Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Повышение эффективности вентилируемых фасадов с минераловатным утеплителем

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Ивакина Юлия

Москва - 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном строительном университете

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Орентлихер Лидия Петровна

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Соловьев Виталий Николаевич

кандидат технических наук,

Седых Юрий Ростиславович

Ведущая организация - ГУП «НИИМосстрой»

ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время широкое применение получили навесные вентилируемые фасады, где применяют ветрогидрозащитную мембрану, закрывающую поверхность утеплителя в воздушном зазоре для предотвращения выветривания (эмиссии) волокна, попадания на поверхность утеплителя осадков, снижения продольной фильтрации. Однако при этом снижается удаление влаги из утеплителя, воздухообмен в воздушном зазоре, возникает вероятность воспламенения из-за горючести мембран, удорожание стоимости конструкции и повышение трудоемкости монтажных работ.

Решение проблемы повышения эффективности вентилируемых фасадов с минераловатным утеплителем заключается в отказе от применения ветрогидрозащитной мембраны на основании установленных закономерностей структуры и свойств утеплителя.

Работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР МГСУ на 2005-2007 гг.

Целью диссертации является разработка эффективной конструкции наружной стены с вентилируемым фасадом с высокими эксплуатационными свойствами.

Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Обосновать возможность применения вентилируемых фасадов с минераловатным утеплителем без ветрогидрозащитных мембран;

2. Обобщить научно-технические достижения для оценки эксплуатационных свойств минераловатных утеплителей для навесных вентилируемых фасадов;

3. Оценить коррозионную стойкость волокна минераловатного утеплителя во времени;

4. Определить возможную эмиссию волокна стекловолокнистых плит и дать рекомендации по необходимости использования ветрогидрозащитных мембран;

5. Определить сорбционную влажность и рассмотреть ее взаимосвязь с пористой структурой утеплителя;

6. Провести апробацию результатов исследований в производственных условиях.

Научная новизна

1. Обоснована возможность оптимизации структуры утеплителя путем регулирования расхода связующего, которое определяет сорбционную влажность, пористость, паропроницаемость и теплопроводность, что направлено на повышение эффективности вентилируемых фасадов и отказа от применения ветрогидрозащитных мембран;

2. Получены зависимости средней плотности от коэффициента теплотехнического качества представляющего собой отношение коэффициента теплопроводности л к средней плотности материала с_m (КТК=/с_m) необходимые для сравнительного анализа свойств различных видов минераловатных утеплителей;

3. С помощью методов микроструктурного анализа (МСА) и химического анализа (ХА) установлено, что минеральное волокно, находящееся в эксплуатации в течение 5 лет химически и биологически коррозионностойко;

4. Установлено, что с увеличением средней плотности минераловатных утеплителей паропроницаемость снижается;

5. Установлено, что площадь удельной поверхности связующего более чем на порядок превосходит соответствующую величину для волокна, что указывает на то, что пористость и сорбционная способность материалов плит в большей степени определяется связующим, чем волокном;

6. Установлено, что, чем меньше содержание связующего по объему в изделии, тем меньшее количество влаги по объему в нем находится и тем медленнее изменяется теплопроводность изделия с увеличением влажности по массе;

7. Установлено, что сорбционная влажность увеличивается от 3,78 до 4,36 % для плит марок П 15, П 30, П 45 соответственно, за счет увеличения удельной поверхности волокна и связующего;

Практическая значимость

1. Получены экспериментальные и расчетные значения коэффициентов теплопроводности и паропроницаемости теплоизоляционных плит из штапельного стекловолокна марок П15, П30 и П45, теплопроводность _о=0,043 Вт(м⁰С), 038 Вт(м⁰С) и 0,034 Вт(м⁰С) соответственно; значения паропроницаемости составляют 0,4 мг/(м ч Па), 0,35 мг/(м ч Па), 0,3 мг/(м ч Па) соответственно; также получены значение сопротивления паропроницанию ветрогидрозащитной мембраны TYVEK составляет 0,052 (м² ч Па)/мг; и ветрогидрозащитной мембраны стеклоткани ТАФ составляет 1,77 (м² ч Па)/мг;

