Повышение эксплуатационных свойств материалов слоистых ограждающих конструкций

Актуальность проблемы. Повышенные требования к теплоизолирующим показателям качества наружных ограждений существующих и вновь строящихся зданий вызывают необходимость использования эффективных теплоизоляционных материалов, способных в сочетании с другими материалами ограждений сохранять свои свойства в течение заданного промежутка времени в определенных условиях эксплуатации. Этим требованиям и прогрессивным тенденциям развития строительной технологии в наиболее полной мере отвечают слоистые ограждающие конструкции с утеплителем из заливочных пенопластов.

Однако данные обследований показывают, что несовершенная технология изготовления и неблагоприятные воздействия окружающей среды приводят к ухудшению показателей эксплуатационных свойств материалов слоистых ограждающих конструкций. Прежде всего, это относится к слою утеплителя из заливочных пенопластов, работающему в сложных температурно-влажностных условиях. В результате возникают различные отказы конструкций и не обеспечивается проектируемый уровень их надежности.

Проблема повышения и сохранения эксплуатационных свойств материалов указанных конструкций может быть решена на основе достаточно полного и точного описания закономерностей процессов формования отдельных слоев изделий, взаимодействия слоев между собой и с окружающей средойкорректных методов расчета технологических режимов и оборудования для их реализацииоценки изменения во времени основных эксплуатационных свойств материалов ограждений и своевременного восстановления утраченного уровня этих показателей.

Работа выполнена в соответствии с координационным планом проблемной комиссии 4.2 Национального комитета Рабочей группы социалистических стран, общесоюзной научно-технической программой 0.55.01 (задание.

03.01.04.06Т и 03.03.04), межвузовской научно-технической программой КНП-2000 (задание 04.75 и 05.54).

Цель работы. Повышение эксплуатационных свойств материалов слоистых ограждающих конструкций с утеплителем из заливочных пенопластов.

Задачи исследований:

1. Разработка теоретических положений по повышению эксплуатационных свойств материалов слоистых ограждающих конструкций с утеплителем из заливочных пенопластов при их изготовлении и эксплуатации.

2. Разработка эффективной технологии производства слоистых изделий и способов сохранения и восстановления их эксплуатационных качеств.

Научная новизна.

Разработаны теоретические положения повышения эксплуатационных свойств материалов слоистых ограждающих конструкций с утеплителем из заливочных пенопластов путем уменьшения неоднородности формуемого пенопласта за счет согласования параметров технологического оборудования с зависящими от состава и температуры композиции кинетическими характеристиками процесса ее растекания и вспенивания в полости утепляемого изделия, позволяющего создать условия для направленного формирования ячеистой структуры пенопластапрогнозирования и восстановления показателей основных эксплуатационных свойств материалов ограждений.

Получены зависимости параметров свободного растекания полимерных композиций по твердой поверхности от их массы, вязкости, плотности, поверхностного натяжения и краевого угла смачивания, позволяющие управлять распределением жидкой композиции в полости утепляемого изделия и выбирать оптимальные параметры заливочного оборудования.

Построено математическое описание процесса движения высоковязкой вспенивающейся полимерной композиции в перфорированном инъекторе и истечения из его отверстий (установившееся и неустановившееся, с переменным расходом и напором), учитывающее заливаемый объем, вязкость, плотность и время индукции композиции, плотность пенопласта, напор в смесительной головке заливочной машины и ее производительность, геометрические параметры инъектора (длину рабочей части, внутренний и наружный диаметры, угол наклона к горизонту, число выпускных отверстий и их диаметры) и позволяющее выбирать необходимые режимы процесса заливки композиции с высокой точностью.

Получены зависимости критических с точки зрения устойчивости процесса заливки геометрических параметров инъекторов от вязкости композиции и основных технических характеристик заливочного оборудования, а также формулы для оценки усадочных и температурных напряжений в пенопласте при производстве и эксплуатации слоистых конструкций, позволяющие оперативно выбирать эффективные технологические решения, обеспечивающие повышение эксплуатационных качеств изделий.

Получены кинетические характеристики процесса соленакопления в ограждающих конструкциях зданий калийных заводов. Установлено влияние солей на повышение сорбционного влагосодержания материалов ограждений.

Разработана математическая модель и программа для вычисления теплопроводности пористых влагои солесодержащих материалов с учетом диффузии паров воды в поровом пространстве. Установлено, что при одинаковом приращении объемной концентрации воды и соли теплопроводность пенопластов увеличивается значительно сильнее, чем традиционных стеновых материалов и проблема защиты слоистых ограждений с пенопластовым утеплителем от накопления влаги и солей является более острой.

Доказана осуществимость объемного обессоливания каменных конструкций в поле постоянного электрического тока малой плотности. Выявлены условия реализации этого процесса на кирпичных стенах и установлена зависимость удельного электрического сопротивления каменных материалов от их влажности, содержания и смесевого состава солей.

Установлена зависимость адгезии стыкуемых материалов при темпера-турно-влажностных воздействиях от засоленности и способа подготовки реставрируемой поверхности, типа и толщины восстанавливаемого слоя.

