CC BY
37
бушина: учебник для архитектурных вузов. М.: Стройиздат, 1985. 256 с.
4. Кахраманова Ш.Ш. Региональный план развития Большого Баку - новый этап в развитии градостроительства Баку? // Азербайджанский архитектурно-строительный университет. Баку, Азербайджан, AMIT 2 (23) 2013. [Электронный ресурс]. URL: http://www.marhi.ru/AMIT/2013/2kvart13/ kahramanova/kahramanova.pdf (дата обращения 30.10.2014).
5. Большаков А.Г., Сельви А.А.С. Социальные факторы и архитектура Старого города Саны, их трансформация и
принцип преемственности в пространстве новой Саны: монография. Белгород: Изд-во БГТУ, 2014. 159 с.
6. Большаков А.Г., Оценка морфотипов застройки как отражение интересов и ценностей городского сообщества и их баланс как принцип градостроительной регенерации исторического центра // Вестник ИрГТУ. 2012. № 9. С. 89-97.
7. [Электронный ресурс]. URL: http:// http://www.ksam.org/index.php? mtype=news1&mid=124 (дата обращения 08.10.2014).
УДК 691-4
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ ПРИМЕНЕНИЯ ЛИТЫХ УТЕПЛИТЕЛЕЙ В ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАНИЙ
А
© Н.А. Емельянова1
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассматриваются технологические аспекты применения литых утеплителей (поропластов) в ограждающих конструкциях зданий. Экспериментально подтверждена технологическая возможность и техническая целесообразность возведения многослойных ограждающих конструкций зданий с поэтажной заливкой композитного утеплителя "Поропласт CF02" при отрицательных температурах окружающей среды. Ил. 1. Табл. 3. Библиогр. 6 назв.
Ключевые слова: многослойные ограждающие конструкции; литые утеплители; поропласты; композит "Поропласт CF02"; технология; структура; теплоизоляция.
STUDYING TECHNOLOGICAL ASPECTS OF CAST THERMAL INSULANT APPLICATION IN BUILDING ENVELOPES N.A. Emelianova
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article deals with the technological aspects of cast thermal insulants (porous foams) application in building envelopes. Experiments confirm the technological possibility and technical expedience of the multilayer building envelopes produced by floor-by-floor pouring of the composite thermal insulant "POROUS FOAM CF02" under subzero temperatures.
1 figure. 3 tables. 6 sources.
Key words: multilayer building envelopes; cast insulants; porous foams; "CF02 POROUS FOAM" composite material; technology; structure; thermal insulation.
Актуальность и постановка вопроса. В настоящее время ресурсо- и энергосбережение становится генеральным направлением современной технической политики строительного комплекса Российской Федерации [4]. Первоочередной задачей в области строительства, реконструкции и модернизации зданий жилого и общественного назначения является повышение их энергоэффективности, т.е. способности конструкций здания и его инженерных систем обеспечивать требуемые параметры микроклимата помещения при нормируемых [5] расходах тепловой энергии.
Решить проблему энергосбережения предполагается как за счет использования автоматизированных систем управления инженерным оборудованием, так и, главным образом, путем усовершенствования (усиления) тепловой защиты зданий, что практически означает увеличение термосопротивления наружных ограждающих конструкций.
Теоретические исследования, практика строительства и эксплуатации зданий показывают, что комплексное решение проблемы обеспечения технической надежности и тепловой защиты возможно посредством применения многослойных ограждающих конструкций, в которых между наружным и внутренними слоями располагается слой термоизолирующего материала (утеплителя). При этом выбор материала термовкладыша должен производиться с учетом сложных и разнонаправленных (в осенне-зимний и весенне-летний периоды) тепломассообменных процессов в ограждающих конструкциях зданий. В конечном итоге, именно сохраняемость кондиционных свойств утеплителя предопределяет эффективность и долговечность ограждения. Она достигается использованием термовкладышей с открытопористой структурой, обеспечивающей так называемый "динамический эффект теплоизоляции" [6]. Обеспечивая усло-
1Емельянова Наталья Александровна, ст. преподаватель кафедры строительных конструкций, тел.: 89645473106, e-mail: v07@istu.irk.ru
Emelianova Natalia, Senior Lecturer of the Department of Building Structures, tel.: 89645473106, e-mail: v07@istu.irk.ru
вия соизмеримости конденсации (зимой) и испарения (летом) влаги, ограждения с открытопористым утеплителем не нуждаются в устройстве пароизоляции. Таким образом, становится возможным без проведения ремонтов добиться долговечности утеплителя, сопоставимой со сроком эксплуатации конструктивного материала (кирпича, бетона и др.).
