Аспирант Мамонтов А.А., д.т.н. Ярцев В.П., к.т.н. Киселева О.А.

Тамбовский государственный технический университет, Россия

Армирование пенополистирола как способ улучшения его эксплуатационных характеристик

Введение новых требований по теплозащите зданий привело к широкому использованию различных теплоизоляционных материалов. Самую большую нишу занял наиболее распространенный в настоящее время утеплитель – пенополистирол. Его применяют для наружной и внутренней теплоизоляции ограждающих конструкций, а также при устройстве колодцевой и слоистой кладки. Кроме того, его используют в качестве тепло- и звукоизоляции пола, несъемной опалубки при изготовлении монолитных конструкций и для защиты фундаментов от промерзания. Однако, данному материалу присущи высокая деформативность, низкая прочность и малая долговечность.

Для устранения перечисленных недостатков выполнялось армирование пенополистирола ПСБ-С 35 стеклохолстом и стеклотканевой сеткой с размером ячеек 2х2 и 5х5 мм. При этом армирующие материалы приклеивали либо снаружи пенопласта, либо внутри, разделяя его толщу на два, три и четыре слоя. Толщина слоев принималась равной 7, 10, 15 и 20 мм. Склеивание выполнялось специальным водостойким и термостойким клеем «TITAN», инертным к перечисленным материалам.

Выбор толщины и количества слоев пенопласта в конструкции осуществляли с учетом результатов кратковременных испытаний поперечным изгибом и пенетрацией образцов пенополистирола с внутренним армированием (Рисунок). [1]

Из рисунка видно, что для многослойных конструкций армированного пенополистирола оптимальной является толщина слоя пенопласта, равная 10 мм, а количество слоев определяется материалом армирования. При этом пенополистирол с прослойкой из стеклохолста прочнее, чем с прослойкой из стеклотканевой сетки.

Аналогичные испытания показали, что при устройстве внешнего армирования более прочным является пенополистирол, покрытый стеклосеткой. Поверхностное расположение армирующих материалов также увеличивает твердость пенопласта. В связи с этим рассматривалось комбинированное армирование пенополистирола, при котором армирующий материал размещался одновременно внутри и снаружи конструкции. Результаты испытаний образцов армированного пенополистирола приведены в таблице.[2]

Результаты испытаний образцов армированного пенополистирола ПСБ-С 35

Способ армирования	Материал армирования	Кол-во слоев пенопласта	Толщина слоя пено- пласта, мм	Прочность при изгибе МПа	Твердость, МПа
Отсутствует	-	1	20	0,39	0,31
Внешнее	Сетка(5х5мм)	1	20	0,96	0,55
	Сетка(2х2мм)	1	20	0,89	0,55
	Стеклохолст	1	20	0,72	0,50
Внутреннее	Стеклохолст	2	10	0,45	0,33
		3	10	0,5	0,27
	Сетка(2х2мм)	2	10	0,42	0,34
		3	10	0,4	0,27
Комбиниро-ванное	Стеклохолст	3	10	0,51	0,51
	Сетка(2х2мм)	2	10	1,06	0,47
	Внутри-стеклохолст Снаружи-сетка(2х2)	3	10	0,79	0,47

Как видно из таблицы, совмещение внутреннего и внешнего армирования является наиболее эффективным. Так, комбинированное армирование пенополистирола стеклотканевой сеткой позволило повысить его прочность в 2,7, а твердость в 1,5 раза.

Таким образом, по полученным данным были разработаны следующие конструкции армированного пенополистирола:

- двухслойная с армирующей прослойкой и покрытием из стеклосетки;

- трехслойная с армирующими прослойками и покрытием из стеклохолста;

- трехслойная с армирующими прослойками из стеклохолста и покрытием из стеклосетки.

Поскольку армирование пенополистирола осуществлялось склеиванием отдельных слоев пенопласта с устройством прослоек из стеклохолста или стеклосетки, возникла необходимость проверки прочности сцепления указанных материалов. Соответствующие испытания показали достаточную прочность клеевых соединений.

Исследование теплостойкости армированного пенополистирола выявило его чувствительность к действию повышенных температур, что объясняется наличием клеевых швов в конструкции. Несмотря на это, при максимальной температуре испытаний (70ºС) прочность армированного стеклосеткой пенополистирола в 2,5 раза больше, чем неармированного. Кроме того, покрытие пенопласта стеклотканевой сеткой в 2 раза уменьшает его термическое расширение [3].

Экспериментально установлено, что армирование делает пенополистирол более стойким в условиях длительного теплового воздействия, УФ-облучения, многократного замораживания-оттаивания и замачивания. Конструкции не теряют своей целостности, и прочность их снижается незначительно. За время испытаний прочность армированного пенополистирола снизилась в среднем на 11%, а неармированного – на 41% [4].

Таким образом, можно сказать, что армирование является эффективным способом повышения эксплуатационных характеристик пенополистирола. Оно позволяет улучшить не только механические свойства данного теплоизоляционного материала, но и делает его более работоспособным в различных условиях эксплуатации, а значит и более долговечным.

Литература:

1. Мамонтов, А.А. Повышение механических свойств пенопластов путем их армирования / А.А. Мамонтов, О.А. Киселева // Проблемы ноосферной безопасности и устойчивого развития: сб. науч. ст. молодых ученых и студ. Вып. 1. / Тамб. гос. техн. ун-т. – Тамбов, 2010. – С. 187–189.

2. Мамонтов, А.А. Повышение механических свойств пенополистирола армированием/ А.А. Мамонтов, О.А. Киселева // Строительные материалы: науч.-технич. и произв. журнал. №9/ ООО РИФ «Стройматериалы». – М., 2010. – С. 76 – 77.

3. Мамонтов, А.А. Влияние армирования на термическое расширение и теплостойкость пенополистирола/ А.А. Мамонтов, О.А. Киселева // Магистратура ТГТУ. Направление «Строительство»: сб. науч. ст. магистр. Вып. 21 / Тамб. гос. техн. ун-т. – Тамбов, 2011. – С. 20 – 22.

4. Мамонтов, А.А. Влияние внешних воздействий на работоспособность армированного пенополистирола / А.А. Мамонтов // Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии: материалы междунар. науч.-техн. конф., Тула, 30 июня-02 июля 2011 г. / Тульск. гос. ун-т. – Тула, 2011. – С. 42.