CC BY
68
Исследование физико-механических свойств фасадных полиуретановых термопанелей, применяемых в гражданском строительстве
Ю.А.Соколова, Л.Н.Шафигуллин, Н.В.Романова, Г.Р.Шаяхметова, А.Н.Шафигуллина
В статье проведены комплексные исследования физико-механических свойств фасадных полиуретановых термопанелей, применяемых в гражданском строительстве. Выявлены удовлетворительные потребительские свойства исследуемых термопанелей: соответствие клинкера стандарту DIN EN 121; отсутствие визуальных дефектов и изменения цвета термопанелей после 50 циклов замораживания - оттаивания; отсутствие изменения цвета термопанелей после воздействия УФ излучения с длиной волны 240-320 нм в течение 607 часов 30 минут; неизменность коэффициента звукопоглощения фасадных термопанелей в процессе воздействия УФ излучения; низкая теплопроводность слоя ППУ.
Ключевые слова: физико-механические свойства, фасадные полиуретановые панели, строительные материалы.
Analysis of Physical and Mechanical Properties of
Polyurethane Facade Thermal Panels Used in Civil
Construction. By Yu.F.Sokolova, L.N.Shafigullin,
N.V.Romanova, G.R.Shayahmetova, A.N.Shafigullina
The complex analysis of physical and mechanical properties of polyurethane facade thermal panels used in civil construction has been implemented in the article. The consumer properties of analysed thermal panels meet the requirements and could be considered as satisfactory with the following details: clinkerline with DIN EN 121; the absence of visual defects and discoloration of thermal panels after 50 cycles of freezing-thawing; no change of colour of thermal panels after exposure to UV radiation with a wave length of 240-320 nm for 607 hours and 30 minutes; stability of sound-absorption coefficient of facade thermal panels after exposure to UV radiation; low thermal conductivity of the foam layer.
Keywords: physical and mechanical properties, polyurethane panels for the facades, building materials .
В соответствии с новыми нормами энергоэффективности, принятыми в строительстве, возникла потребность в совершенствовании способов утепления зданий и сооружений [1; 2]. В качестве утеплителей используются: базальтовые маты, «тимплекс» панели, пенопласты и т.д. Для облицовки применяют: кирпич, сэндвич панели, деревянный брус, монолитные стены из бетона и арматуры и т.д. Использование разнородных материалов - одних для облицовки, других - для изоляции, удорожает строительство.
На сегодняшний день на отечественном рынке материалов, предназначенных для высококачественной отделки фасадов, одно из ведущих мест занимают термопанели. Основные преимущества термопанелей: эффективная теплоизоляция, широкая цветовая гамма, облицовка под кирпич, экологическая безопасность, надёжная защита от атмосферных осадков, отсутствие необходимости устройства дополнительных фундаментов, точность и чистота монтажа в минимальные сроки независимо от погоды и времени года, продолжительный срок службы (50-100 лет), доступная цена [3-6]. Облицовку стен термопанелями можно производить как на стадии строительства дома, так и при реконструкции зданий и сооружений. При отделке термопанелями полностью исключается промерзание стен и проникновение в них влаги. Они вполне пригодны и для каркасных домов.
На рынке строительных материалов представлено множество видов термопанелей [7], в частности, клинкерные термопанели, термопанели с керамогранитной плиткой, термопанели с глазурованной плиткой. Наиболее популярными и доступными являются клинкерные термопанели, представляющие собой плоское многослойное изделие, в котором основными слоями выступают утеплитель (пенополистирол или пенополиуретан) и «ковёр» из клинкерной плитки, имитирующий кирпичную кладку. Для надёжности стыкования и достижения эффекта монолитности покрытия по периметру панели предусмотрена система «шип-паз» (рис. 1).