Свойства широкого спектра утеплителей регламентированы требованиями ГОСТ16381-77. Ранее [1] была доказана техническая целесообразность и экономическая эффективность использования в качестве теплоизолирующих материалов карбамидоформаль-дегидных пенопластов. Согласно проведенным исследованиям, они обладают открытопористой структурой и характеризуются малой объемной массой (у < 70 кг/м ), низкой теплопроводностью (X < 0,035 Вт/м-°С), практической негорючестью, химической и биологической стойкостью и высокой технологичностью. Последнее качество предопределяет возможность заливочного устройства термоизоляции и сравнительную простоту производства. Учитывая необходимость круглогодичного выполнения строительно-монтажных работ в реальных климатических условиях, становится актуальной экспериментальная проверка качества карбамидного поропласта, формируемого при различных температурных режимах.
Цель исследования: проверка технологической возможности поэтажной заливки литого композитного утеплителя "Поропласт CF02" при отрицательных температурах окружающей среды.
Методика проведения испытаний. Композит "Поропласт CF02" получали: путем формирования и сушки полимерной пены с использованием карбами-доформальдегидной смолы КФ-Ж (ГОСТ14231-88) плотностью 1260 кг/м3; поверхностно-активного вещества (ПАВ) "Волгонат"; ортофосфорной кислоты 84%-ой концентрации (ГОСТ 6552-80); модификатора УГМ (ТУ 177-2-22-93) и воды (ГОСТ 249202-81). Вспенивание водного раствора смолы 35%-ой концентрации и ПАВ осуществлялось сжатым воздухом в пеногенера-торной установке. В качестве мелкодисперсных присадок (до 15% по массе), способствующих формированию более стойких и менее усадочных структур, использовался тонкомолотый гипс.
Изготовление опытных образцов производилось путем заливки вспененного композита в вертикальные формы высотой 280 см и сечением 5*5 см, что полностью соответствовало требованиям технологического регламента [3] по контролю качества и однородности пенопласта. По истечению 20 суток - времени практического завершения процесса полимеризации и стабилизации влажностного состояния поропласта -опытные образцы распиливали на призматические фрагменты размером 50*50*250 мм. При этом их отбор осуществлялся на различных уровнях по всей высоте образцов, что позволяло оценивать однородность распределения структуры и физико-механических свойств сформировавшегося композита. В качестве критериев оценки приняты показатели плотности, пористости и влагосодержания, определение которых производилось в соответствии с требова-
ниями технических условий [2].
Что касается температурного режима процесса полимеризации, то в соответствии с целью исследования заливка и хранение образцов осуществлялись при:
- положительных температурах 18±5°С;
- кратковременном (2^3 часа) замораживании при температуре минус 9°С и дальнейшем хранении в режиме, указанном выше;
- длительном замораживании при температурах воздуха минус 5^15°С.
Возраст поропласта к моменту испытаний составлял не менее 36 дней.
Экспериментальная оценка пористости композита различных условий полимеризации выполнена по нормативно регламентируемой методике [2]. Кубические образцы поропласта, хранившиеся до испытаний в различных условиях более двух месяцев, высушивались при температуре 105±5°С до достижения постоянной массы. При этом охлаждение образцов перед очередным взвешиванием происходило в эксикаторах, содержащих хлористый кальций. Высушенные образцы помещали (с пригрузом) в ванну с водой.
Водопоглощение поропластов (в процентах по объему) определяли по стандартной зависимости [2]:
= ^^.100, Я V -Рв
где т - масса образца после насыщения водой, г; т - масса образца, предварительно высушенного до постоянной массы, г; V - объем образца, см3; р -
плотность воды, г/см .
Условно закрытую пористость композита "Поропласт CF02" определяли путем двухчасового насыщения образцов в горячей (температура 80^85°С) воде с последующим их охлаждением до стабилизации веса.
Основные результаты исследования и их обсуждение. Средние экспериментальные значения плотности и влажности поропласта различных температурных условий полимеризации и сушки представлены в табл. 1, а результаты их статистического обобщения - в табл. 2.
Как видим, плотность поропласта по всей принятой высоте заливки практически одинакова, независимо от температурного режима. Это наблюдается как по средним параметрам, так и в диапазоне показателей 95%-ой обеспеченности. Несмотря на имеющуюся тенденцию увеличения разброса экспериментальных данных плотности поропласта, полимеризующегося на морозе, практическое совпадение границ области 95%-ой обеспеченности подтверждает их принадлежность к одной генеральной совокупности.
Аналогичные выводы следуют также из анализа данных по распределению влажности. Установленная тенденция увеличения изменчивости и повышения влагосодержания композита, сформированного при отрицательной температуре, должна учитываться при оценке его теплоизолирующей способности.
Динамика изменения влажности (водопоглощения) поропластов представлена на рисунке.
