Строительство

Панельное и крупноблочное строительство промышленных и энергетических объектов

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Поропласты называют также пенопластами, имея в виду процесс их изготовления путем вспенивания и последующего отверждения основного материала. Некоторые исследователи считают, что пенопласты следует отличать от поролластов по структуре (у пено-пластов поры замкнутые, не сообщающиеся между собой, а у поропластов—сообщающиеся). Однако это справедливо для идеальных условий; реальные материалы редко имеют однотипную структуру: ячейки пенопластов в значительной части не замкнуты, а поропласты, наоборот, имеют большое количество несообщающихся замкнутых ячеек1. В СНиП I-B.26-62 применен термин «поропласты» независимо от способа их изготовления.

Поропласты — легкие газонаполненные полимерные материалы, представляющие собой двухфазную систему: твердую или упруго-эластичную фазу — собственно полимер и газообразную фазу — наполнитель.

Сочетание двух различных фаз и ячеисто-пленочная структура обусловливают поропла-стам целый ряд особых свойств, выгодно отличающих их от других строительных материалов. Полимерная основа поропластов состоит из высокомолекулярных соединений. Полимеры по свойствам, важным для процесса формования и применения в изделиях, подразделяются на термопластичные и термореактивные. Термопластичные (термообратимые) полимеры с повышением температуры становятся пластичными, а с понижением — вновь переходят в стеклообразное состояние, причем такие изменения могут происходить многократно. К таким материалам относятся полистирол, поливинилхлорид, полиэтилен и др. Термореактивными (термонеобратимыми) полимерами являются такие, которые отвержда-ются при первом цикле нагрева за счет образования прочных дополнительных химических связей. Термореактивные полимеры не приобретают эластичности при повторных нагрева-

ниях. К этой группе относятся феноло-фор-мальдегидные материалы, эпоксидные, крем-нийорганические соединения и карбамидные смолы.

По химическому составу исходных полимеров поропласты подразделяются на: лоли-стирольные, поливинилхлоридные, полиурета-новые, полиэтиленовые, феноло-формальдегид-ные, эпоксидные, кремнийорганические, акриловые.

Поропласты могут быть весьма прочными и жесткими уже при объемном весе 50— 70 кг/м3, что несвойственно ни одному из других известных теплоизоляционных материалов. Слой поропласта толщиной 2,5 см с объемным весом 15—30 кг/м3 по теплозащитной способности эквивалентен слою пенобетона толщиной 25 см, слою древесины толщиной 15 см, слою древесно-волокнистых плит толщиной 8 см [Л. 18].

Требования, предъявляемые к изделиям из поропласта (плиты, скорлупы и сегменты), и их назначение приведены в табл. 7-1.

Полистирольные поропласты. Исходным сырьем для получения полисти-рольных поропластов является стирол, поли-меризованный в эмульсии и суспензии. Для получения его применяются следующие методы: прессовый, беспрессовый и непрерывный.

Основные строительные свойства полисти-рольных поропластов некоторых отечественных И зарубежных   марок  приведены в табл. 7-2.

 Физико-механические свойства полистироль-ных поропластов во многом обусловлены химическим составом и его структурой, т. е. характером расположения пор, их формой, величиной и толщиной сте::ок.

Наиболее перспективным методом производства полиетирольного поропласта в строительстве является беспрессовый метод. Беспрессовый метод позволяет организовать производство полистирола марки ПСБ на любом заводе железобетонных изделий и полигоне, имеющем пропарочные камеры.

Плиты из порополистирола при равномерно распределенной нагрузке 15 000 кГ/м2 сжимаются на 2% [Л. 17].

Зависимость коэффициента теплопроводности лорополистирола от объемного веса приведена на  7-2.