Рис. 1. Слои термопанелей [3]: 1 - клинкерная плитка; 2 -наружная стена; 3 - слой утеплителя - пенополиуретана; 4 - монтажные втулки
Были проведены экспериментальные исследования фасадных термопанелей: наружный слой - клинкерная или полимер-песчаная плитки; теплоизоляционный слой - пенополиуретан - продукт взаимодействия полиольного компонента «А» и изоцианатного компонента «Б»; внутренний слой - картон гофрированный, обеспечивающий жёсткость конструкции.
Были исследованы физико-механические свойства фасадных термопанелей:
- с клинкерной плиткой фирмы «Хаусон» («Houson») коллекций [8]: LM26218, DS62904, LM26253, LM26208, DS62901, LM26261;
- с клинкерной плиткой фирмы «АДВ Клинкер» («ADW Klinker») коллекций [9]: «Beige Rustic Besandet», «Lanzarote Glatt», «Weiss struktur», «Braun genarbt», «Lanzarote genarbt», «Antik Mangan»;
- с полимерпесчаной плиткой производства ООО «НА-МУС» [10].
В экспериментальных исследованиях в качестве основных компонентов уретанообразующей смеси применялись [11]: полиольный компонент «А» марки Изолан А 210-7, изоциа-натный компонент «Б» марки Воратек СД 100. Для наружного слоя использовали картон гофрированный класса Т23С размером 1000х2000 мм [12].
Были проведены исследования водопоглощения клинкерной плиткой при атмосферном давлении в воде температурой (20 ± 5) °С по ГОСТ 7025-91 [13]; морозостойкости термопанелей при объёмном замораживании по ГОСТ 7025-91 [13]; коэффициента звукопоглощения термопанелей по ГОСТ 16297-80 [14]; теплопроводности термопанелей (X) по ГОСТ 7076-99 [15]; исследование макроструктуры; определение светостойкости облицовочного слоя фасадных термопанелей по методике «ОАО «ГАЗ» М 012.20.006-2001. Определение светостойкости».
В качестве испытательного оборудования использовали: весы электронные лабораторные GAS MWP-600 [16]; штангенциркуль ШЦ-1-150-0,05; климатическую камеру МКТ115 моделирования климатических условий фирмы «БИДЕР» («BINDER»); линейку металлическую ГОСТ 427-75; акустическую трубу фирмы «Брюль и Къер Соунт и Вибрайшен Межермент А/С» («Brüel & Kjœr Sound & Vibration Measurement A/S») типа 4206 [17]; микроскоп Альтами МЕТ 3МТ [18]; электронный измеритель теплопроводности ИТП-МГ4 [19].
Для реализации методики по определению светостойкости использовали экспериментальную установку, разработанную специалистами Набережночелнинского института КФУ (рис. 2).
В соответствии с ГОСТ 16350-80 «Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей» все климатические зоны бывшего СССР разделены на 12 зон [20]. В случае эксплуатации изделий в условиях средней полосы РФ необходимо использовать климатический район II5 (умеренный). Суммарная доза солнечной радиации 300-400 нм с учётом потерь за год 148,10 МДж/м2. Поток лучистой энергии составляет Р=128 Вт.
С учетом расстояния до испытуемых образцов (250 мм) время выдержки под лампой с мощностью ДРТ 1000, эквивалентное одному году, составило 20 часов 5 минут (см. рис. 2).
Провели исследования водопоглощения по ГОСТ 7025-91 [13] клинкерных плит фирм «Houson» [8] и «ADW Klinker» [9]. Результаты исследований представлены в таблице 1.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что все образцы клинкерных плиток производства фирмы «Houson» и «ADW Klinker» соответствуют стандарту DIN EN 121 «Технические характеристики клинкерной плитки» и имеют следующие показатели: индивидуальное значение в среднем « 3%; максимальное индивидуальное значение « 3,3%.