Предложены методы прогнозирования усталостной выносливости и долговечности трещиностойких лакокрасочных покрытий для защиты бетонной поверхности, а также остаточного срока службы материалов ограждений старинных зданий.

Практическое значение работы.

Разработана технология производства слоистых изделий с утеплителем из заливочных пенопластов, а также технология изготовления термопакета для стен строящихся и реконструируемых зданий.

Предложен способ объемного обессоливания и гидроизоляции каменных стен старинных зданий, а также способы повышения и сохранения эксплуатационных качеств ограждающих конструкций зданий, работающих в условиях солевого воздействия.

Предложены составы материалов для восстановления разрушенных поверхностей стен старинных зданий, увеличивающие межремонтные сроки.

Новизна и полезность подтверждены патентом, шестью авторскими свидетельствами и двумя положительными решениями на изобретение.

Результаты внедрения.

Результаты работы использованы на предприятиях корпорации «Мон-тажспецстрой» и ГПО «Мосметаллоконструкция» при изготовлении трехслойных панелей, а также институтом ГОСГОРХИМПРОЕКТ при проектировании стеновой панели.

Методы расчета режимов процесса заливки полимерных композиций и формования пенопласта при производстве слоистых конструкций изложены в учебном пособии «Математическое моделировании и ЭВМ». Полученные сорбционные характеристики стеновых материалов учтены в пособии в развитие СНиП П-3−79** «Строительная теплотехника». Зависимости для прогнозирования усталостной выносливости и долговечности лакокрасочных покрытий на основе ХСПЭ отражены в «Пособии по защите от коррозии железобетонных конструкций лакокрасочными покрытиями (к СНиП 2.03.11−85 и СНиП 3.04.03−85)». Разработан реставрационный норматив «Обессоливание кирпичных стен памятников архитектуры в поле постоянного электрического тока», который опробован при удалении солей из ограждений памятника архитектуры XVII в.

Разработанные составы строительных растворов использованы при до-компоновке белого камня на ряде памятников архитектуры.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при чтении лекций и выполнении дипломных научно-исследовательских работ.

Апробация. Результаты рйботы докладывались на: ежегодных научно-технических конференциях Брестского политехнического института (19 821 998 г. г.), I Международном Совещании по проблеме 4 «Научные исследования в области реставрации памятников истории, культуры и музейных ценностей» (Москва, 1982 г.), VI Всесоюзной конференции «Экспериментальные исследования инженерных сооружений» (Новополоцк, 1986 г.), Московской городской научно-практической конференции «Технический прогресс и ускорение строительства» (1988г.), Всесоюзной научно-технической конференции «Повышение качества и надежности продукции, программного обеспечения ЭВМ и технических средств обучения» (Куйбышев, 1989 г.), Международной конференции «Проблемы прочности и снижения материалоемкости конструкций» (Люблин, 1992 г.), Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития науки и подготовки инженеров высокой квалификации в Белорусской государственной политехнической академии» (Минск, 1995 г.), Международной конференции «Податливые соединения в стальных конструкциях» (Белосток, 1997 г.), Научно-методическом межвузовском семинаре «Перспективы развития новых технологий в строительстве и подготовке инженерных кадров Республики Беларусь» (Гомель, 1997 г.), Международном научно-техническом семинаре «Реконструкция зданий, сооружений и транспортных объектов» (Брест, 1997 г.).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из 299 наименований и 3 приложений. Работа изложена на 269 страницах и включает 17 таблиц, 41 рисунок.

10. Результаты работы включены в инструктивно-нормативные издания:

— Справочное пособие к СНиП Н-3−79. Расчет и проектирование ограждающих конструкций зданий / НИИ строит, физики. — М.: Стройиздат, 1990.

— Пособие по защите от коррозии железобетонных конструкций лакокрасочными покрытиями (к СНиП 2.03.11−85 и СНиП 3.04.03−85). — М.: Стройиздат, 1990.

— Обессоливание кирпичных стен памятников архитектуры в поле постоянного электрического тока: Методические рекомендации: Утв. научно-реставрац. советом объединения «Росреставрации». Прот. № 17 от 02.11.87. — М., 1990.

Созданные методы расчета использованы при проектировании технологического оборудования и выборе технологического регламента, позволяющего равномерно распределять полимерные композиции, а закрытых полостях слоистых панелей, снизить расход композиции на 5. 10% и уменьшить неблагоприятное влияние различных факторов на качество изделий. За счет замены физического эксперимента на вычислительный сэкономлены исходные материалы на сумму 37,65 тыс. руб. Использование рекомендованных составов при реставрации ряда памятников архитектуры принесло экономию 31,25 тыс. руб. Экономический эффект от применения разработанных методов и рекомендаций составит:

— при изготовлении слоистых панелей на технологической у линии мощностью 500 тыс. м в год 323 тыс. руб.;

— при проведении всего комплекса работ по консервации каменной кладки 17,8 руб. на 1 м² обрабатываемой поверхности;

— при защите железобетонных конструкций покрытиями на основе ХСПЭ 6.9 руб. на 1 м² поверхности конструкций.

Расчет выполнен в ценах 1990 года.