CC BY
83
УДК 699.868+699.812.2
К. А. Тимакова*, Ю. Т. Панов
Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (ВлГУ), Владимир, Россия 600000, Владимир, ул. Горького, 87 * e-mail: bka_793@mail.ru
ПОЛИУРЕТАНОВЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ ГЕРМЕТИК С ПОНИЖЕННОЙ ГОРЮЧЕСТЬЮ И ВЫСОКИМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ
Все панельные дома, построенные до 90-х годов, имеют теплопотери в полтора-два раза выше, чем это должно быть в нашем климате. Причиной является нарушение герметичности межпанельных швов. Межпанельные стыки - самые уязвимые участки панельного здания. Качественная герметизация межпанельных швов снижает теплопотери в зимний период почти на 30%, надёжно защищая дом от промерзаний, от сырости и плесени. Однако проблема горючести наиболее эффективных полиуретановых герметиков ограничивает их применение в строительной отрасли. Задача обеспечения надежной, долговечной герметизации стыков между бетонными и железобетонными конструкциями, отвечающая нормам пожарной безопасности была и остается актуальной.
Ключевые слова: теплопотери; межпанельные швы; полиуретан; герметик; пожароопасность; горючесть
«Энергоэффективные здания» как новое направление в экспериментальном строительстве появились после мирового энергетического кризиса 1974 года [1]. В начале строительства подобных зданий, вплоть до начала 90-х годов, основной вопрос сводился к экономии энергии. Однако в середине 90-х годов акцент смещается на изучение проблемы эффективности
использования энергии и приоритет отдается тем энергосберегающим решениям, которые одновременно способствуют повышению качества микроклимата.
В дальнейшем развитие энергоэффективных технологий привело к практике построения Sustainable building. Такие здания сочетают три взаимосвязанных понятия: комфортный микроклимат помещений, максимальное использование энергии природы,
оптимизированные энергетические элементы здания как единого целого [2].
Все панельные дома, построенные до 90-х, имеют теплопотери в полтора-два раза выше, чем это должно быть в нашем климате. На сегодня именно старый жилищный фонд поглощает огромное количество газового топлива — порядка 45%. В существующем фонде крупнопанельных многоэтажных жилых домов заключены огромные резервы в достижении энергосберегающего эффекта, поскольку уровень теплозащиты этих зданий существенно ниже современных требований.
В 2010 г. была принята комплексная программа реформирования и модернизации жилищно-коммунального комплекса Российской
Федерации, предназначенная для повышения энергоэффективности ЖКХ и имеет несколько важных направлений, одним из которых является развитие системы ресурсо- и энергосбережения.
Жильцы панельных домов часто сталкиваются с проблемой выхолаживания тепла из квартиры, даже при исправной системе отопления и наличии стеклопакетов.
Наиболее частой причиной теплопотерь в панельных зданиях является нарушение герметичности межпанельных швов.
Межпанельные стыки - самые уязвимые участки панельного здания. Если герметизация стыков панелей не проведена или проведена некачественно, в межпанельный шов будет уходить тёплый воздух из квартир, а снаружи в шов попадёт влага осадков и холодный воздух.
Наглядно потери тепла из межпанельных швов показывает тепловизионная съёмка. На рисунке 1 отмечены участки потерь тепла [3].
В любых панельных домах необходима герметизация швов. Швы в конструкциях зданий являются концентраторами напряжений и могут расходиться. Герметизация панельных швов должна производиться только эластичными материалами. Жесткий материал с хорошей адгезией к бетону со временем треснет из-за неизбежной усадки бетона. Если панельный дом строится в геоподвижном месте, плиты должны выдерживать дополнительную нагрузку, возникающую при осадке дома.
Рис. 1 Теплограмма стен жилого дома с нарушением теплоизоляции в швах [3]
В целях теплоизоляции и исключения попадания влаги в квартиру через межплиточные швы, защиты от погодных условий, а также уменьшения температурно-усадочных
напряжений между бетонными плитами должна применяться особая технология герметизации швов. В настоящее время для решения проблемы, стыки между бетонными плитами заливают монтажной пеной, затем используют дополнительный уплотнитель - специальный шнур (вспененный полиэтилен), который утапливают в невысохшую пену. Использование шнура связано с необходимостью создания воздушной теплоизоляционной подушки. Сверху эта система покрывается надежным слоем герметика или мастики, которые позволяют шву быть гарантом сухости и защищать от вредоносного действия воды (рис.2).
Этот метод, пришедший на смену стандартному методу герметизации с помощью пакли и цемента или битума, является одним из инновационных направлений в строительстве, т.к. позволяет снизить стоимость, получить герметичный гидроизоляционный шов в сочетании с высокой устойчивостью к температурно-деформационным изменениям, происходящим из-за погодных климатических изменений.
