© Владимир Янюшкин, Gipso
БЫСТРОТВЕРДЕЮЩИЙ НЕГОРЮЧИЙ УТЕПЛИТЕЛЬ
ПЕНОГИПСОПОЛИСТИРОЛ
Ключевые слова:
ГИПСОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ; ВСПЕНИВАЮЩИЙСЯ ПОЛИСТИРОЛ; ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА; ОГНЕСТОЙКОСТЬ; ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ; СТРОИТЕЛЬНЫЙ 3D ПРИНТЕР.
Дано описание применяющихся материалов. Произведен подбор составов для бетонов с различной плотностью. Изучены физико-механические и эксплуатационные свойства. Разработаны технологические регламенты изготовления бетона и вспенивания полистирола. Даны спецификации рекомендуемого оборудования.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение и постановка задачи исследования.
2. Подбор составов и определение их физико-механических и эксплуатационных свойств.
3. Технология вспенивания полистирольных гранул.
4. Описание технологических регламентов на выпуск различных видов изделий.
5. Выводы по отчету.
1. ВВЕДЕНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью проведенной научно - исследовательской работы является создание быстротвердеющего утеплителя на низко марочном гипсовом вяжущем с наполнителем из вспененных полистирольных гранул. Известны цементные бетоны с полистирольным наполнителем, к недостаткам у которых можно отнести длинные сроки схватывания, необходимость пропарки изделий и значительное количество в составах цементного вяжущего. Пеногипсополистирольный (ПГП) утеплитель изготавливается по литьевой технологии, его можно перекачивать по шлангам, сроки твердения, в зависимости от применяемых добавок, можно изменять от 2 до 20 минут. В отличие от плитного полистирольного утеплителя, не имеющего огнестойкости, изделия из ПГП, в зависимости от средней плотности материала, относятся к классу трудногорючих или трудно воспламеняющихся. В проведенной фирмой исследовательской работе не ставится задача получить ПГП с наибольшей прочностью. Если прочность для каких-либо изделий окажется недостаточной, можно применить традиционные пути, такие как переход на более высокие марки гипса, использование в составах цементной добавки, армирование изделия и т.п. В исследованиях подбирались составы и технологии, обеспечивающие следующие характеристики ПГП: средняя плотность - 100...400 кг/м.куб.; предел прочности при сжатии - 0,05...1,5 МПа; расформовочная влажность по массе - 70...20%; коэффициент теплопроводности - 0,05...0,15 Вт/мК.
- гипсовое вяжущее (ГОСТ 125-79) В- модификации;
- портландцемент М 200 - 400;
- вспененные полистирольные гранулы, изготовленные из вспенивающегося полистирола (ОСТ 6-05-202-83), представляющего собой продукт суспензионной полимеризации стирола в присутствии парообразователя с марками ПСВ и ПСВ-с;
- возможно использование дроблённых отходов полистирольных форм;
- пластификатор - лигносульфонат технический (ЛСТ) марки "В"
- пенообразователь - универсальный синтетический моющий порошок "Лотос", ОСТ 6113-101-71 или заменитель.
2.1. Подбор составов осуществлялся в два этапа, первый из которых: получение ПГП с различной средней плотностью и постоянной удобоукладываемостью (осадка стандартного конуса - 10 см по ГОСТ 10181.1-81) и изучение их физико-механических свойств. Исследуемые составы и их свойства приведены в таблице 2.1.
Составы на 1 м. Куб. ...............Ед. изм. ..................NN составов
и их свойства ..................................................................1...........2...........3...........4.........5_
Гипсовое вяжущее...................... кг..........80...... 110...... 145.....190 .....290
Вспененный полистирол ............л .........870..... 860...... 840.....830..... 800
Пенообразователь ......................кг........ 0,13..... 0,14.... 0,16.. .0,17.... 0,21
Вода .............................................л......... 85.........90....... 105.... 115.... .140
ЛСТ (сух.) ....................................кг........ 0,22...... 0,33.... 0,44... 0,57... 0,87
Средняя плотность сухого
материала .............................кг/м. Куб....100...... 130...... 180.....240......350
Влажность расформовочная
(по массе) .....................................%........ 72........ 60........ 45........30........26
Коэффициент теплопроводности
в сухом состоянии................ Вт/(мК).... 0,05...... 0,06......0,08... 0,09.... 0,10
Коэффициент теплопроводности при
сорбционной влажности........ Вт/(мК).....0,07..... 0,08..... 0,10.... 0,11.. .0,13
Сорбционная влажность ..........%......... 3,5....... .4,0....... 4,2...... 4,4...... .5,2
_____________________________________________________________
В этом эксперименте соотношение пенообразователя и воды затворения было постоянным и равнялось 0,15%. При меньшем количестве пенообразователя получалась нестабильная пена, что приводило к расслоению пеномассы и, как следствие, к образованию неравномерной структуры материала.
Коэффициент теплопроводности из представленных составов определялся по ГОСТ 7076-78.
Сорбционная влажность (увлажнение образцов при хранении над водой) определялась по ГОСТ 17177.5081.
Нами исследованы пути увеличения удобоукладываемости ПГП смесей путем изменения водовяжущего отношения и количества применяемого пенообразователя.
Изучаемые составы и их свойства приведены в таблице 2.2.
................................................................................................Таблица 2.2.
