сборник докладов. 1МССФ-2020 том 2. Кафедра строительства и городского хозяйства v международный студенческий строительный форум 2020 Белгород, 26 ноября 2020 г Том 2 Сборник докладов Белгород 2020
 Скачать 4.55 Mb.
|
|
Төлеуова СЕД, магистрант Научный руководитель канд. техн. наук, доц. Калмагамбетова А.Ш. Карагандинский технический университет, г. Караганда, Казахстан ИССЛЕДОВАНИЕ ОГНЕСТОЙКОСТИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИСТИРОЛА Одной из технически значимых и энергосберегающих задач развитиястроительства является создание теплоизоляционных материалов издоступных, дешевых и экологически чистых полистирольных материалов Благодаря своим теплоизолирующими прочностным свойствам, невысокой стоимости, удобству и простоте обработки полистирол используется во многих областях промышленности. Так, например, широко применяется в качестве теплоизоляции и шумоизоляции в строительстве, в приборостроении, вспомогательного материала для моделирования при изготовлении энергопоглощающих элементов в автомобилестроении, одноразовой посуды, элементов рекламных конструкций. [2]. Основным недостатком теплоизоляционных материалов на основе полистирола является легкогорючесть. В силу специфики своего химического строения, развитой поверхности и большого содержания воздуха он горит с большой интенсивностью. Удельная массовая скорость выгорания пенополистирола марки ПСБ составляет 2,19 кг/(мин*м2). Из-за большой скорости горения за относительно малое время высвобождается большое количество тепла. При горении пенополистирол переходит в жидкое состояние и деполимеризуется, а далее продолжают гореть продукты деполимеризации. Горение обычного пенополистирола сопровождается образованием токсичных продуктов – циановодорода, фосгена, бромводорода. [2]. Нами проводятся исследования в области повышения огнестойкости теплоизоляционных материалов на основе полистирола Кроме того, помимо повышения огнестойкости, будут учитываться стоимости добавок и экологические аспекты. Предпочтение будет отдаваться тем антипиренам, применение которых не представляет опасности для жизни и здоровья человека и не наносит вреда окружающей среде. В связи с этим поиск новых материалов, снижающих горючесть полистирольных композиций, остается весьма актуальной. 256 Как показали исследования (HongQi, Wen-LongLi) эффективность галогенсодержащих антипиренов возрастает в ряду от фтора к йоду. Однако в качестве антипиренов примеяются только хлор- и бромсодержащие соединения, поскольку фтор малоэффективен, а соединения йода обладают низкой гермостабильностью при переработке. Бромсодержащие антипирены намного эффективнее, чем хлорсодержащие, так как продукты их горения менее летучи. Кроме того, хлорсодержащие антипирены выделяют хлор в широком интервале температур, поэтому содержание его в газовой фазе достаточно низкое, а бромсодержащие антипирены разлагаются в узком интервале температур, обеспечивая тем самым оптимальную концентрацию брома в газовой фазе. [3] Огнеупорный тип пенополистирола при воздействии температуры свыше Сплавится, при дальнейшем нагревании свыше С, образуются газообразные продукты горения при плавлении. Тем не менее, при такой температуре, как только будет удалён источник зажигания, пенополистирол потухнет сам. Огнестойкостьпридают полимеру путем включения в состав галогенированных соединений, которые были добавлены в смесь. Механизм ингибирования свободнорадикальных цепных реакций, участвующих в разложении полимера в горючие газы, заключаетсяв выделении тяжелых галогеносодержащих газов, которые защищают фазу конденсации, препятствуя доступу кислорода и передаче тепла. Наиболее популярным соединением является ароматический бром в довольно небольших количествах (1-2 %), а в пене из шариков его процентное содержание может быть снижено до менее чем 1% путем добавления радикальных инициаторов, таких как органические пероксиды. Типичные антипирены включают в себя такие сложные соединения, как гексабромбутеновые и гексабромфенилалиловые эфиры. Следует отметить, что в таких маленьких пропорциях, эти огнезащитные соединения могут быть легко подавлены в большом пламени и будут замедлять распространение пламени только до тех пор, пока не будут израсходованы. Возможно также, что после длительного периода воздействия даже небольшого нагревания, огнезащитные соединения теряют свою эффективность. Пенополистирол в конечном итоге будет гореть при условии, что он находится в непосредственной близости к большому источнику зажигания или значительному тепловому потоку не менее 50 кВт/м. Опытная температура воспламенения составляет СВ отсутствие условий стандартных испытаний температура самовоспламенения составляет 450- С [4]. Наиболее эффективным является применение комбинированных антипиренов, содержащих соединениягалогеновифосфора. Достоинство таких соединений является то, что отщепляя при 257 разложении галогенрадикалы, они