9. Результаты данной работы приняты НПО "Утес" в качестве зонэгннх технических решений с целью организации опытно-промиш-липного производства стеновых панелей с базальтоволокнистым утсллатслпм с программой 20 тыс.кв.метров в год.

- 21 -

OoiioBiioa оодиржиние дисоертацни изложено в работах:

1. Уваров A.C. Пирспективы создания и организации производства утеплителя на основе базальтовых волокон для слоистых ог-раждшэщих конструкций. М., Центр.российский дом знаний, материалы семинара "Стоклофибробетон в строительство", 1992, crp.IGI--169.

2. Афанасьев E.H., Уваров A.C. и др. Способ изготовлении плит утишштоля и линия для его осуществления. М., ШШИ1113, Рошенио о выдаче патента на изобретение от 01.03.94 но заявке .'» 50G70I2/33-038579.

3. Уваров A.C. и др. Панель трехслойная о утеплителем,

U., В1ПШП1Э, Решение о выдаче патента ни изобретение от 30.05.94 по заявке № 9305115:3/33-0491313.