На трех типах фасадных термопанелей проводили испытания физико-механических свойств: с клинкерной плиткой производства «Houson» коллекции DS62901; с клинкерной плиткой производства «ADW Klinker» коллекции «Beige Rustic Besandet»; с полимерпесчаной плиткой производства ООО «НАМУС». Слой пенополиуретановой термоизоляции фасадных термопанелей был одинаковый для всех типов. Термопанели были изготовлены по одной и той же технологии.
Для контроля морозостойкости по степени повреждений отобрали пять образцов каждого типа термопанелей. На исходных образцах отсутствовали трещины, сколы ребер и углов, другие дефекты, допускаемые нормативной технической документацией на изделия конкретных видов. Число циклов замораживания-оттаивания образцов составило 50. По окончании испытания на морозостойкость произвели визуальный осмотр образцов по степени повреждений с фиксацией появившихся дефектов. Результаты исследований представлены в таблице 2.
Рис. 2. Общий вид установки по определению светостойкости материалов: 1) вентилятор; 2) реле-автомат 5А; 3) дроссель 1000 Вт, 220 В; 4) лампа ДРТ 1000; 5) корпус
Полученные результаты показывают, что все образцы термопанелей после 50 циклов замораживания-оттаивания не имеют визуальных дефектов и изменения цвета.
Для определения светостойкости отобрали по три образца каждого типа термопанелей. На образцах фасадных термопанелей после воздействия ультрафиолетового излучения (УФ)
Рис. 3. Внешний вид фасадной пенополиуретановой термопанели с клинкерной плиткой производства фирмы «ADW Klinker» коллекции «Beige Rustic Besandet» (x3): а) до воздействия УФ излучения; б) после воздействия УФ излучения (607 часов 30 минут)
Рис. 4. Внешний вид фасадной пенополиуретановой термопанели с полимерпесчаной плиткой производства ООО «НАМУС» (х3): а) до воздействия УФ излучения; б) после воздействия УФ излучения (607 часов 30 минут)
Таблица 1. Водопоглощение клинкерной плиткой
Наименование образца m, г mlf г W,% Соответствие Стандарту DIN EN 121
ADW Klinker
Beige Rustic Besandet 389,80 391,14 0,344 соответствует
Lanzarote Glatt 375,54 381,3 1,534 соответствует
Weiss struktur 346,58 349,42 0,819 соответствует
Braun genarbt 412,52 417,18 1,130 соответствует
Lanzarote genarbt 386,02 391,18 1,337 соответствует
Antik Mangan 384,68 388,36 0,957 соответствует
Houson
LM26218 269,30 270,58 0,475 соответствует
LM26218 263,06 264,02 0,365 соответствует
DS62904 194,52 197,7 1,635 соответствует
DS62904 195,38 198,42 1,556 соответствует
LM26253 265,52 267,64 0,798 соответствует
LM26253 266,34 268,32 0,743 соответствует
LM26208 268,34 272,34 1,491 соответствует
LM26208 264,96 267,6 0,996 соответствует
DS62901 191,58 192,7 0,585 соответствует
DS62901 190,12 191,1 0,515 соответствует
LM26261 202,72 204,52 0,888 соответствует
LM26261 186,90 188,62 0,920 соответствует
где т - масса образца, высушенного до постоянной массы, г; т1 - масса образца, насыщенного водой, г; Ш - водопоглощение, %.
Рис. 5. Внешний вид ППУ слоя фасадной термопанели после воздействия УФ излучения (607 часов 30 минут) (x3): а) с клинкерной плиткой производства фирмы «ADW Klinker» коллекции «Beige Rustic Besandet»; б) с клинкерной плиткой производства фирмы «Houson» коллекции DS62901; в) с полимерпесчаной плиткой производства ООО «НАМУС»
с длиной волны 240-320 нм в течение 607 часов 30 минут (эквивалентно 30 годам эксплуатации) под лампой типа ДРТ 1000 фиксировали изменение цвета. Светостойкость фасадного слоя термопанелей следует считать удовлетворительной, так как при визуальной оценке отсутствуют изменения внешнего вида и цвета детали по сравнению с контрольными образцами (рис. 3, 4).