2. Определены изотермы сорбции водяного пара материалами плит из штапельного стекловолокна, волокном без связующего и отдельно связующим. Получена расчетная изотерма сорбции для материалов плит, и составлена методика для вычисления изотермы сорбции при изменении содержания связующего в плитах;

3. Установлено, что после 100 циклов замораживания и оттаивания при 10 % влажности по массе у плит из штапельного стекловолокна, подвергнутых выветриванию при скорости обдува в 10 раз превышающих натурные значения в течение 1 года, эмиссии не наблюдалось. Таким образом доказана возможность отказа устройства ветрогидрозащитной мембраны в конструкции навесных фасадов с вентилируемой воздушной прослойкой;

4. Разработана установка для экспериментального определения возможной эмиссии волокна минераловатных плит.

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались: на научно-прак-тической конференции «Реконструкция жилых домов и надстройка мансардных этажей с применением современных технологий» (Уфа, 2005 г.); на 4-й международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство-формирование среды жизнедеятельности» (Москва, МГСУ, 2006 г.); на научно-технической конференции с международным участием, посвященная 50-летию НИИСФ «Строительная физика в ХХI веке» (Москва, НИИСФ, 2006 г.); на международной научно-практической конфе-ренции. «Эффективные тепло- и звукоизоляционные материалы в современном строительстве и ЖКХ» (Москва, МГСУ, 2006 г.); на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава УГТУ (Ухта, УГТУ, 2007 г.); на заседании кафедры строительных материалов МГСУ (Москва, 2007 г).

Внедрение результатов исследований. Основные результаты работы использованы при выполнении научно-исследовательских работ НИИСФ РААСН по госбюджетной тематике 3.17.1 за 2004 г., 2.2.4 - за 2005 г., 2.2.6 - за 2006 г.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 128 наименований, и 2 приложения. Работа изложена на 109 страницах текста, иллюстрирована 29 рисунками, имеет 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение повышенных требований к теплозащите ограждающих конструкций привело к развитию конструктивных решений с применением эффективных теплоизоляционных материалов. К новым ограждающим конструкциям относятся навесные фасады с вентилируемым воздушным зазором (вентилируемые фасады).

Основная цель, с которой в настоящее время применяются фасады с вентилируемым воздушным зазором - повышение теплозащиты ограждающих конструкций зданий с нормальным температурно-влажностным режимом до уровня нормативных требований. Основными отличиями фасадов с вентилируемым воздушным зазором является наличие в зазоре мощного теплоизоляционного слоя, металлической подконструкции и облицовочного слоя, определяющих архитектурный облик здания. Фасады с вентилируемым воздушным зазором применяются и в многоэтажных зданиях, что определяет специфику их теплофизических свойств.

Рабочая гипотеза. В существующей ограждающей конструкции вентилируемого фасада, где применяют ветрогидрозащитную мембрану, закрывающую поверхность утеплителя в воздушном зазоре для предотвращения эмиссии волокна, попадания на его поверхность осадков, снижения продольной фильтрации, целесообразность применения этой мембраны систематически не исследовалась. Было предположено, что в результате оценки эксплуатационных свойств: экспериментальных исследований эмиссии волокна, сорбционной влажности, паропроницаемости, теплопроводности можно будет отказаться от использования ветрогидрозащитной мембраны на поверхности теплоизоляционных плит. Это позволит улучшить удаление влаги из утеплителя, повысить воздухообмен в воздушном зазоре, снизить стоимость конструкции и трудовые затраты при монтаже.

В исследованиях использовались следующие методики исследований и научно-исследовательское оборудование: растровый микроскоп-микроанализатор CAMSKAN (Великобритания), прибор для определения теплопроводности с охранной зоной, разработанный в НИИСФ РААСН, в котором реализована схема измерения теплопроводности образца без применения тепломеров и следующие материалы: плиты из штапельного стекловолокна марок П15, П30 и П45 производства ООО «УРСА-Евразия» и плиты минераловатные применяемые для вентилируемых фасадов.