Составы на 1 м.Куб.................. Ед. изм .................NN составов
и их свойства...............................................1........ 2........3...........4............5 _________________________________________________________________________
Гипсовое вяжущее........................кг....... 145...... 145.... 145..... 145...... 145
Полистирол вспененный .............л .......840.... ..840.... 835..... 828....... 825
Пенообразователь .......................кг........0,16..... 0,18..... 0,2.... 0,23....... 0,3
ЛСТ (сух.).......................................кг...... 0,44...... 0,44... 0,44.... 0,44...... 0,44
Вода...............................................л.........105....... 110..... 110... ..115...... 120
Осадка конуса.......................... ...см........10......... 13........ 15 ..... ..20.......25
Средняя плотность сухого...кг/м. Куб.....180.... ..180... .180..... 180....... 180
Предел прочности при сжатии .МПа ....0,09..... 0,08..... 0,07.... 0,07.....0,05
Влажность расформовочная .....% ........46........ 49........ 49....... 51....... .54
Время начала схватывания ......мин..... 30........ 40........ 50....... 60......... 70
Водопоглощение (по массе) .......% .........60....... 60........ 65....... 65......... 70
Водовяжущее отношение ......................0,72 ....0,78.......0,77... .0,79.... 0,83
__________________________________________________________________________
Таким образом, при подборе состава пеногипсополистирола с определенной средней плотностью и удобоукладываемостью можно пользоваться приведенными данными с обязательным учетом водопотребности (нормальной густоты) применяемого гипсового вяжущего. Данные о кинетике сорбционного увлажнения ПГП, определенные по ГОСТ 17177.5-81 приведены в таблице 2.3.
....................................................................................................Таблица 2.3.
_______________________________________________________________________ Средняя ....................................Изменение влажности (по массе, в %)
плотность...........................................................от сухого ПГП .........................................................................время, - (сут.).
кг/ м.куб.....................................5 .........15....... 39........ 69........ 91....... 150
100................................ ...........2,4....... 3,3...... 4,0....... 4,7....... 4,8........ 4,5
120........................................... 1,5....... 1,9...... 3,6....... 3,4....... 3,2........ 2,9
250........................................... 1,5........ 2,5..... 3,8....... 3,8....... 4,2........ 4,1
310........................................... 1,5........ 2,5..... 3,7....... 3,9....... 5,4........ 5,2
Среднее значение
влажности............................... 1,7........ 2,6..... 3,8 ........4,0....... 4,4....... 4,2
______________________________________________________________________
Пределы прочности при сжатии, определенные по ГОСТ 17177.10-81 для образцов ПГП с различной средней плотностью представлены в таблице 2.1. Для сравнения следует отметить, что прочность плитного полистирола находится в пределах 0,1 МПа. При определении прочности на сжатие при 10% деформации по ГОСТ 17177.9-81 выяснилось, что ПГП имеет хрупкую природу разрушения и поэтому эта характеристика не имеет технического смысла. ПГП с различной средней плотностью испытан на огнестойкость методом керамической трубы в соответствии с ГОСТ 12.1.044-84.
Согласно протоколам испытаний, представленных в приложении 2.1, ПГП со средней плотностью менее 300 кг/м.куб. относится к группе "горючий трудновоспламеняющийся", а при средней плотности более 200 кг/м.куб. - к группе "трудногорючий"
.
ГРАНУЛ
Сырьем для производства гранул служит полистирол суспензионный (бисерный), вспенивающийся натуральный ПСБ или самозатухающийся ПСБ-С (ОСТ 6-05-202-83), который получают суспензионной полимеризацией стирола в присутствии изопентана (вспенивающего агента-газообразователя). Массa исходных гранул полистирола 450-550 кг/м.куб. после вспенивания уменьшается до 15-25 кг/м.куб. Для каждой партии полистирола существует оптимальное время вспенивания при определенной температуре, когда устанавливается равновесие между порциальным (внутри гранулы) и внешним давлением. Более длительное вспенивание ведет к разрушению гранул, образованию пористой структуры и повышению объемного веса. Процесс вспенивания происходит при помощи водяного пара с температурой 90-120 С. При этом в зависимости от размера гранул и содержания парообразователя объем гранул увеличивается в 10-30 раз.
Вспениватель непрерывного действия работает по следующей схеме (чертежи N 111.00.00.000 прилагаются):
Порядок работы на вспенивателе:
- прием и перегрузка вспененного полистирола;
При окончании работы сначала прекращается подача биссера в шнек, затем подача пара, вспениватель охлаждается сжатым воздухом и только потом выключается вращение гребенки рыхлителя. Оператор периодически взвешивая порции вспененных гранул, добивается оптимального режима, при котором полистирол выходит с минимальной средней насыпной плотностью (15-25 кг/м.куб.).
Технические характеристики вспенивателя фирмы "GIPSO":
1. Производительность - 3 м.куб./час
2. Расход пара не более - 8 кг/час
3. Установленная электрическая мощность - 1,47 кВт
4. Расход сжатого воздуха не более - 1 м.куб/час
5. Габаритные размеры: высота - 1,8 м, длина - 1,4 м, ширина - 0,6 м
6. Вес - 400 кг
7. Объем камеры вспенивания - 130 л
8. Расход пара - 5 кг/час
9. Диаметр камеры вспенивания - 0,45 м
10. Высота камеры - 1,0 м
11. Количество оборотов вала мешалки - 60 об/мин.
Гранулы пенополистирола обладают гигроскопичностью, не превышающей 0,4% по массе, водопоглощением - 0,5-3% по объему, низкой коррозионной активностью. Гранулы не поддаются гниению, обладают высокой биостойкостью, не разрушаются под действием микроорганизмов. Гранулы обладают способностью электризоваться. При загрузке в бункеры и перемешивании гранул во время вспенивания, оператор может быть подвержен электрическому разряду в результате образования на гранулах зарядов статического электричества. Кроме того, наэлектризованные гранулы прилипают к оборудованию и притягивают пыль. Исходя из вышесказанного, вся система изготовления и подачи полистирольных гранул должна быть надежно заземлена. Всесоюзным научно-исследовательским институтом полимерных строительных материалов разработана опытно-промышленная установка для многократного вспенивания полистирола. Паспорт ТУ 5724-00-00-00-00 ПС 1985. Установка предназначена для многократного вспенивания полистирольного биссера, она должна работать в условиях закрытого помещения, класс помещения П-11а по ПУЭ ("Правила устройства электроустановок"). Климатическое исполнение - УХЛ, категория размещения - 4 по ГОСТ 15150-69.
Техническая характеристика. Общие данные.
1. Производительность номинальная при вторинчом вспенивании и насыпной объемной массе 12-15 кг/м.куб. не менее 40 м.куб/час.
2. Расход пара не более 150 кг/час.
3. Установленная электрическая мощность 10,3 кВт.
4. Расход сжатого воздуха - не более 0,5 м.куб/мин.
