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:     | 1 || 3 |

Исследование долговечности теплоизоляционных материалов на основе пенополистирола

-- [ Страница 2 ] --

При определении физико-механических свойств пенополистирольных материалов применялись современные методы исследований, регламентируемые действующими стандартами. Испытания проводились на сертифицированном оборудовании в лабораториях ГОУ ВПО «ИГАСУ» и АНО «Ивановостройиспытания». Отбор образцов и определение их геометрических характеристик проводилось в соответствии с ГОСТ 15588-86. Плиты перед изготовлением образцов для испытаний выдерживались не менее 3 ч при температуре (22 ± 5)°С. Испытания образцов проводили в помещении с температурой воздуха (22 ± 5)°С и относительной влажностью (50 ± 5)% после предварительной выдержки их при этих же условиях не менее 5ч. В соответствии с указанным ГОСТ определялись: влажность, плотность, водопоглощение, прочность на сжатие при 10% линейной деформации, предел прочности при изгибе, предел прочности при растяжении. Теплопроводность образцов пенополистирола исследовалась согласно ГОСТ 7076-87. Твёрдость пенополистирольных образцов определялась по методу Шора согласно ISO 868 (DIN 53505, ASТМ D2240). Методика основана на способности материала сопротивляться постоянному углублению инородного тела.

В третьей главе представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований физико-механических свойств и структуры пенополистирола. Для прогнозирования поведения пенополистирола при различных факторах эксплуатации были получены корреляционные уравнения временного фактора от значения отклика аппроксимируемой величины – физико-механической характеристики. В качестве аппроксимирующей кривой была использована полиномиальная зависимость 3 степени, которая учитывает начальные условия.

Исследование фотостарения пенополистирольных материалов осуществлялось на экспериментальных установках ультрафиолетового (УФ) и инфракрасного (ИК) облучения, разработанных и изготовленных на кафедре «Строительная механика» ИГАСУ.

Согласно полученных данных коэффициент теплопроводности пенополистирольных образцов в результате фотостарения возрастает (рис. 1-2).

Результаты исследования физико-механических свойств пенополистирола вследствие фотостарения показали, что плотность материала падает, а водопоглощение возрастает за счет разрушения стенок ячеек и увеличения инфильтрации пенопласта (рис 3-4). Твёрдость уменьшается вследствие повышения поверхностной эрозии. Наблюдается растрескивание поверхности полимера и изменение его окраски.

Результаты исследования теплофизических свойств пенополистирола при теплостарении представлены на рисунке 5.

Рисунок 1

– Зависимость коэффициента теплопроводности пенополистирольных образцов от количества циклов испытаний на УФ облучение
Рисунок 2 – Зависимость коэффициента теплопроводности пенополистирольных образцов от количества циклов испытаний на ИК облучение
Рисунок 3 – Микроструктура экс-трудированного пенополистирола
Полиспен после 14 суток испытания
на фотостарение
Рисунок 4 – Микроструктура экс-трудированного пенополистирола
Полиспен после 56 суток испытания
на фотостарение

  Зависимости коэффициентов-6

Рисунок 5 – Зависимости коэффициентов теплопроводности пенополистирола
от количества суток испытаний на теплостарение при температуре +60 °С ±2 °С

Деструкция пенополистирола, вызванная теплостарением, аналогична процессам, протекающим при фотостарении. Скорость развития этих процессов зависит от температуры окружающей среды. Так, к 7 суткам испытания на теплостарение при температуре + 30°С наблюдается разрушение тонких оболочек структуры пенопласта и полной анизотропии её текстуры, что пагубно влияет на физико-механические и теплоизоляционные свойства исходного энергоэффективного материала. К 28 суткам наблюдения происходит полное раскрытие пленок ячеек с образованием сквозных микропор и увеличением степени закрытой и открытой пористости пенопласта.

Исследование деструкции пенополистирола во влажной среде проводилось в течение 1 года. Водопоглощение (рис. 6) и объемное расширение (набухание) определялось на влажном материале, а механические характеристики – на высушенных в соответствии с ГОСТ 15588-86 образцах.