Анализ микроструктуры минераловатного утеплителя средней плотностью около 100 кг/м³, выполненный с помощью методов МСА и ХА показал, что после его эксплуатации в течение 5 лет в навесном фасаде с воздушной вентилируемой прослойкой химической и биологической коррозии волокон утеплителя не наблюдается. Была обнаружена технологическая пыль и наросты на волокнах в виде гипса и песчинок, которые наблюдались как на минераловатном утеплителе, доставленном с завода изготовителя так и на эксплуатировавшемся в течение 5 лет.

Теплофизические свойства минераловатного утеплителя определяют его эксплуатационные свойства и влияют на температурно-влажностный режим ограждающей конструкции Известно, что основной характеристикой теплоизоляционного материала является его теплопроводность. Исследования теплопроводности плит из стекловолокна выполнялись по ГОСТ 7076-99, ГОСТ 17177-94, ГОСТ 25898-83.

Определение теплопроводности было выполнено на 5 образцах каждого вида плит в сухом состоянии. Определено приращение коэффициента теплопроводности на 1% влажности, вычислены расчетные значения коэффициентов теплопроводности исследуемых материалов для различных климатических зон приведены в табл. 1.

Таблица 1

Свойства плит из штапельного стекловолокна марок П 15, П 30, П 45 производства ООО «УРСА Евразия»

Марка изделий	Характеристика материала в сухом состоянии	Массовое отношение влаги в материале (при условиях эксплуатации), , %	Расчётные коэффициенты (при условиях эксплуатации)
	Средняя плотность, о, кг/м3	уд. теплоемкость, со, кДж/ (кг0С)	теплопроводность, о, Вт(м0С)		теплопроводности, Вт/(м0С)	теплоусвоения (при периоде 24 ч.), s, Вт/(м2 0С)
				А	Б	А	Б	А	Б
П 15	16	0,84	0,043	2	5	0,047	0,053	0,23	0,25
П 30	33	0,84	0,038	2	5	0,041	0,046	0,30	0,34
П 45	46	0,84	0,034	2	5	0,036	0,039	0,33	0,37

Условия эксплуатации А и Б в зонах влажности определяются согласно прил. 1* СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника».

Важной характеристикой теплоизоляционного материала является паропроницаемость, которая используется в расчетах влажностного режима ограждающих конструкций, определялась по ГОСТ 25898-83. Эти результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2

Паропроницание плит из штапельного стекловолокна марок П15, П30, П45

Марка изделий	Коэффициент паропроницания, мг/(м ч Па)
П 15	0,40
П 30	0,35
П 45	0,30

Установлено, что с увеличением средней плотности минераловатных утеплителей паропроницаемость снижается.

Экспериментальные исследования сопротивления паропроницанию ветрогидрозащитных мембран проводилось по методике ГОСТ 25898-83. Испытание проводилось на трёх образцах диаметром 10 см. Для расчёта сопротивления паропроницанию образца использовались полученные значения плотности потока водяного пара через образец, значения парциальных давлений водяного пара в воздухе в пространстве шкафа и в сосуде под образцом. Результаты исследований приведены в табл. 3.

Таблица 3

Экспериментальные значения сопротивления паропроницанию ветрогидрозащитной мембраны TYVEK и ветрогидрозащитной стеклоткани ТАФ

Образец	Сопротивление паропроницанию ветрогидрозащитных материалов, (м2 ч Па)/мг
	TYVEK	ТАФ
1	0,0512	1,77
2	0,0504	1,78
3	0,0549	1,77
Среднее значение	0,0522	1,77

Таким образом, установлено, что сопротивление паропроницанию различных ветрогидрозащитных мембран отличается более чем в 30 раз, что решающим образом влияет на теплофизические свойства конструкции с применением этих материалов.

Для экспериментального исследования эмиссии волокна из стекловолокнистых плит, применяющихся в вентилируемых фасадах, была разработана и изготовлена экспериментальная установка, представляющая собой короб в форме прямоугольного параллелепипеда (рис. 1).