Наблюдается значительное изменение цвета пенополиу-ретанового слоя (рис. 5). ППУ становится хрупким и ломким, что является признаком его термодеструкции и ухудшения физико-механических свойств, в том числе теплопроводности и жёсткости. В этой связи требуется обязательная изоляция ППУ от действия УФ излучения в процессе монтажа специальными затирочными пастами.
Для определения коэффициента звукопоглощения отобрали по три образца каждого типа термопанелей. Результаты исследований представлены на рисунках 6-9.
В процессе воздействия УФ излучения не происходит значительных изменений коэффициента звукопоглощения. По-видимому, данный эффект обусловлен стабильностью структуры полиуретанового слоя, значительно влияющего на звукопоглощающие свойства. Звукопоглощение, как известно, зависит от пористости материала, которая в данном случае остаётся неизменой.
Теплопроводность слоя ППУ толщиной 20 мм плотностью 60 кг/м3, определявшаяся по ГОСТ 7076-99 [15], которая составила 0,035 ± 0,005 Вт/(м^0С), что соответствует средним значениям фасадных термопанелей [3-7].
Таблица 2. Результаты визуального осмотра образцов по степени повреждений с фиксацией дефектов,
появившихся в результате 50 циклов замораживания-оттаивания
№ образца Результаты визуального осмотра образцов
Фасадная пенополиуретановая термопанель с клинкерной плиткой производства фирмы «Нои$оп» коллекции DS62901
1 Визуальные дефекты и изменение цвета не обнаружены
2 Визуальные дефекты и изменение цвета не обнаружены
3 Визуальные дефекты и изменение цвета не обнаружены
4 Визуальные дефекты и изменение цвета не обнаружены
5 Визуальные дефекты и изменение цвета не обнаружены
Фасадная пенополиуретановая термопанель с клинкерной плиткой производства фирмы «ADW Klinker» коллекции «Beige Rustic Besandet»
б Визуальные дефекты и изменение цвета не обнаружены
7 Визуальные дефекты и изменение цвета не обнаружены
8 Визуальные дефекты и изменение цвета не обнаружены
9 Визуальные дефекты и изменение цвета не обнаружены
10 Визуальные дефекты и изменение цвета не обнаружены
Фасадная пенополиуретановая термопанель с полимерпесчаной плиткой производства ООО «НАМУС»
11 Визуальные дефекты и изменение цвета не обнаружены
12 Визуальные дефекты и изменение цвета не обнаружены
13 Визуальные дефекты и изменение цвета не обнаружены
14 Визуальные дефекты и изменение цвета не обнаружены
15 Визуальные дефекты и изменение цвета не обнаружены
Рис. 6. Коэффициент звукопоглощения фасадной термопанели с клинкерной плиткой производства фирмы «ADW Klinker» коллекции «Beige Rustic Besandet»: а) до воздействия УФ излучения; б) после воздействия УФ излучения (303 часа 45 минут); в) после воздействия УФ излучения (607 часов 30 минут)
Рис. 7. Коэффициент звукопоглощения фасадной термопанели с клинкерной плиткой производства фирмы «Но^оп» коллекции DS62901: а) до воздействия УФ излучения; б) после воздействия УФ излучения (303 часа 45 минут); в) после воздействия УФ излучения (607 часов 30 минут)
Рис. 8. Коэффициент звукопоглощения фасадной термопанели с с полимерпесчаной плиткой производства ООО «НАМУС»: а) до воздействия УФ излучения; б) после воздействия УФ излучения (303 часа 45 минут); в) после воздействия УФ излучения (607 часов 30 минут)
Рис. 9. Коэффициент звукопоглощения фасадных термопанелей после воздействия УФ излучения (607 часов 30 минут): а) после воздействия УФ излучения (607 часов 30 минут); б) клинкерной плиткой производства Но^оп коллекции DS62901; в) с полимерпесчаной плиткой производства ООО «НАМУС»
Анализ экспериментальных данных показал удовлетворительные потребительские свойства исследуемых термопанелей: соответствие клинкера стандарту DIN EN 121; отсутствие визуальных дефектов и изменения цвета термопанелей после 50 циклов замораживания-оттаивания; отсутствие изменения цвета термопанелей после воздействия УФ излучения с длиной волны 240-320 нм в течение 607 часов 30 минут; неизменность коэффициента звукопоглощения фасадных термопанелей в процессе воздействия УФ излучения; низкую теплопроводность слоя ППУ.