5. Габаритные размеры: длина - 4500 ширина - 4150 высота - 4500 (мм.) 6. Вес не менее 3500 кг.
Тип вспенивателя - двухкамерный, с двумя питателями (N 5724-01-0000-00).
Объем камеры вспенивания - 1,4 м.куб
Расход пара не более 90 кг/час
Давление в паровой камере - 0,1-0,15 кг/см.кв
Диаметр камеры вспенивания - 850 мм
Высота камеры вспенивания - 2500 мм
Количество оборотов весла мешалки - 47 об/мин.
Принцип работы.
Установка работает в двух режимах: режиме первичного вспенивания гранул полистирола (для изготовления в дальнейшем плитного полистирола) и режиме вторичного вспенивания первоначально вспененного полистирольного гранулята.
Фирме известны следующие адреса заводов-изготовителей вспенивающегося полистирола:
- г.Салават, Башкирия, п/я М-5515;
- г.Актау (Шевченко) Мангистауской области, Республика Казахстан, Завод пластмасс;
- Тульская область, Узловское производственное объединение "Пластик".
Фирмой предлагаются изготовленные из ПГП слои утепления вентилируемых чердаков, штучных элементов теплоизоляции трубопроводов, теплоизоляционных плит и вкладышей опробированы фирмой на строительстве зданий и сооруженй монолитных перекрытий. По технологии изготовления слоев для теплоизоляции чердаков нами опробован выпуск экспериментальных трехслойных панелей с несущими железобетонными слоями и центральным утепляющим слоем.
Патент: 1390035 "Устройство для приготовления поризованных строительных смесей".
Патент: 1449561 "Способ изготовления поризованных строительных смесей"
- железобетонные перекрытия должны быть изолированы (битумная эмульсия, битумно-латексная мастика или полиэтиленовая пленка) со стороны чердака;
- все металлические коммуникации должны быть защищены от коррозии или вынесены из слоя ПГП;
- слой ПГП должен быть просушен и защищен от увлажнения, а до устройства гидроизоляционного покрытия эксплуатироваться должен в вентилируемом и защищенном от влаги помещении.
Технология изготовления ПГП:
- заготовка вспененного полистирола и доставка на объект;
- загрузка в смеситель гранул вспененного полистирола;
- подача в смеситель воды, пенообразователя и специальных добавок;
- перемешивание компонентов для взбивания пены;
- постепенная подача в смеситель гипсового вяжущего (по методу сухой минерализации);
- выгрузка смеси и подача ее на место укладки.
Изготовление гранул полистирола:
- в специальном мобильном агрегате непрерывного действия - 2...4 м.куб/час (см.чертежи N 111.00.00.000);
- в стационарных условиях: например, установка непрерывного действия, разработанная институтом ВНИИстройполимер. См.раздел 3. Возможные схемы производства работ:
1. полистирольные гранулы вспениваются в стационарных условиях (см. I вар и III вар);
- полистирол дозируется совместно с пенообразователем, водой и специальными добавками в автобетоносмеситель, например, СБ-92А емкостью 4...5 м.куб.;
- во время транспортирования к объекту смесь перемешивается и взбивается пена;
- на строительной площадке в смеситель засыпается порция гипсового вяжущего и продолжается перемешивание до получения равномерной ПГП смеси;
- смесь перемещают в насосную установку и подают на место укладки утепляющего слоя.
Полистирольные гранулы изготавливаются в стационарных условиях (см.II вар).
- гранулы перевозятся на стройплощадку (20 кг/м.куб
- насыпной объемный вес) и помещаются в смесительную установку (например, гравитационную СБ-16 В (330 л), принудительного действия СБ-80А (250 л) СБ-141 (375 л), СБ-97 (325 л) и т.п.);
- после перемешивания гранул с водой, пенообразователем, добавками и затем с гипсовым вяжущим смесь подается в насос и перемещается нам место укладки. Насосами могут служить: автобетононасос СБ-126 (6...52 м. куб/час, дальность подачи - 400 м/80 м), БН-80-20 (9...60 м.куб/час, вылет стрелы - 20 м) или пневмонагнетательная установка 66 49/IБ. Для приготовления ПГП смеси возможно использование машины СО-126 или Миксокрет-500 производительностью 2,5 м.куб/час, способной как перемешать смесь, так и пневмоспособом подавать смесь к месту укладки (115 м/40 м).
Полистирольные гранулы изготавливаются на стройплощадке (см.IV вар), а в дальнейшем используются схемы, представленные в вариантах II, III.
Подача ПГП.
От бетононасосной или пневмонагнетательной установки к месту укладки смесь перемещают по бетоноводам со следующими возможными характеристиками:
- диаметры - 75, 100, 125...200 мм,
- объемная подача смеси при скорости 0,6 м/сек, соответственно - 8, 18, 28...71 м.куб/час.
После укладки и твердения ПГП слоя, на его поверхность наносится гипсовая стяжка для упрочнения верхнего слоя и защиты ПГП от возгорания (в случае необходимости).
Изготовление и подача состава стяжки производится тем же оборудованием, которое используется для ПГП.
Возможно применение строительного 3D принтера.
4.2. Технология изготовления изделия для теплоизоляции трубопроводов. Приготовленная гипсополистирольная масса укладывается в специальные формы-кассеты для изготовления полуцилиндров-скорлуп. Формы должны быть полностью разборными для предотвращения расклинивания изделия в кассете. При изготовлении формы целесообразно применять пластмассы и нержавеющую сталь. Для предотвращения прилипания материала поверхности форм должны смазываться водоэмульсионными составами из отходов автомобильных масел.