Короб выполнен из водостойкой фанеры толщиной 10 мм и имеет размеры 1,5Ч0,7Ч0,33 м. При проведении эксперимента он находился в положении, когда его грани 1,50Ч0,70 м расположены горизонтально. В торцевой грани 0,70Ч0,33 м выполнена щель для забора воздуха. В противоположную грань короба был вмонтирован вентилятор УНИВЕНТ-3,15-2-2-01, который при проведении эксперимента обеспечивал вытяжку воздуха. Для снижения вибрации передаваемой вентилятором на установку, соединение вентилятора с выходным отверстием рабочей части было выполнено с помощью гибкого патрубка, а сам вентилятор был установлен на резиновых прокладках. Скорость воздуха, проходящего вдоль образцов, регистрировалась при помощи термоанемометров Testo 425, штанговые зонды которых выставлялись над поверхностью образцов в сечениях A-A, B-B, C-C (рис. 1).



Рис. 1. Схема экспериментальной установки для исследования эмиссии волокна минераловатного утеплителя.

Для обеспечения равномерности потока воздуха над поверхностью исследуемых образцов конструкция воздухозаборной щели выполнена в виде плавного щелевого конфузора. На входе в конфузор в области минимальных скоростей потока установлен фильтр, предотвращающий попадание крупнодисперсных пылевых частиц из воздуха на экспериментальные образцы.

Пять образцов стекловолокнистого утеплителя разной средней плотности в форме квадратных пластин размером 0,250,25 м были увлажнены до влажности 10 % по массе, запечатаны в полиэтиленовые пакеты и подвергнуты 100 циклам замораживания и оттаивания. После проведения циклов замораживания-оттаивания образцы были испытаны на эмиссию волокна, длительность эксперимента составляла 1 год. Боковые грани образцов были частично закрыты полиэтиленовой пленкой. Нижняя грань была закрыта пленкой полностью. Шестая грань, с которой исследовалась эмиссия волокна, оставалась открытой. Образцы укладывались в ящик так, что струя воздуха, всасываемая вентилятором через воздухозаборную щель, проходила над их верхней неизолированной поверхностью. Образцы удерживаются в фиксированном положении. Затем производилось взвешивание образцов на электронных весах.

Рис. 2. Изменение массы и влажности образцов при t=(20±2)°C.

Дm = m - m₀ , где Дm - абсолютное изменение массы образца, г; m - текущее значение массы образца, г; m₀ - начальная масса образца, г.

Выявлено, что изменение массы образцов по сравнению с начальной мало и не превышало 0,4%. Вероятно на начальном этапе эксперимента произошел унос случайного мусора и незакрепленных волокон с поверхности исследуемых образцов. При проведении эксперимента эмиссия волокон практически отсутствовала. Полученные незначительные колебания изменения массы образцов в процессе проведения эксперимента возможно объяснить колебаниями влажности воздуха (рис. 2).

Существенно на теплофизические свойства стекловолокнистой плиты влияет запыление плит. Было выявлено увеличение массы образцов к концу эксперимента, которое произошло за счет осаждения мелкодисперсных пылевых частиц на стекловолокнистую плиту, которое происходило постепенно и стало заметным лишь после достаточно продолжительного периода. В результате этого изменение массы влаги у образцов № 1 и 2 оказываются менее значительным, чем увеличение массы за счет оседающей пыли, вследствие чего данные образцы все время набирают массу. Образцы № 3, 4, 5 стоят дальше от входного сечения, поэтому пыли осаждающейся на них оказывается гораздо меньше, в результате чего масса данных образцов может даже иметь тенденцию к незначительному снижению.

утеплитель ветрогидрозащитный минераловатный

Рис. 3 Запыление плит мелкодисперсной пылью и продольное отделение слоев образцов стекловолокнистой плиты (место отслоения обведено красным).

Поскольку в эксперименте скорость потока воздуха в 10 раз превышала натурные значения при проведении эксперимента начало происходить продольное отделение слоев стекловолокнистой плиты (рис. 3). Поэтому явление отслоение плит в канале вентилируемого фасада на плоских стенах здания маловероятно. Таким образом, при правильном проектировании и исполнении явление отслоения в канале вентилируемого фасада маловероятно, но возможно на углах очень высоких зданий при наличии относительно больших промежутков времени между этапом крепления стекловолокнистых плит непосредственно к стене и этапом монтажа облицовочных плит, так как скорость порывов ветра на высотах более 75-ти метров может достигать 25-30 метров, а иногда и более высоких значений. Расслоение плит утеплителя свидетельствует о необходимости установки ветрозащитной пленки по углам здания.