С учётом полученных результатов рекомендуется использовать фасадные термопанели в гражданском строительстве в качестве эффективных ограждающих конструкций. Термопанели обладают высокими теплоизолирующими свойствами, светостойкостью, морозостойкостью, низким водопоглощением облицовочного слоя, привлекательным внешним видом.
Литература
1. СНИП 2.04.14-88 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов; введён с 01.01.1990. - М: Госстрой СССР, 1988.
2. СНИП 23-02-2003 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция; введён с 01.10.2003. - М: ФАУ «ФЦС», 2012.
3. Ограждающая конструкция: определение, виды, методы монтажа [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// prosteny.com/ograzhdayushie-konstrukcii-opredelenie-vidy-metody-montazha/ (дата обращения 04.06.2016 г.).
4. Ваш независимый дом для жизни [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://old.homeforlife.ru/m-fasadi/102-mat-termopaneli (дата обращения 15.04.2016 г.).
5. Строительная компания ООО «РегСтрой» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.regstroi.org/index.php. option=com_content&view=article&id=78&Itemid=79 (дата обращения 15.04.2016 г.).
2 2017 115
6. Актуальный взгляд на фасадные системы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://fasadevision.ru/fasadnye-paneli/termopaneli/proizvodstvo.html (дата обращения 12.04.2016 г.)/
7. Фасад современного дома. Клинкерные термопанели [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.vashdom. ru/articles/MasterF_1.htm (дата обращения 21.04.2016 г.).
8. Фасадная клинкерная плитка Houson (Китай) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://all-klinker.ru/shop/fasadnaya_ klinkernaya_plitka/houson/ (дата обращения 09.06.2016).
9. Фасадная клинкерная плитка ADW Klinker (Германия) [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://all-klinker. ru/shop/fasadnaya_klinkernaya_plitka/adw_klinker/ (дата обращения 09.06.2016).
10. Намус [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// ns16.ru/(дата обращения 15.07.2016).
11. Дау Изолан [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.dow-izolan.com/ru/products/ (дата обращения 09.06.2016).
12. ГОСТ 7376-89. Картон гофрированный. Общие технические требования; введён с 01.01.1991. - М.: Изд-во стандартов, 1990.
13. ГОСТ 7025-91. Кирпич и камни керамические и силикатные; введён с 01.07.1991. - М.: Изд-во стандартов, 1991.
14. ГОСТ 16297-80. Материалы звукоизоляционные и звукопоглощающие. Методы испытаний (взамен ГОСТ 16297-70); введён с 01.01.1981. - М.: Изд-во стандартов, 1980.
15. ГОСТ 7076-99. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме; введён с 01.04.2000. - М.: МНТКС, 1999.
16. Формула торговли [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://shop.f-trade.ru/cas-mwp-600.html (дата обращения 07.06.2016).
17. Brüel & Kjœr Sound & Vibration Measurement A/S [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.bksv. ru/ (дата обращения 07.06.2016).
18. ООО «Альтами»[Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://altami.ru/microscopes/metallurgical/digi/ altami_met3t/ (дата обращения 07.06.2016).
19. ООО «СКБ Стройприбор» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.stroypribor.com/izmeriteli-teploprovodnosti-itp-mg4-100-itp-mg4-250.html (дата обращения 13.06.2016).