Рисунок 6– Зависимость времени выдержки пенополистирольных
образцов в водной среде от величины водопоглощения

Исследования пенополистирольных материалов при пониженных температурах осуществлялись с использованием криостата компрессионно-термоэлектрического «Миконта – МТ» испытательной лаборатории
АНО «Ивановостройиспытания». Отобранные согласно ГОСТ 15588-86 образцы при различных условиях криостатирования (окружающая среда и температура) подвергались попеременному замораживанию и оттаиванию.

После проведения испытаний на морозостойкость у пенополистирола увеличилась величина открытой пористости образцов, что подтверждается уменьшением твёрдости в результате поверхностной эрозии. Образцы не подверглись короблению, их форма не изменилась, окраска материалов сохранилась в первоначальном виде. У образцов беспрессового пенополистирола произошло отслоение поверхностной пленки, которая образуется при вспенивании материала и отщеплении макроячеек – вспененных гранул (рис.7). Наибольшая величина потери массы наблюдается у образцов беспрессового пенополистирола с меньшими размерами гранул. Наиболее существенное влияние на пенополистирол оказывает водный раствор натриевой соли. Экспериментальные данные свидетельствуют о росте водопоглощения и уменьшении прочности на сжатие, что вызвано разрушением структуры пеноматериала.

Экспериментально доказано снижение твёрдости стирольных пластиков. Влияние низких температур приводит к разрушению ячеистой структуры материала с появлением поверхностных пустот, что связано с образованием открытой пористости. В связи с этим ухудшаются прочностные свойства, причём экспериментальные исследования показывают наибольшее ухудшение механических свойств при испытании в сухом состоянии. Это происходит за счёт деформации скелета поропласта вследствие перепада давления газа внутри и снаружи замкнутых ячеек. Ухудшение механических характеристик в результате разрушения ячеистой структуры материала и образования открытой пористости приводит к изменению теплофизических свойств пенопласта (рис. 8).

Рисунок 7 – Зависимость величины потери массы пенополистирольных образцов от количества циклов испытаний на морозостойкость в сухом состоянии Рисунок 8 – Зависимость коэффициента теплопроводности пенополистирольных образцов от количества циклов испытаний на морозостойкость в сухом состоянии

При испытании пенополистирола на действие низких температур экспериментальные данные свидетельствуют о потере массы материала и ухудшении его физико-механических свойств.

Построенные изохроны ползучести пенополистирола свидетельствуют о том, что характер ползучести в исследуемом диапазоне напряжений является нелинейным и зависит от плотности упаковки и размера зерен вспененного стирола. Изохроны беспрессового пенополистирола с более плотной структурой обладают четко выраженной площадкой установившейся ползучести. Изохрона пенопласта, структура которого сложена из крупных синтетических зерен (диаметром более 8 мм) свидетельствует о дискретности деформаций прямого последействия, вызванных не только деформацией осевого сжатия, но и значительным развитием деформаций сдвига. При малых уровнях напряжений, соответствующих 10-30% от напряжения, процесс деформирования сопровождается плавным уменьшением скорости ползучести и асимптотическим стремлением деформаций к некоторому предельному значению установившейся относительной деформации. С увеличением напряжения происходит увеличение деформации, приводящее к уменьшению долговечности материала.

В четвертой главе предложен метод расчета долговечности теплоизоляционных материалов на основе пенополистирола. Согласно теории надежности для определения долговечности полимерных строительных материалов под предельным состоянием для теплоизоляционных материалов понимают состояние, при котором эти материалы перестают удовлетворять требованиям по теплозащите. В соответствии с этим неоднородность свойств полимерных материалов и их изменчивость при эксплуатационных воздействиях имеют вероятностную природу. На результат исследований влияет нестабильность климатических факторов (циклические колебания температуры, влажности и других факторов), представляющих собой случайный процесс.

Для определения количества расчетных циклов колебаний тем­пературы в сечении теплоизоляционного материала этот слой разбивается на элементарных частей. Разбивка теплоизоляции на слои происходит по следующему принципу.