Требования к производству работ по теплоизоляции теплопроводов. Монтаж теплоизоляции из полуцилиндров, как в случае подземной прокладки теплопроводов в непроходных каналах, так и в надземной прокладке ведется с предварительной антикоррозийной защитой теплопроводов. Это требование обусловлено возможной коррозией металла при контакте с увлажняющимся гипсом (при протечках, нарушении наружной гидроизоляции и т.д.). Для антикоррозийной защиты теплопроводов рекомендуется лакокрасочное покрытие. Выбор лакокрасочных покрытий проводить по СНиП 2.03.11-85 "Защита строительных конструкций от коррозии". После монтажа теплоизоляции при надземной прокладке необходимо устройство качественной защитной гидроизоляции, выполняемой из рулонных материалов (изол, бризол, рубероид и т.д.) по соответствующим мастикам. При канальной прокладке в гидроизоляции нет необходимости, необходимо только зафиксировать скорлупы (полуцилиндры) стяжными лентами. Определение толщины изоляционного слоя трубопровода надземной прокладки (пример). Толщина изоляционного слоя определяется по заданной нормативной величине плотности теплового потока. Рассмотрена надземная прокладка трубопровода с наружным диаметром dн = 108 мм. Температура теплоносителя tт = 105 С. Согласно ВСН 354-75, норма тепловых потерь такого трубопровода составляет gс= 56,4 Вт/м. Среднегодовая температура окружающего воздуха в Республике Латвия составляет tср = 6,2 С. Предельная толщина изоляционного слоя трубопровода (dн = 108 мм) надземной прокладки составляет, согласно СН 542-81, dиз = 160 мм. В таблице представлены требуемые толщины теплоизоляции ( из ) из гипсопенополистирола, при которых обеспечиваются нормативные теплопотери g с .
................................................................................................Таблица 4.2.1.
_____________________________________________________________
Плотность гипсопо- ..Теплопроводность ........Необходимая толщина листирола, кг/м.куб ........... Вт/(Мк) .................изоляционного слоя ( мм )
............ 300 ...............................0,13 ......................................160
.............200 ...............................0,10...................................... 100
_____________________________________________________________
4.3. Регламент изготовления пеногипсополистирольных плит различного назначения
Требования к подготовке:
- формы для изделий могут быть выполнены из любых материалов;
- если формы покрыть полимерными пленками, можно исключить их смазку;
- смазка металлических форм может осуществляться: дизельным топливом, веретенным маслом, раствором парафина в горячем керосине, отходами автомобильных масел и т.д.
Технология изготовления плит:
- заготовка вспененного полистирола (см.разд.3); - дозация полистирола;
- загрузка в смеситель;
- дозация и подача в смеситель воды, пенообразователя и специальных добавок;
- перемешивание компонентов для получения стабильной пенополистирольной массы;
- дозация и равномерная подача в смеситель гипсового вяжущего (метод сухой минерализации);
- выгрузка смеси и подача ее к месту укладки;
- формовка изделий;
- выдержка в форме до схватывания гипсового вяжущего;
- извлечение изделий из форм.
Для перемешивания массы необходимо использовать периодические смесители гравитационного типа или с горизонтальным перемешивающим органом. Частота вращения 60...120 об/мин. Рекомендуемые типы смесителей: СО-46А (80 л); СБ-16В (330 л); СБ-80А (250 л); СБ-141 (375 л); СБ-97 (325 л) и т.д.
Для дозации компонентов возможно применение следующих видов весовых дозаторов вяжущего: типовых - ДЦ-100; 200; 300 и т.д. или нестандартизированных (например, дозатор фирмы "Gipso" до 100 кг чертежи N АМ 75.01.50).
При загрузке вяжущего в смеситель очень важно равномерно рассыпать его непрерывным потоком со скоростью предотврадающей гашение заранее приготовленной пеномассы. Дозацию полистирола необходимо осуществлять объемными дозаторами циклического типа любых видов. Вода дозируется по объему мерным баком произвольной конструкции. Для дозации жидких добавок возможно применение дозатора фирмы Д-1000 (см.чертежи N 117.00.000) с объемом до 3 л.
По представленной технологии возможно изготовление любых видов плитного утеплителя. В случае изготовления изхделий с большими габаритами возможно армирование: дисперсное, жгутами или сетками. В качестве арматуры целесообразно использовать обычное стеклянное волокно (ровинг) не коррозирующее в гипсовой среде. Арматурой могут быть деревянные рейки (обязательно насыщенные водой перед установкой в форму) или маты из соломы, камыша и т.п. В приложении 4.3.1 представлены чертежи легкого вкладыша для монолитного перекрытия, как один из вариантов использования пеногипсополистирола.
5. ВЫВОДЫ ПО ОТЧЕТУ
1. Произведен подбор составов гипсобетона с полистирольным наполнителем. Согласно представленным зависимостям возможно назначение составов с плотностью от 100 до 400 кг/м.куб, коэффициентом теплопроводности от 0,05 до 0,1 Вт/(МК).
2. Изменяя количество воды затворения и пенообразователя, возможно получение бетонных масс с различной подвижностью (осадка конуса 10...25 см) и началами сроков схватывания.
3. Показаны наибольшие пределы сорбционного увлажнения - до 5% по массе.
4. ПГП со средней плотностью менее 300 кг/м.куб. относится к группе "горючий трудновоспламеняющийся", а при средней плотности более 200 кг/м.куб. - к группе "трудногорючий".
5. В случае применения ПГП в бетонных изделиях, подвергающихся в процессе изготовления термообработке, необходимо применение полностью вспененного полистирола.
6. Описана технология вспенивания полистирольных гранул на разработанном и опробованном вспенивателе.
7. Представлены технологические регламенты на выпуск из ПГП плитного утеплителя, вкладышей для монолитного перекрытия, слоев утепления чердаков.
8. Разработаны чертежи вспенивателя полистирола и дозаторов для вяжущего и добавки пластификатора.
БЫСТРОТВЕРДЕЮЩИЙ НЕГОРЮЧИЙ УТЕПЛИТЕЛЬ
ПЕНОГИПСОПОЛИСТИРОЛ
Ключевые слова:
ГИПСОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ; ВСПЕНИВАЮЩИЙСЯ ПОЛИСТИРОЛ; ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА; ОГНЕСТОЙКОСТЬ; ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ; СТРОИТЕЛЬНЫЙ 3D ПРИНТЕР.
Дано описание применяющихся материалов. Произведен подбор составов для бетонов с различной плотностью. Изучены физико-механические и эксплуатационные свойства. Разработаны технологические регламенты изготовления бетона и вспенивания полистирола. Даны спецификации рекомендуемого оборудования.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение и постановка задачи исследования.