Была также рассмотрена зависимость сорбционной влажности и пористости изделий из штапельного стекловолокна. Характеристики пористой структуры могут быть использованы для прогнозирования эксплуатационных свойств материалов. Были проведены исследования сорбционной влажности этих материалов. Стекловолокно для исследований отбиралось непосредственно на производственной линии до момента нанесения на него связующего. Образцы связующего готовились в лабораторных условиях. Отверждение раствора, взятого на производственной линии, проводилось в сушильном шкафу по графику, соответствующему графику отверждения на производственной линии.

Сорбционные свойства определялись эксикаторным методом по ГОСТ 24816-81 «Материалы строительные. Метод определения сорбционной влажности». Сорбционная влажность образцов плит из штапельного стекловолокна, самого стекловолокна и связующего, определенны и представлены в табл. 4.

Таблица 4

Сорбционная влажность плит из штапельного стекловолокна и его составляющих определенная экспериментально.

№ п/п	Материал	Равновесная влажность материала, кг/кг, при относительной влажности воздуха, %
		40	60	80	90	97
1	Фенолформальдегидное связующее	0,0401	0,0781	0,192	0,347	0,462
2	Штапельное стекловолокно (без связующего)	0,0008	0,0012	0,0029	0,0078	0,0102
3	Плиты П-15	0,0031	0,0044	0,0087	0,0228	0,0378
4	Плиты П-30	0,0021	0,0038	0,0075	0,0296	0,0424
5	Плиты П-45	0,0028	0,0041	0,0082	0,0240	0,0436

Сорбционная влажность волокна примерно в три раза меньше, чем в целом у материала плиты. В то же время, сорбционная влажность связующего на порядок выше сорбционной влажности материала готового изделия и самого стекловолокна (табл. 4). Однако обращает на себя внимание, что изотермы сорбции материалов всех трех марок плит близки между собой. Поэтому представляется целесообразным ввести некоторую осредненную изотерму сорбции водяного пара материалами плит. Такая изотерма сорбции приведена в строке 1 табл. 5. Изотермы сорбции материалами плит и осредненная изотерма сорбции приведены на рис. 4.

Рис. 4. Экспериментальные изотермы сорбции водяного пара материалами плит разной плотности и их осредненная изотерма: 1- осредненная изотерма сорбции; 2 - изотерма сорбции плиты П15; 3 - изотерма сорбции плиты П30; 4 - изотерма сорбции плиты П-45.

Таблица 5

Рассчитанные сорбционные влажности плит из штапельного стекловолокна.

№	Материал	Сорбционная влажность материала, кг/кг, при относительной влажности воздуха, %
		40	60	80	90	97
1	Осредненная сорбция водяного пара материалами плит	0,003	0,004	0,008	0,025	0,042
2	Рассчитанная сорбция при массе связующего p=0,04	0,00237	0,00428	0,0105	0,0214	0,0283
3	То же, при p=0,05	0,00277	0,00505	0,0124	0,0248	0,0328
4	То же, при p=0,06	0,00316	0,00581	0,0142	0,0282	0,0373
5	То же, при p=0,07	0,00355	0,00658	0,0161	0,0315	0,0418
6	То же, при p=0,08	0,00394	0,00735	0,0180	0,0349	0,0463

Если массовая доля связующего в материале составляет p, кг/кг, то формула для расчета сорбционной влажности материала плит по известным сорбционным влажностям его компонентов - связующего и волокна:

(1)

где w_в - сорбционная влажность волокна, кг/кг;

w_с - сорбционная влажность связующего, кг/кг;

w_св - сорбционная влажность материала плит, кг/кг.

В строках 2 - 6 табл. 5 и на рис. 5 приведены изотермы сорбции водяного пара, рассчитанные по формуле (1) при значениях p от 4 до 8%, с использованием экспериментально определенных изотерм сорбции связующего и стекловолокна, приведенных в строках 1 и 2 табл. 4 соответственно.



Рис. 5. Рассчитанные изотермы сорбции водяного пара материалами плит из стекловолокна при различной массовой доле связующего в плитах, p, кг/кг.