I
Рис.2. Метод герметизации
Благодаря своим ценным свойствам полиуретановые герметики широко применяются в качестве эластичных клеев и герметиков для швов, стыков, герметизации и заполнения щелей в строительстве. Они являются востребованным
материалом ввиду таких ценных свойств, как высокая адгезия, морозостойкость, хорошие физико-механические свойства, эластичность в широком диапазоне температур (-50 до +100°С), водонепроницаемость, трещиностойкость, водо- и атмосферостойкость. Однако, существуют проблемы, ограничивающие их применение - это горючесть, воспламеняемость, дымообразование и токсичность продуктов горения.
Используемые в качестве связующего герметиков полиуретановые предполимеры, как правило, являются горючими материалами. Для многих полимеров самым эффективным по затратам способом увеличения пожарной безопасности является введение в материал антипиренов, однако это может приводить к снижению ценных физико-механических свойств полимера. Наиболее перспективным методом снижения горючести полиуретановых герметиков является сочетание химической модификации полиуретанового предполимера (используя фосфорорганические соединения), с введением в состав герметика комплексного наполнителя, представляющего собой смесь антипиренов, подобранных так, чтобы обеспечивался синергизм компонентов.
Следует отметить, что большинство массово используемых антипиренов, а именно, галогенсодержащие антипирены в процессе горения выделяют токсичные вещества. В связи с этим актуальной является проблема снижения горючести полиуретановых герметиков эффективными и экологически безопасными антипиренами.
Целью настоящей работы было получение однокомпонентного герметика пониженной горючести на основе полиуретанового предполимера, антипиренов, коксообразующих, вспучивающих добавок. А также оценки горючести, воспламеняемости, распространения пламени, и их физико-механических свойств.
Однокомпонентные герметики отверждаются под воздействием естественной влажности воздуха с образованием бесшовных покрытий в виде прочной резиноподобной пленки на различных изолируемых поверхностях.
Вначале был получен герметик на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ) и смеси полиолов, с содержанием N00 - групп в предполимере 4,0-4,5%. Однако при наполнении герметика антипиренами отмечено снижение ценных физико-механических показателей. В процессе создания рецептуры использовали цеанурат меламина, полифосфат меламина, полифосфат аммония, гидроксид алюминия и борат цинка. Далее был синтезирован предполимер на основе фосфорсодержащего
полиола и дифенилметандиизоцианата (МДИ). В качестве катализатора в композиции был использован дибутилдилаурат олова (ДБДЛО) -высококипящее оловоорганическое соединение, эффективный катализатор при производстве пенополиуретанов, покрытий, связующих и герметиков.
В качестве латентного отвердителя был использован Hardener VP LS 2959, содержащий блокированные амино- и гидроксильные группы, которые активируются влагой воздуха.
В качестве осушителя и
структурообразователя использовали цеолит.
Физико-механические испытания на растяжение проводили на образцах в виде лопаток согласно ГОСТ 26589.
Получение герметика производилось на новом современном оборудовании, вакуумном диссольвере марки DISPERMAT® VL, который обеспечивает не только эффективное перемешивание, но и диспергирование компонентов. Регулируемая скорость вращения фрезы позволяет развивать высокие механические усилия для качественного перетирания и диспергирования, пристенный скребок исключает образование застойных зон и «непромесов», вакуумная линия позволяет удалить включения воздуха, что обеспечивает высокое качество материала.
В процессе выполнения работы были выбраны оптимальные соотношения антипиренов, коксообразующих и вспучивающих добавок. Определена их предельная концентрация, при которой герметики сохраняют эксплуатационные характеристики. Исследованы физико-механические свойства образцов мастик, проведена оценка горючести, воспламеняемости и распространения пламени.
Существует множество различных стандартов и методик исследования горючести полимеров, что связано с условиями работы в конкретных условиях какой-либо отрасли. Условия работы и требования к пластмассам, применяемым, например, в строительстве, общественном транспорте и электротехнике сильно отличаются.
Оценку горючести на первом этапе проводили по величине кислородного индекса, в соответствии с ГОСТ 21793-76. Также для оценки горючести полиуретанового герметика применяли ГОСТ 30244-94 "Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть".
Группа воспламеняемости определялась по ГОСТ 30402-96 "Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость".
Условная прочность при разрыве полученного герметика составляет не менее 1,0 МПа, а относительное удлинение при разрыве не менее
600%. Характер разрушения на образцах швах когезионный.
Технические характеристики герметика представлены в таблице 1.