2. Подбор составов и определение их физико-механических и эксплуатационных свойств.
3. Технология вспенивания полистирольных гранул.
4. Описание технологических регламентов на выпуск различных видов изделий.
5. Выводы по отчету.
1. ВВЕДЕНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью проведенной научно - исследовательской работы является создание быстротвердеющего утеплителя на низко марочном гипсовом вяжущем с наполнителем из вспененных полистирольных гранул. Известны цементные бетоны с полистирольным наполнителем, к недостаткам у которых можно отнести длинные сроки схватывания, необходимость пропарки изделий и значительное количество в составах цементного вяжущего. Пеногипсополистирольный (ПГП) утеплитель изготавливается по литьевой технологии, его можно перекачивать по шлангам, сроки твердения, в зависимости от применяемых добавок, можно изменять от 2 до 20 минут. В отличие от плитного полистирольного утеплителя, не имеющего огнестойкости, изделия из ПГП, в зависимости от средней плотности материала, относятся к классу трудногорючих или трудно воспламеняющихся. В проведенной фирмой исследовательской работе не ставится задача получить ПГП с наибольшей прочностью. Если прочность для каких-либо изделий окажется недостаточной, можно применить традиционные пути, такие как переход на более высокие марки гипса, использование в составах цементной добавки, армирование изделия и т.п. В исследованиях подбирались составы и технологии, обеспечивающие следующие характеристики ПГП: средняя плотность - 100...400 кг/м.куб.; предел прочности при сжатии - 0,05...1,5 МПа; расформовочная влажность по массе - 70...20%; коэффициент теплопроводности - 0,05...0,15 Вт/мК.
- 2.ПОДБОР СОСТАВОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ
- гипсовое вяжущее (ГОСТ 125-79) В- модификации;
- портландцемент М 200 - 400;
- вспененные полистирольные гранулы, изготовленные из вспенивающегося полистирола (ОСТ 6-05-202-83), представляющего собой продукт суспензионной полимеризации стирола в присутствии парообразователя с марками ПСВ и ПСВ-с;
- возможно использование дроблённых отходов полистирольных форм;
- пластификатор - лигносульфонат технический (ЛСТ) марки "В"
- пенообразователь - универсальный синтетический моющий порошок "Лотос", ОСТ 6113-101-71 или заменитель.
2.1. Подбор составов осуществлялся в два этапа, первый из которых: получение ПГП с различной средней плотностью и постоянной удобоукладываемостью (осадка стандартного конуса - 10 см по ГОСТ 10181.1-81) и изучение их физико-механических свойств. Исследуемые составы и их свойства приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1.
_____________________________________________________________Составы на 1 м. Куб. ...............Ед. изм. ..................NN составов
и их свойства ..................................................................1...........2...........3...........4.........5_
Гипсовое вяжущее...................... кг..........80...... 110...... 145.....190 .....290
Вспененный полистирол ............л .........870..... 860...... 840.....830..... 800
Пенообразователь ......................кг........ 0,13..... 0,14.... 0,16.. .0,17.... 0,21
Вода .............................................л......... 85.........90....... 105.... 115.... .140
ЛСТ (сух.) ....................................кг........ 0,22...... 0,33.... 0,44... 0,57... 0,87
Средняя плотность сухого
материала .............................кг/м. Куб....100...... 130...... 180.....240......350
Влажность расформовочная
(по массе) .....................................%........ 72........ 60........ 45........30........26
Коэффициент теплопроводности
в сухом состоянии................ Вт/(мК).... 0,05...... 0,06......0,08... 0,09.... 0,10
Коэффициент теплопроводности при
сорбционной влажности........ Вт/(мК).....0,07..... 0,08..... 0,10.... 0,11.. .0,13
Сорбционная влажность ..........%......... 3,5....... .4,0....... 4,2...... 4,4...... .5,2
_____________________________________________________________
В этом эксперименте соотношение пенообразователя и воды затворения было постоянным и равнялось 0,15%. При меньшем количестве пенообразователя получалась нестабильная пена, что приводило к расслоению пеномассы и, как следствие, к образованию неравномерной структуры материала.
Коэффициент теплопроводности из представленных составов определялся по ГОСТ 7076-78.
Сорбционная влажность (увлажнение образцов при хранении над водой) определялась по ГОСТ 17177.5081.
Нами исследованы пути увеличения удобоукладываемости ПГП смесей путем изменения водовяжущего отношения и количества применяемого пенообразователя.
Изучаемые составы и их свойства приведены в таблице 2.2.
................................................................................................Таблица 2.2.
Составы на 1 м.Куб.................. Ед. изм .................NN составов
и их свойства...............................................1........ 2........3...........4............5 _________________________________________________________________________
Гипсовое вяжущее........................кг....... 145...... 145.... 145..... 145...... 145
Полистирол вспененный .............л .......840.... ..840.... 835..... 828....... 825
Пенообразователь .......................кг........0,16..... 0,18..... 0,2.... 0,23....... 0,3
ЛСТ (сух.).......................................кг...... 0,44...... 0,44... 0,44.... 0,44...... 0,44
Вода...............................................л.........105....... 110..... 110... ..115...... 120
Осадка конуса.......................... ...см........10......... 13........ 15 ..... ..20.......25
Средняя плотность сухого...кг/м. Куб.....180.... ..180... .180..... 180....... 180
Предел прочности при сжатии .МПа ....0,09..... 0,08..... 0,07.... 0,07.....0,05
Влажность расформовочная .....% ........46........ 49........ 49....... 51....... .54
Время начала схватывания ......мин..... 30........ 40........ 50....... 60......... 70
Водопоглощение (по массе) .......% .........60....... 60........ 65....... 65......... 70
Водовяжущее отношение ......................0,72 ....0,78.......0,77... .0,79.... 0,83
__________________________________________________________________________
Таким образом, при подборе состава пеногипсополистирола с определенной средней плотностью и удобоукладываемостью можно пользоваться приведенными данными с обязательным учетом водопотребности (нормальной густоты) применяемого гипсового вяжущего. Данные о кинетике сорбционного увлажнения ПГП, определенные по ГОСТ 17177.5-81 приведены в таблице 2.3.