дезактивируют по обычному для галогенов механизму взаимодействие с радикалами H* и ОН и способствуют образованию карбонизированных структур [5]. Проблема горения пенополистирола решается сегодня за счет различных добавок антипиренов, которые резко снижают опасность возгорания и обладают способностью к самозатуханию при удалении источника огня. До недавнего времени сырье для производства пенополистирола типа ПСБ-С пропитывали гексабромциклододеканом (ГБДЦ), доля которого обычно не превышала 0.5 % [6]. Новая противопожарная добавка не снижает теплотехнических характеристик вспененных и экструдированных полистиролов и одновременно удовлетворяет требованиям по экологичности. На первоначальной стадии разработок были исследованы различные замедлители горения (фосфаты и хлориды аммония и др) и стабилизаторы. Для снижения пожарной опасности пенополистирола его поверхность обрабатывали растворами на основе этиленсилоксана, жидкого стекла и сульфанола в различных концентрациях (5% 10% 2,5%) (табл. 1). Таблица Составы огнезащитных растворов № 1 состав 2 состав 3 состав 4 состав 5 состав этиленсилоксан 5% - 10% - 2,5% жидкое стекло - 5% - 10% 2,5% 10% раствор сульфанола 1% 1% 1% 1% 1% вода 94% 94% 89% 89% 94% Анализ характеристик, полученных входе исследования, позволяет установить, что все огнезащитные составы снижают критерии пожарной опасности, так время воспламенения пенополистирола марки ПСБ-С У снизилось на 58% и составило 284 секунды. Наиболее эффективным оказался состав №3 состоящий из 10% органосилоксана и 1% десятипроцентного раствора сульфонола, время самостоятельного горения пенополистирола RAVATHERM XPS STANDARD обработанного составом №3 снизилось враз. Таким образом, по итогам проведенного исследования можно сделать вывод, что предложенный способ повышения огнезащитных свойств пенополистирольных плит не снижает теплотехнических характеристик вспененных и экструдированных полистиролов и одновременно удовлетворяет требованиям по экологичности. Библиографический список 258 1. A Simpson, IG Rattigan, E Kalavsky and G Parr. Thermal conductivity andconditioning of greyexpanded polystyrene foams. Cellular Polymers. CA: Sage, 2020. 2. Л.В. Дашко, И.А. Елисеева, Н.Г. Пономарева. Анализ патентов и материалов заявок на изобретения, связанных с огнезащитой пенополистирола.//«Пожаровзрывобезопасность».-2016.-Т.25, С 10.18322/PVB.2016.25.01.17-25. 3. Qi H., Li W.-L., Liu L.-Y., Song W.-W., Ma W.-L., Li Y.-F. Brominated flame retardants in the urban atmosphere of Northeast China: Concentrations, temperature dependence and gas-particle partitioning. ScienceoftheTotalEnvironment, 2014, vol. 491-492, pp. 60-66. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2014.03.002. 4. Етумян АС, Молчадский АИ. Пожарная опасность теплоизоляционных материалов из пенополистирола // Пожаровзрыво- безопасность. 2006. №6 С. 66-68. 5. MarosiGy., Szolnoki B., Bocz K., Toldy A. Reactive and additive phosphorus-based flame retardants of reduced environmental impact. PolymerGreenFlameRetardants, 2014, pp. 181-220. DOI: 10.1016/b978-0- 444-53808-6.00005-6. 6. Проблема горения пенополистирола http://portal- energo.ru/articles/details/id/596. 7. Запрет на гексабромциклододекан: https://ogneportal.ru/news/world/1255. Усиков С.А., аспирант Научный руководитель канд. техн. наук, доцент Нелюбова В.В. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, г. Белгород, Россия ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН ЭВОЛЮЦИЯ НОРМАТИВНОЙ БАЗЫ Современные модифицирующие компоненты органического и неорганического составов обеспечивают возможность получения материалов широкого спектра функционального назначения с повышенными физико-механическими и технико-эксплуатационными показателями, в частности, высокопрочных бетонов [1–9]. На сегодняшний день в России слаборазвито направление высокопрочных бетонов ввиду их дороговизны и отсутствия необходимости строить здания с большой прочностью, так как 259 территория РФ имеет большие масштабы. Тем не менее, актуальность высокопрочных бетонов высока. Одной из главных проблем, сдерживающих повсеместное использование таких бетонов, является отсутствие сформированной нормативной базы, закрепляющий свойства таких материалов, особенности их применения и сырьевого состава. Первое упоминание в нормативной документации о высокопрочных бетонах было в 1986 году. НИИЖБом были выпущены Рекомендации по технологии изготовления изделий и конструкций из высокопрочных бетонов, согласно которым к высокопрочным относятся бетоны с марками по прочности не ниже Ми классом В. На тот момент были низкие требования к данному типу бетонов, вплоть до возможности изготовления В без пластифицирующих добавок. Сегодня же В является относительно рядовым бетоном, и добавки в бетон используются повсеместно. Государственный стандарт ГОСТ 26633-2015 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия регламентирует