Из расчета требуемого сопротивления теплопередаче согласно СНиП II-3-79* по условию энергосбережения определяется требуемая минимальная толщина утеплителя . В расчет долговечности предложено принимать толщину утеплителя, исходя из производственных (заводских) типоразмеров (некоторый запас толщины ), но не менее толщины, необходимой по расчету требуемого сопротивления теплопередаче. За толщину слоя принимается величина . При отказе первого слоя утеплителя сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции становится равным требуемому сопротивлению теплопередаче по СНиП II-3-79*. При дальнейшей эксплуатации ограждающей конструкции значение её сопротивления теплопередаче перестает удовлетворять требуемому расчетному значению. Наступает отказ по теплозащитным свойствам.

Долговечность ограждающей конструкции с применением полимерсодержащих теплоизоляционных материалов определяется как время, прошедшее от начала эксплуатации конструкции до исчерпания ресурса (наступления отказа) первого слоя теплоизоляции, выраженное коэффициентом теплопроводности, изменяющимся не более чем на 30% по сравнению с начальным значением. Физический смысл данных значений эксплуатационного ресурса заключается в том, что за пределами этих значений изменения теплопроводности во времени носят нелинейный характер.

Согласно методике цикличных температурно-влажностных испытаний, предложенных НИИСФ РААСН, один цикл испытаний, включающий двукратное понижение температуры до -40 °С, чередующееся с нагревом
до +40 °С и последующей выдержкой в воде, эквивалентен по температурно-влажностному воздействию 1 условному году эксплуатации теплоизоляционного материала в многослойной ограждающей конструкции.

По европейским нормам долговечность пенополистирола оценивается по изменению его физико-механических характеристик в процессе 300 циклов попеременного замораживания-оттаивания. Материал считают удовлетворяющим требованиям ASTM C151207 и EN 12091:2007 (идентичен ГОСТ Р ЕН 12091-2010), если его прочность при сжатии снижается не более чем на 10% при прохождении испытаний. Методика определения долговечности заключается в попеременном замораживании при температуре минус 20°С и оттаивании в воде при температуре плюс 20°.

Предложено оценивать долговечность пенополистирольных изделий строительного назначения по смежной методике, учитывая экстремальность климатических условий России согласно которой один цикл испытаний, соответствующий температурно-влажностному воздействию 1 условного года эксплуатации пенополистирольного материала в многослойной ограждающей конструкции, включает плавное понижение температуры до -40±5 °С с криостатированием в течение 1 ч, дальнейшим нагревом до +20±2 °С и выдержкой в воде в течение 1 ч, а также последующим плавном подъеме температуры и теплостатированием при +50 °С в течение 1 ч. При этом материал следует считать удовлетворяющим эксплуатационным требованиям, если его свойства снижаются не более чем на 10% при прохождении испытаний.

Предельным состоянием теплоизоляционного материала следует считать состояние, при котором эти материалы, в том числе и стирольные пенопласты строительного назначения, перестают удовлетворять требованиям по теплозащите, т.е. изменением коэффициента теплопроводности .

В пятой главе представлены результаты исследований пожароопасности и токсичности пенополистирола. Показано, что изменение температуры, концентрации и давления кислорода на поверхности полимерной матрицы, влияет на процесс окислительной деструкции стирольных пенопластов. Влияние этих факторов усиливается с течением времени, вызванное их старением.

Пенополистирол является горючим материалом и имеет высокую теплоту сгорания ( > 39 МДж/кг), согласно EN ISO 1716:2002. При испытании согласно ГОСТ 12.1.044-89 пенополистирол теряет до 98% массы. Линейная скорость распространения огня по поверхности пенополистирола 1 см/сек, что объясняет чрезвычайно высокую скорость распространения огня. Самозатухающий пенополистирол в условиях пожара подвержен горению. Горение пенополистирола сопровождается обильным выделением густого чёрного дыма с выделением CO, свободного стирола, бензальдегида и аэрозолей, химический состав которых является ядовитым.

По результатам испытаний различных полистирольных материалов в натурных условиях пожара в продуктах горения обнаружены токсичные вещества, соответствующие классам токсической опасности Т2-Т3. Концентрация токсичных продуктов разложения, образованных внутри теплоизоляции, значительно уменьшается в результате доокисления (горения) и разбавления воздухом вне теплоизоляции.

Применяемые добавки антипиренов для производства самозатухающих разновидностей пенополистирола являются весьма токсичными веществами. Кроме этого при их разложении под действием высоких температур образуются смертельно ядовитые вещества.