....................................................................................................Таблица 2.3.
_______________________________________________________________________ Средняя ....................................Изменение влажности (по массе, в %)
плотность...........................................................от сухого ПГП .........................................................................время, - (сут.).
кг/ м.куб.....................................5 .........15....... 39........ 69........ 91....... 150
100................................ ...........2,4....... 3,3...... 4,0....... 4,7....... 4,8........ 4,5
120........................................... 1,5....... 1,9...... 3,6....... 3,4....... 3,2........ 2,9
250........................................... 1,5........ 2,5..... 3,8....... 3,8....... 4,2........ 4,1
310........................................... 1,5........ 2,5..... 3,7....... 3,9....... 5,4........ 5,2
Среднее значение
влажности............................... 1,7........ 2,6..... 3,8 ........4,0....... 4,4....... 4,2
______________________________________________________________________
Пределы прочности при сжатии, определенные по ГОСТ 17177.10-81 для образцов ПГП с различной средней плотностью представлены в таблице 2.1. Для сравнения следует отметить, что прочность плитного полистирола находится в пределах 0,1 МПа. При определении прочности на сжатие при 10% деформации по ГОСТ 17177.9-81 выяснилось, что ПГП имеет хрупкую природу разрушения и поэтому эта характеристика не имеет технического смысла. ПГП с различной средней плотностью испытан на огнестойкость методом керамической трубы в соответствии с ГОСТ 12.1.044-84.
Согласно протоколам испытаний, представленных в приложении 2.1, ПГП со средней плотностью менее 300 кг/м.куб. относится к группе "горючий трудновоспламеняющийся", а при средней плотности более 200 кг/м.куб. - к группе "трудногорючий"
.
- ТЕХНОЛОГИЯ ВСПЕНИВАНИЯ
ГРАНУЛ
Сырьем для производства гранул служит полистирол суспензионный (бисерный), вспенивающийся натуральный ПСБ или самозатухающийся ПСБ-С (ОСТ 6-05-202-83), который получают суспензионной полимеризацией стирола в присутствии изопентана (вспенивающего агента-газообразователя). Массa исходных гранул полистирола 450-550 кг/м.куб. после вспенивания уменьшается до 15-25 кг/м.куб. Для каждой партии полистирола существует оптимальное время вспенивания при определенной температуре, когда устанавливается равновесие между порциальным (внутри гранулы) и внешним давлением. Более длительное вспенивание ведет к разрушению гранул, образованию пористой структуры и повышению объемного веса. Процесс вспенивания происходит при помощи водяного пара с температурой 90-120 С. При этом в зависимости от размера гранул и содержания парообразователя объем гранул увеличивается в 10-30 раз.
Вспениватель непрерывного действия работает по следующей схеме (чертежи N 111.00.00.000 прилагаются):
- непрерывная подача биссера полистирола через регулируемое отверстие в шнек, подающий биссер в пропарочную камеру;
- для предотвращения вспенивания в шнеке в него для охлаждения подается сжатый воздух с регулируемым давлением от 0,02 до 0,1 атм (в случае необходимости);
- биссер, попадая в камеру, вспенивается паром подающимся под давлением до 0,15 атм;
- вспенивающиеся гранулы вытесняются в верхнюю зону камеры вновь поступающими, а постоянно вращающаяся гребенка в камере исключает их слипание;
- регулирование степени вспенивания производится: изменением давления подаваемого пара, изменением площади дозаторного отверстия бункера над шнеком; углом наклона пропарочной емкости.
Порядок работы на вспенивателе:
- подача в шнек охлаждающего сжатого воздуха;
- подключение пара и прогрев камеры в течение 10-15 минут;
- отвод образовавшегося в камере конденсата;
- включение вращения гребенки-рыхлителя;
- подача биссера в приемный бункер и через калибровочное отверстие в шнек-питатель;
- прием и перегрузка вспененного полистирола;
При окончании работы сначала прекращается подача биссера в шнек, затем подача пара, вспениватель охлаждается сжатым воздухом и только потом выключается вращение гребенки рыхлителя. Оператор периодически взвешивая порции вспененных гранул, добивается оптимального режима, при котором полистирол выходит с минимальной средней насыпной плотностью (15-25 кг/м.куб.).
Технические характеристики вспенивателя фирмы "GIPSO":
1. Производительность - 3 м.куб./час
2. Расход пара не более - 8 кг/час
3. Установленная электрическая мощность - 1,47 кВт
4. Расход сжатого воздуха не более - 1 м.куб/час
5. Габаритные размеры: высота - 1,8 м, длина - 1,4 м, ширина - 0,6 м
6. Вес - 400 кг
7. Объем камеры вспенивания - 130 л
8. Расход пара - 5 кг/час
9. Диаметр камеры вспенивания - 0,45 м
10. Высота камеры - 1,0 м
11. Количество оборотов вала мешалки - 60 об/мин.
Гранулы пенополистирола обладают гигроскопичностью, не превышающей 0,4% по массе, водопоглощением - 0,5-3% по объему, низкой коррозионной активностью. Гранулы не поддаются гниению, обладают высокой биостойкостью, не разрушаются под действием микроорганизмов. Гранулы обладают способностью электризоваться. При загрузке в бункеры и перемешивании гранул во время вспенивания, оператор может быть подвержен электрическому разряду в результате образования на гранулах зарядов статического электричества. Кроме того, наэлектризованные гранулы прилипают к оборудованию и притягивают пыль. Исходя из вышесказанного, вся система изготовления и подачи полистирольных гранул должна быть надежно заземлена. Всесоюзным научно-исследовательским институтом полимерных строительных материалов разработана опытно-промышленная установка для многократного вспенивания полистирола. Паспорт ТУ 5724-00-00-00-00 ПС 1985. Установка предназначена для многократного вспенивания полистирольного биссера, она должна работать в условиях закрытого помещения, класс помещения П-11а по ПУЭ ("Правила устройства электроустановок"). Климатическое исполнение - УХЛ, категория размещения - 4 по ГОСТ 15150-69.