и делит на классы по прочности до В. Причем этот же ГОСТ, выпущенный в 2012 году, не делил высокопрочные бетоны на классы, а говорилось, что высокопрочным бетоном является бетоны класса В и выше. Притом в ГОСТе для классов бетона выше В предъявляются дополнительные требования к компонентам бетона (цемент, крупный и мелкий заполнители. В том же 2012 году был выпущен специализированный ГОСТ 31914-2012 «Бетоны высокопрочные тяжелые и мелкозернистые для монолитных конструкций. Правила контроля и оценки качества, в котором также указывают класс В и выше. При этом для оценки качества высокопрочных материалов бетонов предлагается использование методик, рекомендуемых для рядовых бетонов. В 2015 году В Инструкции по расчету и проектированию конструкций из высокопрочных тяжелых бетонов классов В60–В90 и мелкозернистых бетонов классов В50–В90 были закреплены требования к сырьевым компонентам. Для тяжелых бетонов регламентируется плотность 2320–2500 кг/м 3 ; для мелкозернистых – 2100–2300 кг/м 3 . Получение таких материалов основано на использовании цементов повышенной активности (добавочных и бездобавочных) с предельным содержанием алита не выше 8%. При этом максимальный расход вяжущего не должен превышать 550 кг/м 3 в тяжелых бетонах, 700 кг/м 3 – в мелкозернистых. Ля повышения прочности допускалось использование активных добавок типа 260 метакаолин, микрокремнезем, зола-уноса и др. Также возможно применение органо-минеральных модификаторов бетона МБ-01, МБ- С, Эмбэлит. В 2015 г. введен ГОСТ Р 56592-2015 Добавки минеральные для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия, описывающий требования к минеральным добавкам для бетона. В документе гармонизированы основные требования европейских норм в части общих требований к бетону с минеральными добавками, использования микрокремнезема и зол-уноса. В 2016 году был выпущен свод правил Бетонные и железобетонные конструкции из высокопрочных бетонов. Правила проектирования. Согласно этому документы такой бетон должен отвечать требованиям по прочности на сжатие, осевое растяжение если это требуется для конструкций, изготовленных из высокопрочного бетона, морозостойкости, водонепроницаемости и др. Прочность тяжелого бетона регламентируется до В, мелкозернистого бетона до В. Таким образом, анализ существующих стандартизирующих документов свидетельствует об отсутствии единой методологии и терминологии в части «высокопрочности» бетонов. Тем не менее, традиционным в современной литературе является отнесение бетонов к высокопрочным с классом по прочности не ниже В. Работа выполнена при финансовой поддержке Гранта Президента для научных школ НШ-2584.2020.8. Библиографический список 1. Nelyubova V.V., Sivalneva M.N., Bondarenko D.O., Baskakov P.S. Study of activity of polydisperse mineral modifiers via unstandardized techniques // Journal of Physics: Conference Series. 2018. С. 012029. 2. Нецвет Д.Д., Нелюбова В.В., Строкова В.В. Композиционное вяжущее с минеральными добавками для неавтоклавных пенобетонов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2019. № 4. С. 122-131. 3. Лабузова МВ, Губарева Е.Н., Огурцова ЮН, Строкова В.В. Свойства фотокаталитического композиционного материала на основе кремнеземного сырья // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2018. № 8. С. 85-92. 4. Нелюбова В.В., Буряченко В.А., Череватова А.В. Автоклавный газобетона с использованием наноструктурированного модификатора // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2010. № 1. С. 95-96. 261 5. Строкова В.В., Нелюбова В.В., Боцман Л.Н., Огурцова ЮН, Хахалева Е.Н. Композиционное вяжущее для монолитного строительства в северных регионах // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 11. С. 36-42. 6. Нелюбова В.В., Бухало А.Б., Анищенко ТА, Кривецкий В.В. Некоторые аспекты применения наноразмерных модификаторов с учетом их свойств // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2009. № 4. С. 47-50. 7. Лесовик В.С., Ракитченко К.С., Сопин ДМ. Высокопрочный мелкозернистый фибробетон с нанодисперсным модификатором // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2010. № 2. С. 59-61. 8. Толстой АД, Лесовик В.С., Ковалева И.А. Композиционные вяжущие для порошковых бетонов с промышленными отходами // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 1. С. 6-9. 9. Боцман Л.Н., Строкова В.В., Ищенко А.В., Боцман АН. Модифицирование бетона за счет введения различных видов добавок // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 6. С. 90-94. Научное издание V Международный студенческий строительный форум - 2020 Том 2 Сборник докладов Ответственный за выпуск Сулейманова Людмила Александровна Компьютерная верстка Зиятдинова Айлин Низамовна Подписано в печать 12.11.20. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 15,3. Уч- изд. л. 16,4. Тираж 40 экз. Заказ № Цена Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46 |