Широкому применению порополистирола в строительстве способствует простота его обработки и хорошая адгезия. Плиты из порополистирола легко пилятся, хорошо приклеиваются цементным раствором, а также синтетическими и битумными мастиками, не подвержены гниению. Недостатком, снижающим сферу применения порополистирола в строительстве, является его горючесть. В настоящее время изучением снижения горючести пе-нополистирола и разработкой состава самозатухающего поропласта занимаются как в Советском Союзе, так и за рубежом. Повысить огнестойкость порополистирола можно либо введением в полимер (в процессе полимеризации стирола) огнезащитных добавок, либо обработкой предварительно вспененных гранул огнезащитными составами. Предварительная обработка вспененных гранул полистирола солями аммония, трифосфатом, бромом, трех-окисью сурьмы и другими составами лишь частично снижает горючесть, делая его самозатухающим, т. е. горящим в пламени и затухающим при удалении источника тепла (см. самозатухающий поропласт ПС-Б-С с добавлением пламегасящих агентов в табл. 7-2. Обработка гранул поропласта ПС-Б растворами

солей NH4C1; (NH4)2SO4 и (NH4)2HPO4 резко снижает водостойкость и увеличивает во до поглощение его. Поэтому применение этих мер не может быть рекомендовано при использовании в строительных конструкциях, не защищенных от действия метеорологических факторов.

За рубежом широко распространены поропласты на основе полистирола разных фирменных названий: стиропор, огнестойкий фриголит, пореста (ФРГ); поли-стирен (Франция); полизот, мерлиселл, джиблит, бек-стрен (Англия); стюрокс (Финляндия); дайлайт, стиро-фоум (США); пластилот, умапор (Чехословакия); изо-лит (Австралия).

Производство порополистиролов и применение их в строительстве неуклонно растет из года в год.

В строительстве ФРГ, США, Франции, Японии и Швеции порополистирол находит широкое применение для изготовления плит типа сэндвича в качестве . внутреннего слоя, для наружных слоев применяют железобетон, асбестоцемент, листовой алюминии, древесноволокнистые плиты, листовой стеклопластик. В Советском Союзе полистирол марки ПС-Б иногда находит применение в качестве утеплителя в слоистых ограждающих конструкциях.

Феноло-формальдегидные  поропласты   (лорофенопласты). Сырьем для получения   их служат   феноло-формальдегидные смолы,  газообразователь    (порофор  ЧХЗ-57), отверждающие   добавки.   Отечественной   промышленностью     освоен     выпуск     порофено-пластов   путем   вспенивания   исходной    композиции непосредственно в конструкциях. По-рофенопласты     представляют     собой     материал   желтых   и   коричневых   тонов,   их   физико-механические    свойства    приведены      в табл.   7-2.  Макроструктура   порофенопластов имеет   хаотическое   расположение   пор,   сочетающее  замкнутые и  открытые ячейки   разной   величины    и   совершенно    неопределенной формы. Именно этим определяется большое    водопоглощение   порофенопластов.    Неправильный  геометрический скелет и некоторая рыхлость самого полимера являются причиной сравнительно   слабой  прочности   порофенопластов.

Порофенопласты огнестойки (при действии пламени обугливаются, но не горят), поропласт ФК-20-А20 более теплостоек, чем поропласт ФК-20, за счет введения в состав алюминиевой пудры. Изменения свойства этих по-ропластов разных составов в зависимости от температуры приведены в табл. 7--3-.

Благодаря дешевизне и доступности сырья, а также хорошим физико-механическим показателям и устойчивости против растворителей и химикатов порофенопласты являются перспективным строительным материалом.

Феноло-формальдегидные поропласты широко применяются в строительстве ФРГ, ГДР, США, Англии и Японии. В Чехословакии для сотовых стеновых панелей в качестве легкого заполнителя применяют поропласт крезолит объемным весом 180 кг/ж3.

В СССР поропласт ФРП-1 используют в трехслойных железобетонных панелях вместо керамзитобетона, что обеспечивает снижение веса панели на 33% {Л. 8].

Мочевино-форм альдегидные по

ропласты представляют собой отвердев

шую пену белого или желтоватого цвета. Оте

чественная промышленность выпускает поро

пласт, называемый мипорой. Мипора выпу

скается в виде блоков объемом 0,025—1,10 MS,

толщина блоков 200 и 100 мм. Физико-механи

ческие свойства мипоры по ТУ-24-4-0,1-016-67

и МРТУ-05-1112-68 приведены в табл. 7-2.