Техническая характеристика. Общие данные.
1. Производительность номинальная при вторинчом вспенивании и насыпной объемной массе 12-15 кг/м.куб. не менее 40 м.куб/час.
2. Расход пара не более 150 кг/час.
3. Установленная электрическая мощность 10,3 кВт.
4. Расход сжатого воздуха - не более 0,5 м.куб/мин.
5. Габаритные размеры: длина - 4500 ширина - 4150 высота - 4500 (мм.) 6. Вес не менее 3500 кг.
Тип вспенивателя - двухкамерный, с двумя питателями (N 5724-01-0000-00).
Объем камеры вспенивания - 1,4 м.куб
Расход пара не более 90 кг/час
Давление в паровой камере - 0,1-0,15 кг/см.кв
Диаметр камеры вспенивания - 850 мм
Высота камеры вспенивания - 2500 мм
Количество оборотов весла мешалки - 47 об/мин.
Принцип работы.
Установка работает в двух режимах: режиме первичного вспенивания гранул полистирола (для изготовления в дальнейшем плитного полистирола) и режиме вторичного вспенивания первоначально вспененного полистирольного гранулята.
Фирме известны следующие адреса заводов-изготовителей вспенивающегося полистирола:
- г.Салават, Башкирия, п/я М-5515;
- г.Актау (Шевченко) Мангистауской области, Республика Казахстан, Завод пластмасс;
- Тульская область, Узловское производственное объединение "Пластик".
- ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕГЛАМЕНТОВ НА ВЫПУСК РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ИЗДЕЛИЙ
Фирмой предлагаются изготовленные из ПГП слои утепления вентилируемых чердаков, штучных элементов теплоизоляции трубопроводов, теплоизоляционных плит и вкладышей опробированы фирмой на строительстве зданий и сооруженй монолитных перекрытий. По технологии изготовления слоев для теплоизоляции чердаков нами опробован выпуск экспериментальных трехслойных панелей с несущими железобетонными слоями и центральным утепляющим слоем.
Патент: 1390035 "Устройство для приготовления поризованных строительных смесей".
Патент: 1449561 "Способ изготовления поризованных строительных смесей"
- Технологический регламент изготовления теплоизоляционного слоя из пеногипсополистирола (ПГП) для утепления чердака.
- железобетонные перекрытия должны быть изолированы (битумная эмульсия, битумно-латексная мастика или полиэтиленовая пленка) со стороны чердака;
- все металлические коммуникации должны быть защищены от коррозии или вынесены из слоя ПГП;
- слой ПГП должен быть просушен и защищен от увлажнения, а до устройства гидроизоляционного покрытия эксплуатироваться должен в вентилируемом и защищенном от влаги помещении.
Технология изготовления ПГП:
- заготовка вспененного полистирола и доставка на объект;
- загрузка в смеситель гранул вспененного полистирола;
- подача в смеситель воды, пенообразователя и специальных добавок;
- перемешивание компонентов для взбивания пены;
- постепенная подача в смеситель гипсового вяжущего (по методу сухой минерализации);
- выгрузка смеси и подача ее на место укладки.
Изготовление гранул полистирола:
- в специальном мобильном агрегате непрерывного действия - 2...4 м.куб/час (см.чертежи N 111.00.00.000);
- в стационарных условиях: например, установка непрерывного действия, разработанная институтом ВНИИстройполимер. См.раздел 3. Возможные схемы производства работ:
1. полистирольные гранулы вспениваются в стационарных условиях (см. I вар и III вар);
- полистирол дозируется совместно с пенообразователем, водой и специальными добавками в автобетоносмеситель, например, СБ-92А емкостью 4...5 м.куб.;
- во время транспортирования к объекту смесь перемешивается и взбивается пена;
- на строительной площадке в смеситель засыпается порция гипсового вяжущего и продолжается перемешивание до получения равномерной ПГП смеси;
- смесь перемещают в насосную установку и подают на место укладки утепляющего слоя.
Полистирольные гранулы изготавливаются в стационарных условиях (см.II вар).
- гранулы перевозятся на стройплощадку (20 кг/м.куб
- насыпной объемный вес) и помещаются в смесительную установку (например, гравитационную СБ-16 В (330 л), принудительного действия СБ-80А (250 л) СБ-141 (375 л), СБ-97 (325 л) и т.п.);
- после перемешивания гранул с водой, пенообразователем, добавками и затем с гипсовым вяжущим смесь подается в насос и перемещается нам место укладки. Насосами могут служить: автобетононасос СБ-126 (6...52 м. куб/час, дальность подачи - 400 м/80 м), БН-80-20 (9...60 м.куб/час, вылет стрелы - 20 м) или пневмонагнетательная установка 66 49/IБ. Для приготовления ПГП смеси возможно использование машины СО-126 или Миксокрет-500 производительностью 2,5 м.куб/час, способной как перемешать смесь, так и пневмоспособом подавать смесь к месту укладки (115 м/40 м).
Полистирольные гранулы изготавливаются на стройплощадке (см.IV вар), а в дальнейшем используются схемы, представленные в вариантах II, III.
Подача ПГП.
От бетононасосной или пневмонагнетательной установки к месту укладки смесь перемещают по бетоноводам со следующими возможными характеристиками:
- диаметры - 75, 100, 125...200 мм,
- объемная подача смеси при скорости 0,6 м/сек, соответственно - 8, 18, 28...71 м.куб/час.
После укладки и твердения ПГП слоя, на его поверхность наносится гипсовая стяжка для упрочнения верхнего слоя и защиты ПГП от возгорания (в случае необходимости).
Изготовление и подача состава стяжки производится тем же оборудованием, которое используется для ПГП.
Возможно применение строительного 3D принтера.
4.2. Технология изготовления изделия для теплоизоляции трубопроводов. Приготовленная гипсополистирольная масса укладывается в специальные формы-кассеты для изготовления полуцилиндров-скорлуп. Формы должны быть полностью разборными для предотвращения расклинивания изделия в кассете. При изготовлении формы целесообразно применять пластмассы и нержавеющую сталь. Для предотвращения прилипания материала поверхности форм должны смазываться водоэмульсионными составами из отходов автомобильных масел.