Рассчитанные изотермы сорбции близки между собой и близки к экспериментальным изотермам. Они показывают, что при колебаниях содержания связующего в плитах в указанном диапазоне, сорбционная влажность изменяется незначительно. Максимальная сорбционная влажность плит не превосходит значения 5% по массе, которое соответствует расчетному значению влажности минераловатных и стекловолокнистых утеплителей для условий эксплуатации Б по СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника».

Осредненную изотерму сорбции водяного пара плитами производства ООО «УРСА-Евразия» можно использовать при нормировании их теплофизических свойств и расчетах влажностного режима ограждающих конструкций.

К характеристикам пористой структуры плит, которые можно определить по изотерме сорбции водяного пара, относятся площадь удельной поверхности и пористость материала. Удельная поверхность - поверхность пор единицы массы материала.

В рассматриваемом случае сорбции водяного пара материалами плит из стекловолокна при = 0,40, емкость монослоя вычисляется по формуле:

(2)

где w₄₀ -- сорбционная влажность материала, кг/кг, при относительной влажности воздуха 40% т.е. при = 0,40.

По известному значению емкости монослоя вычисляется площадь удельной поверхности материала по формуле:

, (3)

где: w_m -- емкость монослоя, кг/кг;

M_a -- молекулярная масса воды, равная 18 кг/кмоль;

N_А -- число Авогадро, равное 6,0210²⁶ молекул/кмоль;

A_m -- посадочная площадь одной молекулы воды, м².

Были вычислены: емкость монослоя по формуле (3) и площадь удельной поверхности материала по формуле (4). Результаты приведены в табл. 6.

Содержание волокон в изделии составляет (1-p) кг/кг. Пусть плотность стекла, из которого состоят волокна равна с_m кг/м³, средний диаметр волокон равен d, м, тогда легко получить, что площадь боковой поверхности этих волокон составляет:

(4)

Таблица 6

Свойства плит из штапельного стекловолокна и его составляющих

№	Материал	Емкость монослоя, кг/кг	Площадь уд. поверхности, А, м2/кг Формулы (2и3)	Площадь уд. поверхности, Ав, м2/кг Формула (4)	Объем мезо- и микропор в материале, м3/кг	Средний радиус мезо- и микропор
1	Фенолформальдегидное связу-ющее	0,0316	112000	-	46,2 . 10-5	82,5 . 10-10
2	Штапельное стекловолокно (без связующего)	0,00063	2230	530	1,02 . 10-5	91,5 . 10-10
3	Плиты П-15	0,00244	8650	500	3,78 . 10-5	87,4 . 10-10
4	Плиты П-30	0,00165	5860	500	4,24 . 10-5	145 . 10-10
5	Плиты П-45	0,0022	7820	500	4,36 . 10-5	112 . 10-10

Площади удельной поверхности плит незначительно отличаются друг от друга. Для стекловолокна без связующего эта величина в 2…4 раза меньше, чем для плит за счет применения связующего. Величина площади удельной поверхности связующего более чем на порядок больше чем у стекловолокна. Связующее характеризуется наличием большого объема мезо- и микропор.

Если принять значения параметров плит, характерные для производства ООО «УРСА-Евразия», p =0,06 кг/кг, d=3 мкм = 3?10 ^-6 м, с_m= 2500 кг/м³ то площадь удельной поверхности получается равной 0,5?10³ м²/кг или 0,5 м²/г. Для стекловолокон без связующего p = 0 кг/кг, и площадь удельной поверхности по формуле (3) получается равной: 0,53?10³ м²/кг или 0,53 м²/г. Эти данные можно использовать в расчетах.

Значения площади удельной поверхности A_в, как для волокон без связующего, так и для материала изделий, в несколько раз меньше значений A, полученных расчетом по изотермам сорбции. Это показывает, что волокна обладают существенной мезо- и микропористостью, которой, видимо, нельзя пренебрегать при исследовании физико-химических свойств плит.

Объем мезо- и микропор можно оценить по величине максимальной сорбционной влажности при 97 %. Значения приведены в табл. 6, также, как средний радиус мезо- и микропор материалов.