Недостатком мипоры является ее большое во-

допоглощение. Обладая очень малым объем

ным весом и малой теплопроводностью, ми

пора является хорошим теплозвукоизоляцион-

<ным материалом. Низкая прочность при сжа

тии позволяет использовать мипору лишь в ка

честве утеплителя в жестких конструкциях

трехслойных панелей для помещений, где от

сутствуют специальные требования к влаго-

устойчивости.

Этот вид поропласта сравнительно широко применяется за рубежом, в частности в ФРГ, и носит название ипорка. В некоторые сорта поропласта добавляется портландцемент, что позволяет получить более жесткий и прочный материал. Наиболее распространена ипорка с объемным весом 15 кг[м3, хотя в отдельных случаях она приготовляется с объемным весом до 100 кг/м3. Объем пор в ипорке   от 96 до   99%.   При   длительном

нахождении в воде объем поглощаемой воды достигает до 63% от объема, поэтому, применяя этот материал даже в условиях естественной влажности, следует предохранять его от увлажнения fJL 18]. Прочность его при сжатии крайне незначительна, при равномерно распределенной нагрузке 5 000 кГ/ж2 плита из ипорки сжимается на 5%-

Помимо ФРГ производство таких поропластов освоено в ГДР (пиатерм), Японии (ипорка), а также в Чехословакии, Польше, Болгарии, Англии, Италии, США, Франции (метод напыления*).

В Советском Союзе для заливки поропласта МПФ-1 в трехслойные конструкции создана передвижная малогабаритная пневматическая машина производительностью до 20 м3/ч, которая показала хорошие результаты.

П о л и в и н и л х л о р и д н ы е поропласты. Поливинилхлоридные поропласты — материалы желтого цвета с равномерной замкнутой пористой структурой. Ценность этого материала в том, что он горит только при воздействии источника огня, при удалении источника огня — гаснет.

Отечественной промышленностью выпускаются поропласты на основе поливинилхлори-да марок ПХВ-1 и ПХВ-2 (СТУ-9-90-61 и ТУМХПМ 411-56), ПХВ-А. Физико-механические свойства поропластов этого вида приведены в табл. 7-2. Размеры выпускаемых плит: 500X500, 1000X500 мм при толщине 40 ±3, 45±3, 50±4, 60±4 мм.

Зависимость прочностных характеристик поропласта ПХВ-1 от объемного веса приведена на графике ( 7-3). При отрицательных температурах жесткость и прочность поропласта ПХВ-1 возрастает на 20—30%, а при 60° С снижается примерно вдвое по сравнению с данными, полученными при испытании 20° С. Изменение величины коэффициента теплопроводности поропласта ПХВ-1 в зависимости от его объемного веса приведено в табл. 7-4 [Л. 1].

Беспрессовый жесткий поропласт ПВ-1 по своим свойствам аналогичен прессовым мате-рилам ПХВ, но себестоимость его значительно ниже. Интересными свойствами обладает поропласт винипор открыто ячеистой структуры. Он не имеет себе равных по   глушению

звуков высокой и низкой частоты и поэтому найдет широкое применение везде, где ведется борьба с шумом.

Поливинилхлоридные поропласты широко распространены за рубежом: Англии, США, Франции, Японии, ГДР и Польше. Во Франции выпускается поропласт клежесель, который применяется в качестве теплоизоляционного, акустического и герметизирующего материала для производства слоистых панелей, применяемых в сборном строительстве для фасадных плит, навесных панелей и передвижных перегородок. Он не стареет, но термопластичен [Л. 18]. В ФРГ, США, Японии и Польше поливинилхлоридные поропласты применяются для изготовления плит типа сэндвича.

Полиуретанов ые поропласты изготовляются на основе изоцианатов и полиэфиров [Л. 4, 19]. Свойства его зависят от строения исходных компонентов. Чем больше пространственных связей образуется в результате реакции между изоцианатом и полиэфиром, тем выше жесткость поропласта. Технология его изготовления (заливкой и напылением) может быть .приспособлена к любому виду производства, не требует громоздкого оборудования и больших производственных площадей. Однако ввиду ограниченной жизнеспособности вспениваемых композиций, исходное сырье должно быть перемешано в кратчайший срок, при этом должна быть обеспечена возможно полная гомогенизация всех компонентов, так как в противном случае поропласт получается неоднородной структуры и низкого качества.

