CC BY
55
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 1
УДК 666.189.3; 624.016 DOI: 10.17213/0321-2653-2018-1-127-131
АНАЛИЗ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПАНЕЛЕЙ *
© 2018 г. Н.С. Гольцман, Б.М. Гольцман, Е.А. Яценко, Л.А. Яценко, В.А. Смолий
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия
ANALYSIS OF METHODS OF MULTI-LAYER BUILDING PANELS PRODUCTION
N.S. Goltsman, B.M. Goltsman, E.A. Yatsenko, L.A. Yatsenko, V.A. Smoliy
Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia
Гольцман Наталия Сергеевна - аспирант, кафедра «Общая химия и технология силикатов», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия.
Гольцман Борис Михайлович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Общая химия и технология силикатов», ЮжноРоссийский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия.
Яценко Елена Альфредовна - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Общая химия и технология силикатов», ЮжноРоссийский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия.
Яценко Любовь Александровна - аспирант, кафедра «Общая химия и технология силикатов», Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия. E-mail: [email protected]
Смолий Виктория Александровна - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Общая химия и технология силикатов», ЮжноРоссийский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, г. Новочеркасск, Россия.
Goltsman Nataliya Sergeevna - post-graduate student, department «General Chemistry and Technology of Silicates», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia.
Goltsman Boris Mikhailovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «General Chemistry and Technology of Silicates», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia.
Yatsenko Elena Alfredovna - Doctor of Technical Sciences, professor, department «General Chemistry and Technology of Silicates», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia.
Yatsenko Lyubov' Aleksandrovna - post-graduate student, department «General Chemistry and Technology of Silicates», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia. E-mail: [email protected]
Smoliy Viktoria Aleksandrovna - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «General Chemistry and Technology of Silicates», Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI), Novocherkassk, Russia.
Рассмотрены современные тенденции в области теплоизоляции зданий. Установлена необходимость разработки эффективных теплоизоляционных материалов и изделий. Разработана технология теплоизоляционного пеностекла и изделий на его основе: плит, гранул и легкого бетона. Исследованы свойства разработанных материалов и изделий. Перечислены способы получения многослойных строительных панелей на основе разработанных изделий, выявлен оптимальный способ их скрепления с получением многослойной строительной панели. Сделан вывод о применимости разработанной технологии.
Ключевые слова: пеностекло; легкий бетон; многослойные панели; тепловая изоляция.
The modern tendencies in the field of thermal insulation of buildings were considered. The need to develop effective thermal insulation materials and products was established. The technology of heat-insulation foam glass and products based on it (plates, granules and lightweight concrete) was developed. The properties of the developed materials and products were investigated. The ways for producing multi-layer building panels on the basis of the developed products were listed, the optimal way of their fastening to obtain multi-layer building panel was revealed. The conclusion about the applicability of the developed technology was proposed.
Keywords: foam glass; light-weight concrete; multi-layer panels; thermal insulation.
Научно-исследовательская работа выполняется при поддержке стипендии Президента РФ молодым ученым и аспирантам (конкурс 2016-2018 года).
ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИМ РЕГИОН._ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2018. № 1
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 1
В связи с развитием новых технологий строительства быстровозводимых конструкций, традиционные строительные материалы (железобетон, кирпич, дерево) уже не способны в однослойной ограждающей конструкции обеспечить требуемое значение теплового сопротивления. Поэтому необходимо дополнительное утепление с помощью многослойных ограждающих конструкций, где в качестве утеплителя применяется эффективный теплоизоляционный материал (ТИМ). В современном домостроении распространение получили системы с ТИМ внутри ограждающей конструкции. Это достаточно недорогой способ, обладающий рядом несомненных преимуществ, таких как сравнительно небольшая толщина и, соответственно, вес стеновой конструкции; высокая тепловая эффективность; огнестойкость.
В то же время рынок теплоизоляционных материалов для создания многослойных строительных панелей представлен, в основном, горючими и небезопасными пенопластами и недолговечными, боящимися влаги, волокнистыми материалами. Но самое главное, нормативный срок службы и тех, и других составляет в среднем 20 - 30 лет, что значительно ниже срока эксплуатации зданий.
Одним из направлений решения данной проблемы является разработка многослойных строительных панелей, представляющих собой трехслойные стеновые панели с утеплителем, в которых в качестве среднего теплоизоляционного слоя будут использованы плиты из пеностекла, а в качестве внутреннего и наружного слоев -плиты из легкого бетона, в котором в качестве заполнителя используются гранулы из пеностекла. При этом наружный слой панели предусматривает возможность применения различных типов декоративного покрытия.