Приведены рекомендации по применению пенополистирола в качестве строительного теплоизоляционного материала

ВЫВОДЫ

1. Разработанная физическая модель старения стиролсодержащих энергоэффективных материалов позволила установить, что основными факторами, влияющими на долговечность материала, являются естественная деструкция пенополистирола и действие агрессивной среды.

2. Проведенные всесторонние теоретические и экспериментальные исследования физико-механических свойств и структуры пенополистирола позволяют выявить наиболее эффективные области применения данного теплоизоляционного материала строительного назначения в зависимости от условий эксплуатации.

3. Детальное изучение макро- и микроструктуры пенополистирола при его старении позволило выявить основные физические закономерности деструкции полимерного материала.

4. Предложенная математическая модель, базирующаяся на применении метода цикличных температурно-влажностных испытаний, позволяет производить количественную оценку долговечности пенополистирольных материалов для теплоизоляции.

5. Проведенный аналитический и экспериментальный обзор пожароопасности и токсичности пенополистирола позволил выявить высокую степень пожарной опасности данного материала. Было обосновано, что применяемый в настоящее время в строительстве пенополистирол экологически опасен.

6. Доказано, что пенополистирол является эффективным теплоизолятором, но его применение в качестве теплоизоляционного материала строительного назначения не целесообразно и не безопасно.

7. Осуществлено внедрение результатов работы в учебном процессе при изучении дисциплин «Технология изоляционных строительных материалов и изделий», «Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре».

Основное содержание диссертационной
работы изложено в следующих публикациях:

В ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях,
определённых перечнем ВАК:

1. Гуюмджян, П.П. Исследование процесса старения пенополистирола в условиях ультрафиолетового и инфракрасного облучений [Текст] / П.П. Гуюмджян, С.В. Коканин, С.В. Цыбакин // Научно-технический журнал Вестник МГСУ, №4. Т.1 2010. – С. 92-96.

2. Коканин, С.В. Исследование реологических свойств пенопласта [Текст]/ С.В. Коканин // Журнал Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура, №4. 2010. – С. 59-66.

3. Гуюмджян, П.П. Влияние температуры, влажности, ультрафиолетового и инфракрасного облучений на старение пенополистирола [Текст] /
П.П. Гуюмджян, С.В. Коканин // Научно-технический журнал Строительство и реконструкция, №6. 2010. – С. 77-83.

4. Гуюмджян, П.П. Исследование физико-механических свойств пенополистирола при водопоглощении [Текст] / П.П. Гуюмджян, С.В. Коканин, С.В. Цыбакин // Научно-технический журнал Вестник МГСУ, №1.
Т.1 2011. – С. 79-85.

5. Гуюмджян, П.П. Деструкция пенополистирола при фото- и теплостарении [Текст] / П.П. Гуюмджян, С.В. Коканин, С.В. Цыбакин // Научно-технический журнал Вестник МГСУ, №1. Т.1 2011. – С. 86-91.

6. Гуюмджян, П.П. Исследование физико-механических свойств пенополистирола при теплостарении [Текст] / П.П. Гуюмджян, С.В. Коканин,
С.В. Цыбакин // Научно-технический журнал Вестник МГСУ, №1.
Т.1 2011. – С. 92-99.

7. Гуюмджян, П.П. Исследование старения пенополистирола под влиянием низких температур [Текст] / П.П. Гуюмджян, С.В. Коканин,
А.А. Пискунов // Научно-технический журнал Строительство и реконструкция, №1. 2011. – С. 54-60.

8. Гуюмджян, П.П. Исследование теплофизических свойств пенополистирола при его старении [Текст] / П.П. Гуюмджян, С.В. Коканин,
А.А. Пискунов // Научно-технический журнал Строительство и реконструкция, №2. 2011. – С. 69-75.

9. Гуюмджян, П.П. О пожароопасности полистирольных пенопластов строительного назначения [Текст] / П.П. Гуюмджян, С.В. Коканин,
А.А. Пискунов // Научно-технический журнал Пожаровзрывобезопасность, №8. 2011. – С. 4-8.

в прочих изданиях:



Pages:     | 1 || 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.