В табл. 7-2 приведены основные свойства некоторых марок полиуретановых поропластов отечественного и зарубежного производства. Физико-механические   свойства   порополиуретанов так же, как и порополистирола, зависят от их структуры. Для их макроструктуры характерно большое разнообразие ячеек и замкнутые поры. Предел прочности и модуль упругости при сжатии с увеличением объемного веса поропласта растут по параболическому закону как у порополистирола, так и у пора-полиуретана. Водопоглощение порополиурета-нов незначительно (1 —1,5% по объему). По-лиуретановые поропласты обладают хорошей адгезией почти по всем материалам [Л. 39], легко склеиваются между собой, хорошо обрабатываются механическими инструментахми.

Порополиуретан горюч, добавки трихлор-этилфосфата и хлорпарафинов значительно снижают его горючесть. Однако добавки, как правило, снижают температуру размягчения поропласта и ухудшают его физико-механические свойства.

Отечественной промышленностью выпускаются тюрополиуретаны в виде блоков длиной 1 700 и 2 000 мм, шириной 1 000 мм и высотой ■не более 420 мм. Блоки разрезаются на листы толщиной от -5 до 100 мм. Листы могут быть как прямой резки, так и профильной (волнистой) .

Производство пенополиуретанов освоено в США, ФРГ, Англии, Швеции, Франции, Италии, ГДР и других странах.

При использовании поропластов в конструкциях необходимо учитывать резко выраженную зависимость их механических свойств от температуры и времени загружения. Влияние температуры на модуль упругости поропластов разных марок показано на  7-4. Как видно из  7-4, при нормальной и п снижен-

ной температурах предпочтение должно быть отдано пенополистиролу или порополивинил-хлориду. Однако максимальная рабочая температура для этих поропластов ограничена 60—80° С. Порополиуретан сохраняет работоспособность до 100—150° С.

Различные, почти универсальные свойства жестких порополиуретанов приводят к все более возрастающему применению их в самых разнообразных конструкциях. Такие преимущества, как возможность заполнения исходной композицией тюропласта ъ жидком виде пространства между плоскостями различной формы и конфигурации и возможность напыления на конструкцию или опалубку, позволяют создавать необходимое изделие с учетом толщины теплоизоляционного слоя и его необходимой прочности. Сочетание высокой степени адгезии порополиуретанов € их прочностью, легкостью и отличными теплоизоляционными свойствами используется в эффективных слоистых конструкциях. Получаемые на основе жесткого порополиуретана трех- и многослойные конструкции отличаются высокой механической прочностью и стойкостью к вибрационным нагрузкам.

Кр е м н и й о рт а н и ч е с к и й   пор оп л а с т и п о р о п л а с т на основе фено-л о - к F. у ч у к о в о й композиции с добавкой алюминиевой пудры имеют меньшее значение модуля упругости при низкой « комнатной температурах, но являются значительно более термостабильными материалами и при нагреве до 200—300° С имеют модуль упругости соответственно около 200—400 кГ/см2 [Л. 28].

Эпоксидные п о р о п л а с т ы. Эпоксидные поропласты — материал, получаемый в результате отверждения композиции, состоящей из эпоксидных смол, различных алифатических или ароматических аминов и вспенивающего агента. В течение последнего десятилетия большое внимание уделялось разработке способов получения и исследованию свойств пороэпоксидов [Л. 5]. К числу ценных качеств и достоинств эпоксидных поропластов относятся:

хорошая адгезия с различными материалами [Л. 6], обеспечивающая заполнение конструкций без применения специальных клеевых составов;

отверждение без выделения побочных продуктов с малой усадкой;

стойкость против многих кислот, большинства щелочей  и органических   растворителей;

хорошие теплостойкость и диэлектрические свойства при комнатной или повышенной температуре.

В табл. 7-2 приводятся физико-механические свойства некоторых пороэпоксидных композиций. Для эпоксидных поропластов характерна ячеистая структура с замкнутыми ячейками правильной геометрической формы, равномерно расположенными по всему объему.

Прочностные характеристики эпоксидных поропластов при растяжении и сжатии по абсолютной величине близки к соответствующим характеристикам порополиуретана (ПУ-101); они горючи, но путем несложного химического модифицирования их можно сделать самозатухающими. Благодаря положительным качествам, а также их способности выдерживать большие нагрузки они могут быть использованы для изготовления трехслойных стеновых панелей.

