авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Исследование долговечности теплоизоляционных материалов на основе пенополистирола

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КОКАНИН Сергей Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
НА ОСНОВЕ ПЕНОПОЛИСТИРОЛА

Специальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделия

Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

Иваново 2011

Работа выполнена на кафедре «Производство строительных материалов» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет».

Научный руководитель: Заслуженный изобретатель Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Гуюмджян Перч Погосович ГОУ ВПО «Ивановский государственный
архитектурно-строительный университет»
Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Панов Юрий Терентьевич ГОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых»
Доктор технических наук, профессор Соколов Герман Михайлович ФГОУ ВПО «Костромская государственная сельскохозяйственная академия»
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ярославский государственный технический университет»»

Защита состоится «28» октября 2011 года в 10 часов на заседании объединенного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДМ 212.060.01 при ГОУ ВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 153037, г. Иваново,
ул. 8-го Марта, д. 20, ауд. Г-204; Тел.: (4932) 32-85-40
(http://www.igasu.ru/; E-mail: inf@igasu.ru)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановского государственного архитектурно-строительного университета (153037,
г. Иваново, ул. 8-го Марта, д. 20)

Автореферат разослан «26» сентября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент Н.В. Заянчуковская

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

В современных условиях строительства применяют широкий спектр теплоизоляционных материалов. Пенополистирол занимает одно из лидирующих мест по объему применения для теплоизоляции строительных конструкций как для наружной, так и для внутренней отделки помещений. Для достижения оптимальных условий эксплуатации наружную изоляцию защищают от атмосферных воздействий, армируя штукатуркой или вентилируемой облицовочной оболочкой. Широкое применение он нашел и в качестве теплоизоляции межэтажных перекрытий, крыш и фундаментов, а также для организации несъемной опалубки.

Энергоэффективность пенополистирола очень высока, но вместе с этим данный материал обладает рядом отрицательных свойств, к которым следует отнести недолговечность, пожароопасность и токсичность.

При эксплуатации, хранении и рециклинге пенополистирол разрушается под действием внешних и внутренних факторов. Внутренними факторами являются процессы, связанные с естественной деструкцией полимера. Внешние факторы – это действие жидких агрессивных сред, а также атмосферные воздействия (колебание температуры и влажности) и старение (фото- и теплостарение). При длительном воздействии этих факторов происходит изменение структуры материала и, как следствие, его физико-механических свойств. Естественная деструкция пенополистирольных пластиков накладывает дополнительное влияние на эти факторы.

Свойства пенополистирола меняются от воздействия не контролируемых случайных факторов. При проектировании новых и реконструкции существующих зданий теплоизоляция из пенополистирола практически не поддаётся точной численной оценке на долговечность и гарантированный срок службы. С целью достижения эффективной тепловой модернизации её физико-механические характеристики требуется определять с достаточной степенью точности. Проведенные ранее экспериментальные исследования не дают наиболее четкого и точного ответа о степени пригодности и долговечности теплоизоляционных строительных конструкций и изделий на основе пенополистирола. В связи с этим исследования в области определения долговечности пенополистирола как теплоизоляционного материала являются весьма актуальными. Актуальность выбранного научного направления подтверждается и тем, что вопросы дальнейшего применения пенополистирола как теплоизоляционного материала обсуждались на заседании круглого стола РААСН видными учеными и специалистами нашей страны. В результате работы круглого стола сформулированы следующие задачи: пенополистирол является одним из широко применяемых теплоизоляционных материалов как в нашей стране, так и за рубежом; применение пенополистирола в строительстве должно соответствовать всем строительным, пожарным и санитарно-техническим нормам, действующим в Российской Федерации; пенополистирол как теплоизоляционный строительный материал нуждается во всестороннем изучении как с точки зрения временной деструкции под воздействием внешних и внутренних факторов, так и долговечности.

Работа выполняется в соответствии с планом Правительства Российской Федерации №2727 П-П8 от 21.07.1996 г. раздел Технологическая реабилитация окружающей среды от техногенных воздействий, по которой проводятся исследования на кафедре «Производство строительных материалов» ГОУ ВПО ИГАСУ.

В рамках приоритетных направлений исследований РААСН, сформулированных на годичном собрании (г. Иваново, 2010), а также в итоговом документе заседания круглого стола «Проблемы и перспективы применения пенополистирола в строительстве» (г. Москва, 2011).

Цель работы: На основании всесторонних исследований создание теоретических основ прогнозирования долговечности пенополистирольных теплоизоляционных материалов для правильного проектирования, получения расчетных значений теплопроводности, влажности, механической прочности и морозостойкости при различных режимах работы конструкций, пожарной стойкости и экологичности, а также рекомендаций регламентирующих применение пенополистирола в строительстве.