Таблица 1
Распределение плотности и влажности по высоте заливки композита "Поропласт CF02"
Границы уровня отбора проб*, см Средние значения показателей при заливке в условиях
положительных температур кратковременного замораживания длительного замораживания
Влажность по массе, % Плотность, кг/м3 Влажность по массе, % Плотность, кг/м3 Влажность по массе, % Плотность, кг/м3
0*25 9,5 15,1 10,1 14,8 10,5 14,2
30*60 9,0 15,5 10,3 14,5 10,6 14,9
65*100 8,7 15,7 9,7 15,3 9,3 14,4
105*140 8,5 15,8 9,6 14,9 10,6 14,4
145*200 8,5 15,5 9,6 15,2 9,5 15,3
205*280 8,3 16,1 9,2 15,2 9,3 15,2
* Нулевой отметке соответствует уровень верхней плоскости заливки образцов.
Таблица 2
Распределение плотности и влажности композита "Поропласт CF02" _при различных условиях полимеризации_
Влажность, % 3 Плотность, кг/м
Условия полимеризации Среднее Дисперсия Коэффициент изменчивости Диапазон значений 95%-ой обеспеченности Среднее Дисперсия Коэффициент изменчивости Диапазон значений 95%-ой обеспеченности
Нормальные 8,71 0,25 5,74 7,7*9,7 15,6 0,29 3,5 16,1*13,9
Кратковременное замораживание 9,75 0,32 5,79 8,3*11,2 15,0 0,58 5,1 16,5*13,5
Длительное замораживание 9,96 0,63 8,27 8,3*11,6 15,7 0,55 5,1 16,2*13,2
о с О
ч о ш
60
50
Г 40 -
о
S X
о
=J о с
30
20
10
Образцы длительного замораживания
Образцы
кратковременного замораживания
Образцы нормальных условий полимеризации
0 20 40 60 80 100 Время , сутки
Кинетика водопоглощения поропласта
0
Анализ графически представленных данных позволяет утверждать, что рассматриваемые условия полимеризации практически не влияют на кинетику водопоглощения, что подтверждает тождественность сформировавшихся структур порового пространства. При этом максимальное содержание влаги не превышает 60% объема поропласта, а увеличение размеров - не более 5,5%.
Интенсивность поглощения более значима в первые сутки водного хранения, а стабилизация процесса происходит по истечении более ста суток. Это объяснимо наличием в структуре композита пор различной влагодоступности. Параметры статистического распределения пор, определенные по стандартной методике, представлены в табл. 3.
дится в диапазоне 91,5+98,8% общего содержания пор.
Основные выводы. В рамках проведенного исследования экспериментально установлены:
- тождественность структуры композита "Поро-пласт CF02" при его полимеризации в различных климатических (температурных) условиях, включая замораживание;
- "открытость" структуры композита "Поропласт CF02", позволяющая прогнозировать стабильность среднегодового водного баланса утеплителя и, как следствие, теплоизоляционных свойств многослойного ограждения.
Эти факторы предопределяют технологическую возможность и техническую целесообразность возве-
Таблица3
Характеристики структуры поропластов различных условий полимеризации
Условия полимеризации Характеристики структуры Значение характеристик, %
среднее дисперсия изменчивость диапазон 95%-ой обеспеченности
Нормальные Открытая пористость Закрытая пористость Объем стенок пор 95,20 3,05 1,75 3,516 0,020 0,005 1,97 4,64 3,87 91,552,771,41- -98,75 -3,33 -2,88
Кратковременное замораживание Открытая пористость Закрытая пористость Объем стенок пор 96,11 2,71 1,18 2,732 0,011 0,002 1,72 3,91 4,03 92,812,501,08- -98,41 -2,92 -1,28
Длительное замораживание Открытая пористость Закрытая пористость Объем стенок пор 96,20 2,68 1,12 1,761 0,012 0,002 1,38 4,05 5,11 93,542,461,01- -98,86 -2,90 -1,23
Таким образом, независимо от температурных условий полимеризации, композит "Поропласт CF02" характеризуется определяющим наличием открытой пористости, которая с 95%-ой обеспеченностью нахо-
дения многослойных ограждающих конструкций зданий с поэтажной заливкой композита "Поропласт CF02" в качестве теплоизоляционного слоя.
Статья поступила 28.10.2014 г.
Библиографический список
1. Левинский Б.В. Получение и применение пен в качестве теплоизоляторов при производстве горных и строительных работ в суровых климатических условиях. М.: Внешторгиз-дат, 1978. С. 348-359.
2. ГОСТ 17177-94 Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Методы испытаний. М.: Изд-во стандартов, 1996. 60 с.
3. Москвитин В.А. Эффективные слоистые каменные наружные конструкции с теплоизоляцией из композита "Поропласт СР02". Иркутск: Изд-во Иркут-Инвест, 2006. 16 с.
4. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: Федеральный закон от 23.11.2009 № 261 -ФЗ // Собрание законодательства Российской Федерации. 2009. № 48. Ст. 5711.
5. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий. М.: Госстрой России, 2004. 43 с.
6. Хатина Е.В. Динамическая теплоизоляция ограждающих конструкций зданий // Ползуновский вестник. 2011. № 1. С. 224-228.