Требования к производству работ по теплоизоляции теплопроводов. Монтаж теплоизоляции из полуцилиндров, как в случае подземной прокладки теплопроводов в непроходных каналах, так и в надземной прокладке ведется с предварительной антикоррозийной защитой теплопроводов. Это требование обусловлено возможной коррозией металла при контакте с увлажняющимся гипсом (при протечках, нарушении наружной гидроизоляции и т.д.). Для антикоррозийной защиты теплопроводов рекомендуется лакокрасочное покрытие. Выбор лакокрасочных покрытий проводить по СНиП 2.03.11-85 "Защита строительных конструкций от коррозии". После монтажа теплоизоляции при надземной прокладке необходимо устройство качественной защитной гидроизоляции, выполняемой из рулонных материалов (изол, бризол, рубероид и т.д.) по соответствующим мастикам. При канальной прокладке в гидроизоляции нет необходимости, необходимо только зафиксировать скорлупы (полуцилиндры) стяжными лентами. Определение толщины изоляционного слоя трубопровода надземной прокладки (пример). Толщина изоляционного слоя определяется по заданной нормативной величине плотности теплового потока. Рассмотрена надземная прокладка трубопровода с наружным диаметром dн = 108 мм. Температура теплоносителя tт = 105 С. Согласно ВСН 354-75, норма тепловых потерь такого трубопровода составляет gс= 56,4 Вт/м. Среднегодовая температура окружающего воздуха в Республике Латвия составляет tср = 6,2 С. Предельная толщина изоляционного слоя трубопровода (dн = 108 мм) надземной прокладки составляет, согласно СН 542-81, dиз = 160 мм. В таблице представлены требуемые толщины теплоизоляции ( из ) из гипсопенополистирола, при которых обеспечиваются нормативные теплопотери g с .
................................................................................................Таблица 4.2.1.
_____________________________________________________________
Плотность гипсопо- ..Теплопроводность ........Необходимая толщина листирола, кг/м.куб ........... Вт/(Мк) .................изоляционного слоя ( мм )
............ 300 ...............................0,13 ......................................160
.............200 ...............................0,10...................................... 100
_____________________________________________________________
4.3. Регламент изготовления пеногипсополистирольных плит различного назначения
Требования к подготовке:
- формы для изделий могут быть выполнены из любых материалов;
- если формы покрыть полимерными пленками, можно исключить их смазку;
- смазка металлических форм может осуществляться: дизельным топливом, веретенным маслом, раствором парафина в горячем керосине, отходами автомобильных масел и т.д.
Технология изготовления плит:
- заготовка вспененного полистирола (см.разд.3); - дозация полистирола;
- загрузка в смеситель;
- дозация и подача в смеситель воды, пенообразователя и специальных добавок;
- перемешивание компонентов для получения стабильной пенополистирольной массы;
- дозация и равномерная подача в смеситель гипсового вяжущего (метод сухой минерализации);
- выгрузка смеси и подача ее к месту укладки;
- формовка изделий;
- выдержка в форме до схватывания гипсового вяжущего;
- извлечение изделий из форм.
Для перемешивания массы необходимо использовать периодические смесители гравитационного типа или с горизонтальным перемешивающим органом. Частота вращения 60...120 об/мин. Рекомендуемые типы смесителей: СО-46А (80 л); СБ-16В (330 л); СБ-80А (250 л); СБ-141 (375 л); СБ-97 (325 л) и т.д.
Для дозации компонентов возможно применение следующих видов весовых дозаторов вяжущего: типовых - ДЦ-100; 200; 300 и т.д. или нестандартизированных (например, дозатор фирмы "Gipso" до 100 кг чертежи N АМ 75.01.50).
При загрузке вяжущего в смеситель очень важно равномерно рассыпать его непрерывным потоком со скоростью предотврадающей гашение заранее приготовленной пеномассы. Дозацию полистирола необходимо осуществлять объемными дозаторами циклического типа любых видов. Вода дозируется по объему мерным баком произвольной конструкции. Для дозации жидких добавок возможно применение дозатора фирмы Д-1000 (см.чертежи N 117.00.000) с объемом до 3 л.
По представленной технологии возможно изготовление любых видов плитного утеплителя. В случае изготовления изхделий с большими габаритами возможно армирование: дисперсное, жгутами или сетками. В качестве арматуры целесообразно использовать обычное стеклянное волокно (ровинг) не коррозирующее в гипсовой среде. Арматурой могут быть деревянные рейки (обязательно насыщенные водой перед установкой в форму) или маты из соломы, камыша и т.п. В приложении 4.3.1 представлены чертежи легкого вкладыша для монолитного перекрытия, как один из вариантов использования пеногипсополистирола.
5. ВЫВОДЫ ПО ОТЧЕТУ
1. Произведен подбор составов гипсобетона с полистирольным наполнителем. Согласно представленным зависимостям возможно назначение составов с плотностью от 100 до 400 кг/м.куб, коэффициентом теплопроводности от 0,05 до 0,1 Вт/(МК).
2. Изменяя количество воды затворения и пенообразователя, возможно получение бетонных масс с различной подвижностью (осадка конуса 10...25 см) и началами сроков схватывания.
3. Показаны наибольшие пределы сорбционного увлажнения - до 5% по массе.
4. ПГП со средней плотностью менее 300 кг/м.куб. относится к группе "горючий трудновоспламеняющийся", а при средней плотности более 200 кг/м.куб. - к группе "трудногорючий".
5. В случае применения ПГП в бетонных изделиях, подвергающихся в процессе изготовления термообработке, необходимо применение полностью вспененного полистирола.
6. Описана технология вспенивания полистирольных гранул на разработанном и опробованном вспенивателе.
7. Представлены технологические регламенты на выпуск из ПГП плитного утеплителя, вкладышей для монолитного перекрытия, слоев утепления чердаков.
8. Разработаны чертежи вспенивателя полистирола и дозаторов для вяжущего и добавки пластификатора.