Задачи исследований:

- провести анализ существующих методов теоретических и экспериментальных исследований долговечности теплоизоляционных материалов на основе полимерных связующих;

- разработать физическую модель кинетики старения энергоэффективных полимерсодержащих материалов в многослойной ограждающей конструкции и рассмотреть основные внешние факторы, влияющие на изменение структуры изделий на основе пенополистирола при длительной эксплуатации в условиях средней полосы России;

- получить экспериментальные результаты, позволяющие установить связь между физико-механическими свойствами пенополистирола в зависимости от условий эксплуатации;

- выявить структурные изменения материала под воздействием различных внешних и внутренних факторов;

- определить степень пожароопасности и токсичности пенополистирольной теплоизоляции в результате соприкосновения с открытым огнем;

- дать оценку пригодности полистирольного полимера при проектировании, возведении и эксплуатации зданий жилого назначения.

Методы исследования.

Использованы экспериментальные методы определения физико-механических свойств и структуры ячеистых органических материалов.

При обработке экспериментальных данных применялись как аналитические, так и численные методы. Обработка данных проводилась с использованием новейших программных комплексов персонального компьютера. Математический анализ и визуализация проводилась с применением программ экономико-статистических расчетов и графической интерпретации данных «Microsoft Excel» и «STATISTICA».

Теоретической и методологической основой исследований являлись разработки отечественных и зарубежных учёных в области исследования свойств и структуры, а также прогнозирования поведения и работоспособности энергоэффективных строительных материалов в различных условиях эксплуатации: Г. Штаудингера, А.Г. Дементьева, М.Л. Кербера, В.В. Мальцева, А.А. Берлина, В.В. Гурьева, В.Н. Финдлея, С.Н. Журкова, В.Е. Гуля, С.Б. Ратнера, И.Я. Гнипа, А.А. Тагера, В.И. Кершулиса,
А.Ф. Луковникова, Е.А. Мешалкина, И.Д. Симонова-Емельянова,
В.К. Крыжановского, Д.А. Клемпнера, В.А. Павлова, В.Г. Хозина,
Л.А. Абдурахмановой, Ю.Д. Ясина, В.П. Ярцева, Л.Д. Евсеева, Б.С. Баталина, В.С. Федорова, Э.Р. Галимова, Р.К. Низамова, А.С. Етумяна,
Е.А. Король, В.Г. Гагарина. Информационная база – научные труды, материалы научно-технических конференций, статьи в научных сборниках, периодических изданиях и глобальной сети Интернет по исследуемой проблеме.

Достоверность научных положений диссертации подтверждается:

- применением фундаментальных методов исследований органических материалов;

- сопоставлением теоретических и экспериментальных результатов, полученных в работе с данными, известными в научной и справочной литературе.

Научная новизна работы заключается:

- в создании теоретических основ прогнозирования долговечности пенополистирольных строительных материалов теплоизоляционного назначения, работающих при различных условиях, для качественного проектирования полученных расчетных значений теплопроводности, влажности, механической прочности и морозостойкости;

- в разработке условий, обеспечивающих благоприятные влажностные режимы работы пенополистирола в ограждающих конструкциях на основе результатов физико-механических исследований; уточнении вопросов пожарной стойкости, экологичности и области применения;

- в разработке методики для оценки взаимосвязи свойств и структуры применяемого в строительстве пенополистирола в зависимости от условий его эксплуатации;

- в получении закономерности процессов деструкции пенополистирольных материалов от условий их эксплуатации.

Практическое значение работы:

- предложена методика инженерного расчета долговечности стиролсодержащих материалов, применяемых в стройиндустрии в качестве конструкционных и конструкционно-теплоизоляционных изделий;

- разработаны практические рекомендации по применению пенополистирола для теплоизоляции зданий и сооружений;

- экспериментально изучено влияние различных факторов на физико-механические характеристики пенополистирола, производимого как в нашей стране, так и за рубежом;

- осуществлено внедрение результатов работы в учебном процессе при изучении дисциплин «Технология изоляционные строительных материалов и изделий», «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре».

На защиту выносятся:

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по прогнозированию долговечности пенополистирольных строительных материалов, работающих в условиях средней полосы России;

- результаты экспериментальных исследований структуры пенополистирольных строительных материалов;

- рекомендации для качественного проектирования, расчетные значения теплопроводности, влажности, механической прочности и морозостойкости при воздействии различных внешних факторов.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих региональных, всероссийских и международных конференциях: Международной научно-технической конференции Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов (Пенза, 2008, 2009), 61 Республиканской научной конференции по проблемам архитектуры и строительства (Казань, 2009), Третьих Воскресенских научных чтениях Полимеры в строительстве (Казань, 2009), Всероссийской научной конференции студентов, магистрантов, аспирантов, молодых ученых «Энергия молодых – строительному комплексу» (Братск, 2009, 2010), Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2009), Международной научно-технической Интернет-конференции «Строительная наука - 2010» (Владимир, 2010), XVII международной научно-технической конференции «Информационная среда ВУЗа» (Иваново, 2010).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 28 печатных работ, в том числе 9 статей в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка используемой литературы. Общий объем работы составляет 169 страниц печатного текста, содержит 79 рисунков, 12 таблиц. Библиографический список включает 152 работы отечественных и зарубежных авторов.

Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 05.23.05 – «Строительные материалы и изделия» по следующим пунктам: п.4. Разработка методов прогнозирования и оценки стойкости строительных материалов и изделий в заданных условиях эксплуатации; п.8. Развитие системы контроля и оценки качества строительных материалов и изделий; что определяется целью работы

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и цель работы, сформулированы основные задачи, изложены теоретические и методологические основы исследований, дана краткая характеристика научной новизны и практической значимости работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен обзор и анализ литературных данных о состоянии теории и практики, проблемах и задачах, связанных с определением долговечности и применением пенополистирольных теплоизоляционных материалов в стройиндустрии.

Промышленное производство полистирольных пластиков (средняя молекулярная масса (ММ) 80-100 тыс.), представляющих собой термопластичный материал, химический состав полимерной части которых содержит мономер стирол, насчитывает более 70 лет. Расширение производства пенополистирола сопровождается усовершенствованием технологических процессов их получения.

Приводится состав и технология производства органического материала. Структура пенополистирола в зависимости от технологии его производства представляет собой ячеистую и надъячеистую структуру. Каждое гранульное образование является пористым телом, содержащим замкнутые ячейки. Между гранульными образованиями в структуре материала встречаются газовые полости, раковины и другие структурные дефекты. Диаметр сферических частиц (гранул), спёкшихся между собой, равен 3-10 мм. Внутри каждой гранулы имеются микроячейки диаметром 10-200 мкм. Толщина полимерных стенок микроячеек колеблется в пределах 1-2 мкм.

Ячеистая структура пенополистирола имеет значительную неоднородность, что приводит к разбросу физико-механических показателей. Это, а также одновременное взаимное влияние различных параметров макроструктуры на физические и механические свойства материалов, необходимо учитывать при структурных исследованиях. Установление связи между характеристиками структуры и физико-механических свойств пенополистирола является важнейшей задачей в проблеме направленного регулирования его эксплуатационных свойств.

Строительные материалы и изделия на основе пенополистирола обладают рядом характерных свойств: малая плотность, достаточная механическая прочность, небольшая величина водопоглощения и гигроскопичности, а также низкая теплопроводность. По этим показателям они превосходят большинство теплоизоляционных материалов природного и искусственного происхождения.

Несмотря на то, что на сегодняшний день полимерные энергоэффективные материалы по теплозащитным свойствам не имеют аналогов, отсутствуют исследования в области долговечности и установлении гарантированного срока службы ограждающих конструкций, теплоизоляцией в которых служит пенопласт на основе полистирола. Возникает вопрос о целесообразности его использования в стройиндустрии в качестве многослойных изделий подобного типа, так как гарантированный срок эксплуатации составляющих их материалов неоднозначен. В связи с этим отсутствует официально утвержденная методика определения долговечности пенополистирольных плит и ограждающих конструкций с его применением. Основным препятствием в ее разработке является неординарное поведение пенополистирола в условиях эксплуатации. Стабильность его теплофизических характеристик во времени в большой степени зависит от технологии изготовления и совместимости с другими строительными материалами в конструкциях стен и покрытий. Необходимо учитывать воздействие ряда случайных эксплуатационных факторов, ускоряющих естественный процесс деструкции пенополистирола.

Во второй главе рассмотрены деструктивные факторы пенополистирола и физикохимия процессов его разрушения, приведено описание исходных материалов и веществ, которые применялись в процессе исследований. Приведены сведения о структуре ячеистых пенопластов. Представлена методика проведения эксперимента и испытаний образцов в соответствии с ГОСТ и EN.

Прочность твёрдых тел рассматривается в двух аспектах: в физическом (физико-химическом) – как результат взаимодействия атомов, ионов и молекул, обусловливающий теоретическую прочность, и в структурном, при котором дефектность материала в изделии определяет техническую прочность материала, отличную от теоретической прочности.

Согласно кинетической концепции прочности разрушение твёрдого тела рассматривается не как критическое событие, а как постепенный кинетический, термоактивационный процесс, развивающий в механически напряжённом теле во времени с момента приложения к нему нагрузки, в том числе меньше критической.

Свойства полимерных пен сильно зависят от строения ячеек, которые могут быть изолированными или сообщающимися и иметь различную форму. Структура пенополистирола состоит из тяжей (стержней), вершин (узлов) и тонких оболочек (пленок), образуя ячейки, заполненные газом. Грани ячеек могут быть квадратными и шестиугольными. Отдельные стенки ячеек изогнуты, тяжи не искривлены и имеют переменное сечение (утолщение вблизи узлов).

В качестве исследуемых материалов применялись образцы беспрессового (EPS – expanded polystyrene) и экструзионного (XPS – extruded polystyrene) пенополистирола отечественного и зарубежного производства. Исследовался беспрессовый пенополистирол различной плотности и размера вспененных синтетических гранул производства компании ЗАО «Мосстрой-31» и ООО «ТРЕС+». Исследования экструдированного пенополистирола проводились на образцах германской фирмы «URSA Deutschland GmbH» и отечественного производителя ООО «Полиспен».



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.