Согласно [1], применение разработанной многослойной панели позволяет обеспечить повышение эффективности теплоизоляции ограждающей стеновой конструкции здания до 15 % в сравнении с применяемыми в настоящее время трехслойными панелями.
Ранее на основе авторских составов разработаны материалы для создания многослойной строительной панели, а именно, блоки [2 - 4] (рис. 1 а) и гранулы (рис. 1 б) [3 - 5]. На основе гранул были разработаны составы конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона (далее -легкого бетона) (рис. 1 в) [6]. Основные свойства разработанных изделий представлены в табл. 1 .
Следует также отметить, что в качестве сырья для пеностекла возможно использовать широкий спектр материалов как природного, так и техногенного происхождения [7 -8].
» to 'is го ■ S5 • м и
в
Рис. 1. Образцы изделий на основе пеностекла:
а - плиты; б - гранулы; в - легкий бетон / Fig. 1. Samples of products based on foam glass: a - plates; б - granules; в - lightweight concrete
Таблица 1 / Table 1
Основные свойства разработанных изделий / Main properties of the developed products
Изделие Средняя плотность, кг/м3 Предел прочности на сжатие, МПа Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К) Водопоглоще-ние по объему, %
Плиты 192 0,90 0,071 2,8
Гранулы 199 0,69 0,062 2,7
Легкий бетон 585 1,85 0,168 1,3
Для скрепления слоев многослойных панелей в настоящее время наиболее распространены следующие способы:
1) с помощью болтов, стержней или других соединительных элементов из сталей, имеющих
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION.
TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 1
необходимую коррозионную стойкость в условиях эксплуатации, а также арматуры с противокоррозионным покрытием [9]. Основным недостатком применения таких соединительных элементов является нарушение целостности теплоизоляционного слоя для фиксации в нем арматуры, что ведет к снижению прочности плиты вплоть до ее растрескивания и разрушения, появлению мостиков холода и общему снижению теплозащитных характеристик;
2) склеивание с помощью пластических масс. Применяют эпоксидные, фенолокаучуко-вые, кремнийорганические и полиамидные клеи холодного и горячего отверждения, пенополи-хлорвинил, пенополиуретан, а также материалы, изготовленные с применением мочевино-фор-мальдегидных полимеров. Основным недостатком применения таких материалов является их высокая горючесть, причем образующиеся при их горении продукты разложения токсичны [10 - 11];
3) с помощью бетонных (цементных) смесей. При таком способе бетонная смесь наносится на скрепляемую поверхность, после чего происходит соединение слоев и твердение смеси с одновременным скреплением слоев. Этот способ лишен вышеуказанных недостатков и обладает рядом преимуществ, среди которых экологич-ность и полная пожарная безопасность.
Наиболее подходящим для разрабатываемой технологии является именно этот способ. При этом, благодаря опиловке и обнажению развитой поверхности плиты, значительно возрастает зона контакта вяжущего вещества с материалом и, следовательно, прочность их сцепления.
В зависимости от метода получения слоев многослойной панели возможны два способа их скрепления:
- заливка легкого бетона в опалубку с предварительно закрепленной пеностекольной плитой (в случае производства в рамках одной технологической линии). Здесь скрепление происходит за счет твердения бетонной смеси, находящейся в контакте с пористой поверхностью пеностекольной плиты;
- скрепление плит из легкого бетона и пе-ностекольной плиты с помощью бетонного (цементного) раствора (в случае раздельного производства легкого бетона и теплоизоляционных плит (в рамках разных технологических линий или на разных предприятиях). Методика скрепления при этом аналогична таковой для крепления керамической плитки, кирпича и т.д. Схема скрепления слоев панели представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема скрепления многослойной строительной панели с помощью цементной смеси: 1, 3 - нанесение скрепляющей бетонной смеси; 2 - укладка плиты из пеностекла на скрепляющую бетонную смесь; 4 - укладка плиты из легкого бетона на скрепляющую бетонную смесь / Fig. 2. Scheme of multi-layer building panel fastening using a concrete compound: 1, 3 - application of fastening concrete compound; 2 - laying of a heat-insulating foam glass plate on a fastening concrete compound; 4 - laying of a lightweight concrete plate on a fastening concrete compound
Внешний вид полученных экспериментальных образцов многослойной панели представлен на рис. 3. Учитывая комплекс физико-механических свойств, подобные панели могут найти широкое применение в области строительства быстровозводимых зданий и сооружений, в частности, промышленных объектов [12 - 14] и жилых малоэтажных зданий.