Приведенные в табл. 6 средние значения радиусов мезо- и микропор для всех исследованных образцов плит, составляют около 100 Е. Это доказывает, что основной объем, занимаемый молекулами воды при сорбции водяного пара, приходится на мезопоры.

Таким образом, по экспериментально полученным изотермам сорбции определены площади удельной поверхности исследованных материалов и сделаны выводы о преобладающей роли мезопористости изделий из штапельного стекловолокна в процессе сорбции водяного пара.

После обработки результатов сорбционных исследований были построены графики зависимостей пористости минераловатных плит, дифференциального и интегрального распределения пор по диаметрам от относительной влажности воздуха. Результаты представлены на рис. 6, 7,8.

Рис. 6. График зависимости интегрального и дифференциального распределения пор по диаметрам теплоизоляционных плит из штапельного стекловолокна марки П15 в зависимости от относительной влажности воздуха.

На основе экспериментальных данных проведены расчеты площади уде-льной поверхности исследованных материалов и среднего радиуса пор, заполняющихся при сорбции водяного пара. Площадь удельной поверхности плит, полученная таким образом, на порядок больше соответствующего значения, полученного расчетом, основанным на геометрических размерах волокна. Эти факты свидетельствуют о существенном объеме мезопор, содержащихся в плитах и о незначительном содержании микропор.

Рис. 7. График зависимости интегрального и дифференциального распределения пор по диаметрам теплоизоляционных плит из штапельного стекловолокна марки П30 в зависимости от относительной влажности воздуха.

Рис. 8. График зависимости интегрального и дифференциального распределения пор по диаметрам теплоизоляционных плит из штапельного стекловолокна марки П45 в зависимости от относительной влажности воздуха.

Площадь удельной поверхности связующего более чем на порядок превосходит соответствующую величину для волокна, что указывает на то, что мезопористость и сорбционная способность материалов плит в большей степени определяется связующим, чем волокном, несмотря на то, что содержание связующего в плитах мало по массе (около 6 %).

Полученная расчетная изотерма сорбции водяного пара использовалась при проведении теплофизических расчетов ограждающих конструкций с применением теплоизоляционных плит производства ООО «УРСА-Евразия».

Следует отметить, что при изготовлении изделий возможны некоторые колебания технологических параметров, приводящие к количественным изменениям величин сорбции водяного пара. Однако все выводы, относящиеся к структурным характеристикам изделий из стекловолокна, носят качественный характер и обладают «устойчивостью» к количественным изменениям сорбционных характеристик.

Результаты диссертационной работы использованы при выполнении научно-исследовательских работ НИИ строительной физики РААСН по госбюджетной тематике 3.17.1 за 2004 г., 2.2.4 - за 2005 г., 2.2.6 - за 2006 г.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснована возможность оптимизации структуры утеплителя путем регулирования расхода связующего, которое создает определенные сорбционную влажность, пористость, паропроницаемость и теплопроводность, т.е. направлено на повышение эффективности вентилируемых фасадов и отказа от применения ветрогидрозащитных мембран.

2. Получены экспериментальные и расчетные значения коэффициентов теплопроводности и паропроницаемости теплоизоляционных плит из штапельного стекловолокна марок П15, П30 и П45. Данные теплопроводности =0,043 Вт(м⁰С), 038 Вт(м⁰С) и 0,034 Вт(м⁰С) соответственно; значения паропроницаемости составляют 0,4 мг/(м ч Па), 0,35 мг/(м ч Па), 0,3 мг/(м ч Па) соответственно; также получены значение сопротивления паропроницанию ветрогидрозащитной мембраны TYVEK составляет 0,052 (м² ч Па)/мг; и ветрогидрозащитной мембраны стеклоткани ТАФ составляет 1,77 (м² ч Па)/мг.

3. Установлено методами МСА и ХА, что после эксплуатации минераловатного утеплителя в течение 5 лет в навесном фасаде с воздушной вентилируемой прослойкой не обнаружено признаков химической и биологической коррозии волокон.