Таблица 1
Технические характеристики герметика
Жизнеспособность при 1,5 ч
+23°С, ч
Прочность при разрыве на 1,0
лопатках, толщиной 2,5мм,
МПа
Относительное удлинение 600
при разрыве (на лопатках), %
Характер разрушения на когезионный
образцах швах
Твердость по Шор А, усл.ед 25
Теплопроводность, Вт/мК 0,04
Сопротивление текучести, 2
мм, не более
Диапазон температур от - 15°С до
нанесения + 30°С
Результаты испытаний герметика на горючесть представлены в табл.2.
Таблица 2
Результаты испытаний герметиков
ГОСТ Температура дымовых 120
30244-94 газов, 0С
Время самостоятельного 0
горения, с
Степень повреждения по 13
длине,%
Степень повреждения по 8
массе, %
ГОСТ Р Критическая более
51032-97 поверхностная плотность теплового потока, кВт/м2 12,0
ГОСТ Критическая 25
30402-96 поверхностная плотность теплового потока, кВт/м2
Отмечено, что при горении герметика, содержащего антипирены, совместно с коксообразующими и вспучивающими добавками, на поверхности образцов формируется коксовая «шапка», которая с одной стороны уменьшает количество летучих горючих продуктов пиролиза мастики, поступающих в зону пламени, с другой меняет условия теплообмена пламени с поверхностью горящего материала.
Оба эффекта приводят к неустойчивому горению и срыву пламени [4,5].
По результатам испытаний получены пожарно-технические характеристики
отвержденных герметиков (табл.3).
Таблица 3
Пожарно-технические характеристики герметиков
Группа горючести по ГОСТ 30244-94 Г1
Группа распространения пламени по ГОСТ Р 51032-97 РП1
Группа воспламеняемости по ГОСТ 30402-96 В2
Получен полиуретановый герметик пониженной горючести с высокими физико-механическими свойствами.
Благодаря высоким прочностным показателям в сочетании с хорошими теплоизоляционными свойствами и низкой горючестью разработанный герметик, лишенный недостатков
предшественников является инновационным материалом в строительстве и будет использоваться более активно, т.к. соответствуют требованиям построения Sustainable building.
Тимакова Ксения Александровна, аспирант кафедры химических технологий Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (ВлГУ), Владимир
Панов Юрий Терентьевич проф., д.т.н., зав кафедрой химических технологий Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых (ВлГУ), Владимир
Литература
1. Табунщиков Ю.А. От энергоэффективных к жизнеудерживающим зданиям // АВОК. - 2003. -№ 3. - С. 8.
2. Виньков А., Имамутдинов И., Медовников Д., Оганесян Т. и др. Инновации в строительном кластере: барьеры и перспективы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://rusdb.ru/dom/researches/inno_rdb (дата обращения: 10.04.2014)
3. Некрасов В.П. Тепловизионное обследование объектов в целях повышения энергоресурсосбережения и безопасности их эксплуатации [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.TexColor-rus.ru/analit.phtml?p=12 (дата обращения: 09.04.2014)
4. Халтуринский Н.А., Рудакова Т. А. Физические аспекты горения полимеров и механизм действия ингибиторов // Химическая физика. 2008. - Т.27, №6. - С.71-82.
5. Берлин Ал. Ал. Горение полимеров и полимерные материалы пониженной горючести // СОЖ. 1996.- № 9. - C. 57-63.
6. Павлович А.В., Владенков В.В., Изюмский В.Н., Кильчицкая С.Л. Свойства огнезащитных вспучивающихся покрытий // ЛакоКрасочная Промышленность.-2012.- №8.-С 18-23.
Timakova Kseniya Alexandrovna*, Panov Yury Terent'evich
Vladimir State University named after Alexander and Nikolay Stoletovs, Vladimir, Russia. * e-mail: bka_793@mail.ru
POLYURETHANE CONSTRUCTION SEALANTS WITH LOW FLAMMABILITY AND HIGH PERFORMANCE PROPERTIES
Abstract
All panel houses that built before the 90s, have the heat losses in half to two times higher than it should be in our climate. The reason is a violation of integrity interpanel seams. Interpanel joints is the most vulnerable parts of the building panel. Quality sealing interpanel seams reduces heat loss in winter by almost 30%, reliably protecting the house from freezing, from damp and mold. However, the problem of most effective flammability of polyurethane sealants limits their use in the construction industry. The task of providing reliable, durable sealing of joints between concrete and reinforced concrete structures that corresponding standards of fire safety has been and remains relevant.
Key words: heat loss; interpanel seams; polyurethane; sealant; fire hazard; flammability