Рис. 3. Экспериментальный образец многослойной строительной панели / Fig. 3. Experimental sample of multi-layer building panel
Таким образом, разработана технология синтеза многослойных строительных панелей, где в качестве внутреннего теплоизоляционного слоя используются плиты из пеностекла, а в качестве внешних несущих слоев используются плиты из легкого бетона на основе пеностеколь-ных гранул, а скрепление слоев осуществляется с помощью цементной смеси. Подобная конструкция позволяет получать легкие строительные
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 1
панели, не подверженные влиянию факторов окружающей среды. Разработанная технология может найти применение в области строительства быстровозводимых зданий и сооружений.
Литература
1. Анализ эффективности применения многослойных теплоизоляционных строительных панелей / Б.М. Гольцман, Л.А. Яценко, Е.А. Яценко, Н.С. Карандашова // Научное обозрение. 2016. № 18. С. 23 - 27.
2. Технологические особенности получения ячеистого стекла, применяемого в качестве теплоизоляционного слоя в силикатном многослойном композиционном теплоизоляционно-декоративном материале / А.С. Косарев, В.А. Смолий, Е.А. Яценко, Б.М. Гольцман // Техника и технология силикатов. 2016. Т. 23, № 4. С. 2 - 7.
3. Разработка составов и исследование свойств блочного и гранулированного пеностекла, изготовленного с использованием шлаковых отходов ТЭС / Е.А. Яценко, В.А. Смолий, Б.М. Гольцман, А.С. Косарев // Изв. Вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2012. № 5. С. 115 - 119.
4. Разработка технологии производства эффективного энергосберегающего ячеистого теплоизоляционного строительного стекломатериала / В.А. Смолий, А.С. Косарев, Е.А. Яценко, Б.М. Гольцман // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2015. № 4. С. 128 - 132.
5. Разработка составов и технологических параметров синтеза ячеистых теплоизоляционных строительных стекломатериалов с заданной плотностью / В. А. Смолий,
Е.А. Яценко, А.С. Косарев, Б.М. Гольцман // Стекло и керамика. 2016. № 6. С. 22-25.
6. Зависимость теплоизоляционных и прочностных свойств легкого бетона от фракционного состава пористого заполнителя / В.А. Смолий, Е.А. Яценко, Б.М. Гольцман, А.С. Косарев // Экология промышленного производства. 2017. № 4. С. 13 - 15.
7. Пеностекло / Н.И. Минько, О.В. Пучка, В.С. Бессмертный, С.В. Семененко, В.Б. Крахт, Р.Г. Мелконян // Научные основы и технология. Воронеж, 2008. 168 с.
8. Казьмина О.В., Кузнецова Н.А. Получение высокоэффективного теплоизоляционного строительного материала на основе золошлаковых отходов тепловых электростанций // Огнеупоры и техническая керамика. 2012. № 1 - 2. С. 78 - 82.
9. Плотников В.В., Ботаговский М.В. Современные технологии повышения теплозащиты зданий. Брянск, 2010. 199 с.
10. Иванов В.А., Клименко В.З. Конструкции из дерева и пластмасс. Киев, 1983. 279 с.
11. Сербинович П.П. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Гражданские здания массового строительства: учебник для строительных вузов. М., 1975. 319 с.
12. Веселовская Е.В., Шишло А.Г. Опыт применения перспективных технологий водоподготовки на отечественных тепловых электростанциях // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2016. № 2. С. 62 - 66.
13. Веселовская Е.В. Особенности подготовки артезианских вод для целей технического водоснабжения ТЭЦ // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2017. № 4. С. 123 - 128.
14. Зверева Э.Р., Лаптев А.Г., Ганина Л.В. Использование карбонатного шлама водоподготовки в мазутных хозяйствах электростанций // Труды Академэнерго. 2011. №1. С. 55 - 63.
References
1. Gol'tsman B.M., Yatsenko L.A., Yatsenko E.A., Karandashova N.S. Analiz effektivnosti primeneniya mnogosloinykh teploizoly-atsionnykh stroitel'nykh panelei [Analysis of the effectiveness of multi-layer thermal insulation building panels]. Nauchnoe obozrenie, 2016, no. 18, pp. 23-27. (In Russ.)
2. Kosarev A.S., Smolii V.A., Yatsenko E.A., Gol'tsman B.M. Tekhnologicheskie osobennosti polucheniya yacheistogo stekla, primenyae-
mogo v kachestve teploizolyatsionnogo sloya v silikatnom mnogosloinom kompozitsionnom teploizolyatsionno-dekorativnom materiale [Technological features of the production of cellular glass used as a heat-insulating layer in a silicate multilayer composite heat-insulating and decorative material]. Tekhnika i tekhnologiya silikatov, 2016, vol. 23, no. 4, pp. 2-7. (In Russ.)