20. ГОСТ 16350-80. Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей; введён с 01.07.1981. - М.: Изд-во стандартов, 1980.
Literatura
1. SNIP 2.04.14-88 Teplovaya izolyatsiya oborudovaniya i truboprovodov; vveden s 01.01.1990. - M: Gosstroj SSSR, 1988.
2. SNIP 23-02-2003 Teplovaya zashhita zdanij. Aktualizirovannaya redaktsiya; vveden s 01.10.2003. - M: FAU «FTSS», 2012.
3. Ograzhdayushhaya konstruktsiya: opredelenie, vidy, metody montazha [Elektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://prosteny.com/ograzhdayushie-konstrukcii-opredelenie-vidy-metody-montazha/ (data obrashheniya 04.06.2016 g.).
4. Vash nezavisimyj dom dlya zhizni [Elektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://old.homeforlife.ru/m-fasadi/102-mat-termopaneli (data obrashheniya 15.04.2016 g.).
5. Stroitel'naya kompaniya OOO «RegStroj» [Elektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://www.regstroi.org/index.php. option=com_content&view=article&id=78&Itemid=79 (data obrashheniya 15.04.2016 g.).
6. Aktual'nyj vzglyad na fasadnye sistemy [Elektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://fasadevision.ru/fasadnye-paneli/termopaneli/proizvodstvo.html (data obrashheniya 12.04.2016 g.).
7. Fasad sovremennogo doma. Klinkernye termopaneli [Elektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://www.vashdom. ru/articles/MasterF_1.htm (data obrashheniya 21.04.2016 g.).
8. Fasadnaya klinkernaya plitka Houson (Kitaj) [Elektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://all-klinker.ru/shop/fasadnaya_ klinkernaya_plitka/houson/ (data obrashheniya 09.06.2016).
9. Fasadnaya klinkernaya plitka ADW Klinker (Germaniya) [Elektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://all-klinker. ru/shop/fasadnaya_klinkernaya_plitka/adw_klinker/ (data obrashheniya 09.06.2016).
10. Namus [Elektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http:// ns16.ru/(data obrashheniya 15.07.2016).
11. Dau Izolan [Elektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http:// www.dow-izolan.com/ru/products/ (data obrashheniya 09.06.2016).
12. GOST 7376-89. Karton gofrirovannyj. Obshhie tehnicheskie trebovaniya; vveden s 01.01.1991. - M.: Izd-vo standartov, 1990.
13. GOST 7025-91. Kirpich i kamni keramicheskie i silikatnye; vveden s 01.07.1991. - M.: Izd-vo standartov, 1991.
14. GOST 16297-80. Materialy zvukoizolyatsionnye i zvukopogloshhayushhie. Metody ispytanij (vzamen GOST 1629770); vveden s 01.01.1981. - M.: Izd-vo standartov, 1980.
15. GOST 7076-99. Materialy i izdeliya stroitel'nye. Metod opredeleniya teploprovodnosti i termicheskogo soprotivleniya pri statsionarnom teplovom rezhime; Vveden s 01.04.2000. - M.: MNTKS, 1999.
16. Formula torgovli [Elektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://shop.f-trade.ru/cas-mwp-600.html (data obrashheniya 07.06.2016).
18. OOO «Al'tami» [Elektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: http://altami.ru/microscopes/metallurgical/digi/altami_ met3t/ (data obrashheniya 07.06.2016).
19. OOO «SKB Strojpribor» [Elektronnyj resurs]. -Rezhim dostupa: http://www.stroypribor.com/izmeriteli-teploprovodnosti-itp-mg4-100-itp-mg4-250.html (data obrashheniya 13.06.2016).
20. GOST 16350-80. Klimat SSSR. Rajonirovanie i statisticheskie parametry klimaticheskih faktorov dlya tehnicheskih tselej; Vveden s 01.07.1981. - M.: Izd-vo standartov, 1980.