Некоторые фирмы США производят как предварительно вспененные блоки эпоксидных поропластов, так и композиции, вспенивающиеся на месте и не требующие при этом внешнего обогрева.

Анализ и сопоставление строительных свойств рассмотренных выше различных видов жестких поропластов позволяют утверждать, что наиболее перспективными в настоящее время материалами для использования в конструкциях стеновых элементов являются норопласты на полистирольной, поливинил-хлоридной, полиуретановой и эпоксидной полимерных основах.

Внедрение в практику строительства жестких поропластов, обладающих более высокими теплофизическими и механическими свойствами по сравнению с традиционными теплоизоляционным материалами, как, например, теплоизоляционные газо- и пенобетояы, мине-раловолокнистые плиты и пр., позволит повысить эффективность ограждающих конструкций и снизить их вес, а также будет способствовать дальнейшему повышению индустриализации строительного процесса.

Исследование поропластов в условиях Крайнего Севера

Представляет безусловный практический интерес опыт применения отеплителей стеновых панелей и поропластов в условиях Крайнего Севера. Выявленные значительные конструктивные недостатки в построенных на Крайнем Севере зданиях с панелями из внешних алюминиевых листов со средним отеплителем из поропластов (обогатительная фабрика № 3 в г. Мирном и здание радиорелейной линии) заставили прежде всего провести исследование изменений поропластов под влиянием значительных температурных колебаний.

В институте НИИМоестрой были исследованы изменения свойств поропластов ПСБ и ПХВ-1, эластичного пенополиуретана, а также минераловатных плит на фенольном связующем, цементного фибролита и газосиликата при переменном температурно-влажностном режиме среды.

Исследования позволили сделать следующие выводы:

1)         При   температурном     охлаждении    до —50° С и нагреве до  +50° С через 60 циклов поропласт ПСБ в сухой воздушной среде существенно уменьшается в объеме в значительно большей мере, чем в паровоздушной и особенно водной среде.

2)         Примерно такие же результаты получены  при  испытаниях пенопласта   ПХВ-1.   Это объясняется    малой     темперагуростойкостью полистирольных   и   полихлорвиниловых   поропластов, не превышающей +60° С.

3)         Неоднократный нагрев   до температур, близких  к   температуроетойкости,     приводит к  изменению   структуры   и   свойств   пенопластов.

4)         При воздействии температур с меньшим диапазоном колебаний  (—30—+25°С)  объем поропластов ПСБ и ПХВ-1 изменяется   мало.

5)         Образцы из пенополиуретана, темпера-туростойкость   которого     значительно    выше (120° С),  при   воздействии     знакопеременной температуры  (±50° С)  уменьшились в общем на 1—2%- Поэтому в северных районах пенополиуретан можно рекомендовать для утепления панелей при условии,  что они будут достаточно герметичными.

6)         Поропласт    ФРП-1   обладает    высокой температуростойкостью  (130^-150° С)  и поэтому можно ожидать (испытания еще не проводились), что в сухой воздушной среде он будет    более   стоек,    чем    пенолласты   ПСБ. и ПХВ-1. 

7)         Наиболее стойкими в сухой воздушной среде оказались минераловатяые плиты на фе-нольной связке.   Но  в  паровоздушной   среде наблюдалось    существенное    уменьшение    их объема, а испытаний в водной среде они не выдержали.

Для утепления алюминиевых панелей предпочтение   следует отдавать   более температу-

ре стойким и огнестойким пенопластам на основе фенольных смол и, в частности, поропла-сту ФРП-1. Кроме сравнительно малой стоимости, высокой температуре- и огнестойкости, он обладает технологическими преимуществами, так как его можно вспенивать внутри панели. Однако этот материал имеет несколько большую хрупкость и водопоглощение, чем полистирольные пенопласта.

Все эти данные, несомненно, имеют боль

шое значение не только для условий Крайне

го Севера, и, очевидно, исследовательская ра

бота по изучению изменений структуры и

свойств различных поропластов в различных

температурных условиях должна быть про

должена.