3. Yatsenko E.A., Smolii V.A., Gol'tsman B.M., Kosarev A.S. Razrabotka sostavov i issledovanie svoistv blochnogo i granulirovannogo
penostekla, izgotovlennogo s ispol'zovaniem shlakovykh otkhodov TES [Development of compositions and study of the properties of block and granulated foam glass using TPP slag wastes]. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Tekhn. nauki, 2012, no. 5, pp. 115-119. (In Russ.)
4. Smolii V.A., Kosarev A.S., Yatsenko E.A., Gol'tsman B.M. Razrabotka tekhnologii proizvodstva effektivnogo energosberegayushchego
yacheistogo teploizolyatsionnogo stroitel'nogo steklomateriala [Development of a technology for the production of efficient energy-saving cellular heat-insulating building glass materials]. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Tekhn. nauki, 2015, no. 4 (185), pp. 128-132. (In Russ.)
5. Smolii V.A., Yatsenko E.A., Kosarev A.S., Gol'tsman B.M. Razrabotka sostavov i tekhnologicheskikh parametrov sinteza yacheistykh
teploizolyatsionnykh stroitel'nykh steklomaterialov s zadannoi plotnost'yu // [Development of compositions and technological parameters for the synthesis of cellular glass heat-insulation construction materials with prescribed density]. Steklo i keramika = Glass and ceramics, 2016, no. 6, pp. 22-25. (In Russ.)
6. Smolii V.A., Yatsenko E.A., Gol'tsman B.M., Kosarev A.S. Zavisimost' teploizolyatsionnykh i prochnostnykh svoistv legkogo betona ot
fraktsionnogo sostava poristogo zapolnitelya [Dependence of the heat-insulating and strength properties of lightweight concrete on the fractional composition of a porous aggregate]. Ekologiya promyshlennogo proizvodstva = Industrial ecology, 2017, no. 4 (100), pp. 13-15. (In Russ.)
7. Min'ko N.I., Puchka O.V., Bessmertnyi V.S., Semenenko S.V., Krakht V.B., Melkonyan R.G. Penosteklo. Nauchnye osnovy i tekhnologiya [Foam glass. Scientific basis and technology]. Voronezh, 2008, 168 p.
ISSN 0321-2653 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKIYREGION. TECHNICAL SCIENCE. 2018. No 1
8. Kaz'mina O.V., Kuznetsova N.A. Poluchenie vysokoeffektivnogo teploizolyatsionnogo stroitel'nogo materiala na osnove zo-loshlakovykh otkhodov teplovykh elektrostantsii [Obtaining a highly effective thermal insulation construction material based on ash and slag waste from thermal power plants]. Ogneupory i tekhnicheskaya keramika = Refractories and technical ceramics, 2012, no. 1-2, pp. 78-82. (In Russ.)
9. Plotnikov V.V., Botagovskii M.V. Sovremennye tekhnologii povysheniya teplozashchity zdanii [Modern technologies for increasing the thermal protection of buildings]. Bryansk, 2010, 199 p.
10. Ivanov V.A., Klimenko V.Z. Konstruktsii iz dereva iplastmass [Construction of wood and plastics]. Kiev, 1983, 279 p.
11. Serbinovich P.P. Arkhitektura grazhdanskikh i promyshlennykh zdanii. Grazhdanskie zdaniya massovogo stroitel'stva [Architecture of civil and industrial buildings. Civil buildings of mass construction]. Moscow, 1975, 319 p.
12. Veselovskaya E.V., Shishlo A.G. Opyt primeneniya perspektivnykh tekhnologii vodopodgotovki na otechestvennykh teplovykh elektrostantsiyakh [Experience of applying advanced water treatment technologies at the national thermal power plants]. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Tekhn. nauki, 2016, no. 2, pp. 62-66. (In Russ.)
13. Veselovskaya E.V. Osobennosti podgotovki artezianskikh vod dlya tselei tekhnicheskogo vodosnabzheniya TETs [Special characteristics of preparing artisian water for TPP technical water supply purposes]. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Tekhn. nauki, 2017, no. 4, pp. 123-128. (In Russ.)
14. Zvereva E.R., Laptev A.G., Ganina L.V. Ispol'zovanie karbonatnogo shlama vodopodgotovki v mazutnykh khozyaistvakh elektrostantsii [Use of carbonate slurry of water treatment in fuel oil facilities of power plants]. TrudyAkademenergo, 2011, no. 1, pp. 55-63. (In Russ.).
Поступила в редакцию /Received 24 января 2018 г. / January 24, 2018