4. Установлено, что после 100 циклов замораживания и оттаивания при 10 % влажности по массе у плит из штапельного стекловолокна при обдуве их поверхности струей воздуха при скорости 10 м/с в течение 1 года, эмиссии волокна не происходит, то есть, нет необходимости устройства ветрогидрозащиты по поверхности исследованных теплоизоляционных плит производства ООО «УРСА-Евразия». Для исследования возможной эмиссии волокна из плит из штапельного стекловолокна спроектирована и изготовлена установка при их обдуве плоской струей воздуха.

5. На основании экспериментально полученных изотерм сорбции водяного пара стекловолокна и связующего установлено, что преобладающую роль в процессе сорбции играет мезопористость изделия, связанная с количественным содержанием связующего.

6. Выявлено явление запыления плит приводящее к ухудшению теплофизических характеристик материала. Аналогичное запыление плит утеплителя наблюдается при эксплуатации в натурных условиях. Выявлено также явление расслоения плит из штапельного стекловолокна, возникновение которого возможно на углах здания. Для устранения этого эффекта рекомендуется монтаж ветрогидрозащитной мембраны в виде полос по углам здания.

7. Экспериментально определена сорбция водяного пара плитами из штапельного стекловолокна, волокном без связующего и связующим. Получена расчетная изотерма сорбции для материалов теплоизоляционных плит и составлена методика для вычисления изотермы сорбции при изменении содержания связующего в плитах.

8. Установлено, что уменьшение содержания связующего по объему в изделии снижает сорбционную влажность, теплопроводность и среднюю плотность теплоизоляционных изделий, приращение теплопроводности при увеличении влажности материала на 1% по массе.

9. Установлено, что площадь реальной удельной поверхности плит на порядок больше расчетного значения, полученного на основе геометрических размеров волокна, что связано с тем, что площадь удельной поверхности связующего более чем на порядок превосходит соответствующую величину для волокна.

10. Определены зависимости пористости теплоизоляционных плит различной средней плотности, удельной поверхности, сорбционной влажности, паропроницаемости, вследствие чего установлено, что сорбционная влажность увеличивается от 3,78 до 4,36 % для плит марок П 15, П 30, П 45 соответственно, за счет увеличения удельной поверхности волокна и связующего.

11. Результаты диссертационной работы использованы при выполнении научно-исследовательских работ НИИ строительной физики РААСН по госбюджетной тематике 3.17.1 за 2004 г., 2.2.4 - за 2005 г., 2.2.6 - за 2006 г.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Гагарин В.Г., Козлов В.В., Ивакина Ю.Ю. Теплофизические аспекты применения вентилируемых фасадов при строительстве и реконструкции жилых зданий / В кн. «Реконструкция жилых домов и надстройка мансардных этажей с применением современных технологий». - Материалы научно - практической конференции. - Уфа, 2005. - С. 18-21.

2. Ивакина Ю.Ю. Требования к теплоизоляционным материалам в навесных фасадах с вентилируемой воздушной прослойкой / Сб. докладов Четвертой международной (9 межвузовской) научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов 2006 г. «Строительство-формирование среды жизнедеятельности». - М.: Издательство АСВ, 2006, С. 240-242.

3. Орентлихер Л.П., Ивакина Ю.Ю. Теплопроводность теплоизоляционных волокнистых материалов. / В сб. «Строительная физика в XXI веке». Научно-техническая конференция посвященная 50-летию НИИСФ РААСН. - М.: НИИСФ РААСН, 2006. - С. 144-146.

4. Ивакина Ю.Ю. Влажность минераловатных плит монтируемого навесного фасада с воздушной вентилируемой прослойкой. / Сб. докладов международной научно-практической конференции 2006 г. «Эффективные тепло- и звукоизоляционные материалы в современном строительстве и ЖКХ». - М.: МГСУ, 2006. - С. 226-227.

5. Ивакина Ю.Ю. Определение влажности минераловатных плит монтируемого навесного фасада с воздушной вентилируемой прослойкой / Сб. докл. науч.-техн. конф. профессорско-преподавательского состава УГТУ. - Ухта: УГТУ - 2007. - С. 216-217.

6. Гагарин В.Г., Мехнецов И.А., Ивакина Ю.Ю. Сорбция водяного пара материалами теплоизоляционных плит производства ООО «Урса-Евразия» // Строительные материалы. - 2007, № 10. - С. 21-25.

Размещено на Allbest.ru

...