Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ существующих рулонных кровельных материалов и технологии устройства и ремонта утепленных покрытий 11
1.1. Анализ применения утепленных покрытий 11
1.2. Обзор видов существующих рулонных кровельных материалов 16
1.3. Существующие технологии устройства и методики проектирования кровель из рулонных кровельных материалов 31
1.4. Условия эксплуатации утепленных покрытий 35
1.5. Задачи исследований 44
1.6. Выводы по главе 45
Глава 2. Результаты исследований условий эксплуатации и экономической эффективности применения рулонных кровельных материалов 46
2.1. Исследование климатических условий эксплуатации рулонного ковра утепленных покрытий в регионе Урала 48
2.2. Исследование экономической эффективности применения рулонных кровельных материалов разных видов 52
2.3. Выводы по главе 58
Глава 3. Разработка полимерного рулонного кровельного материала и технологии его применения . 59
3.1. Исследование физико-механических свойств полимерного рулонного кровельного материала 59
3.2. Отработка технологии изготовления рулонного кровельного материала «Прагма-400» 68
3.3. Разработка клеевого состава для рулонного кровельного материала «Прагма-400» ~ 73
3.4. Исследование экономичных методов крепления рулонного полимерного кровельного материала «Прагма-400» к основанию 83
3.5. Определение прогнозируемой долговечности полимерного рулонного материала «Прагма-400» 86
3.5.1. Оценка влияния агрессивного воздействия среды на физико-механические показатели кровельного материала Прагма-400» 86
3.5.2. Изучение термоокислительной стабильности кровельного материала «Прагма-400» в условиях ускоренного старения 96
3.5.3. Исследование стойкости кровельного материала «Прагма-400» к термодеструкции 102
3.6. Разработка технологии устройства и ремонта кровель с применением рулонного кровельного материала с компенсационным слоем 108
3.7. Выводы по главе 112
Глава 4. Исследование процессов сушки увлажненных утеплителей покрытий зданий и разработка систем их вентиляции 114
4.1. Цели и задачи исследования 114
4.2. Подготовка образца для исследования и исследование модели 120
4.3. Анализ назначения технологических параметров сушки утеплителя 145
4.4. Выводы по главе 148
Глава 5. Рекомендации по расчету, проектированию, устройству и ремонту утепленных покрытий 149
5.1. Условия подбора рулонных кровельных материалов в зависимости от климатического района их применения 149
5.2. Рекомендации по технологии сушки утеплителей ППЖ-200 в составе покрытия 155
5.3. Технологические рекомендации по устройству и ремонту утепленных покрытий 158
5.3.1. Общие положения 158
5.3.2. Характеристики материалов 163
5.3.3. Устройство основания под водоизоляционный ковер.. 164
5.3.4. Устройство водоизоляционного ковра , 169
5.3.5 Способы крепления водоизоляционного ковра к основанию 176
5.3.6. Контроль качества работ и основные правила техники безопасности 182
5.4. Выводы по главе 185
5.5. Основные выводы по работе 186
Библиографический список использованной литературы 187
Справка об использовании результатов научных исследований 207
Приложение 1. Патент на изобретение и свидетельства на полезную модель 208
- Существующие технологии устройства и методики проектирования кровель из рулонных кровельных материалов
- Исследование экономической эффективности применения рулонных кровельных материалов разных видов
- Изучение термоокислительной стабильности кровельного материала «Прагма-400» в условиях ускоренного старения
- Условия подбора рулонных кровельных материалов в зависимости от климатического района их применения
Введение к работе
На всех этапах развития человеческого общества жилые и производственные здания отражали и отражают социально-экономический уровень развития государства. Создание комфортных условий проживания и производственной деятельности человека -первостепенная задача социального развития страны, производства и общества.
В современных условиях одной из важнейших проблем стали проблемы сохранения жилищного и производственного фондов страны, их ремонта и реконструкции, увеличение сроков службы зданий и сооружений. Непригодные к эксплуатации, протекающие кровли наносят огромный урон жилым и производственным зданиям, в целом экономике страны. Ускоренно разрушаются под воздействием воды строительные конструкции покрытий, стен, что требует дополнительных вложений на их восстановление.
На основе данных Госкомстата России общая площадь крыш существующего жилого фонда составляет 2,8 млрд. м", из них около 470 млн. м" плоские кровли. Общая площадь крыш вводимого в год жилья составляет около 15 млн. м". Ежегодно в России производится около 370 млн. квадратных метров мягких кровельных материалов.
В материалах заседания Госстроя России «О техническом состоянии и мерах по дальнейшему развитию эффективных кровельных, гидроизоляционных и полимерных материалов» в 2000году отмечено,-что «Важнейшей задаче и....... считать наращивание...объемов выпуска и
применения эффективных кровельных, гидроизоляционных и полимерных материалов, в первую очередь...эластомерных материалов на основе атмосферостойких каучуков...».
Учитывая опережающие темпы роста цен на продукты нефтепереработки, повышение стоимости энергетических и трудовых
ресурсов, замена морально устаревших многослойных кровельных ковров из рубероида на современные эффективные материалы является особо важной задачей.
Кроме того, в настоящее время способы устройства и ремонта утепленных покрытий зданий не всегда учитывают экономические, климатические, эксплуатационные и технологические вопросы. Поэтому совершенствование технологии их ремонта в данных условиях является актуальной проблемой.
Целью диссертационной работы является:
- разработать эффективную технологию устройства и ремонта
утепленных покрытий зданий полимерным рулонным кровельным
материалом (ПРКМ) снижающую трудовые и материальные затраты и
обеспечивающую длительный безремонтный ресурс эксплуатации в
климатических условиях с минимальной температурой воздуха ниже -
40С.
Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
- выполнить анализ технологических решений по устройству и ремонту
утепленных покрытий;
- оценить условия эксплуатации гидроизоляционного ковра, выявить
дефекты и повреждения и классифицировать причины их
возникновения;
- определить технико-экономическую эффективность применения
полимерных рулонных кровельных материалов;
- установить влияние условий эксплуатации и производства работ на
технологические параметры сушки увлажненных жестких
минераловатных утеплителей;
выполнить экспериментальные исследования по подбору оптимального состава и технологии применения долговечного полимерного рулонного кровельного материала;
7 - исследовать параметры технологии устройства и ремонта утепленных покрытий с применением полимерного рулонного кровельного материала;
- разработать технологический регламент по устройству и ремонту
утепленных покрытий из полимерного рулонного кровельного
материала.
Объектом исследования являются элементы утепленных покрытий (утеплитель, рулонные кровельные материалы).
Предмет исследования - технология устройства и ремонта утепленных покрытий с использованием эффективного полимерного материала и покрытий с увлажненным в процессе эксплуатации утеплителем.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- проведен анализ и выявлены дефекты и повреждения утепленных
покрытий, классифицированы основные причины появления дефектов и
повреждений в кровлях из рулонных кровельных материалов;
- установлены климатические условия эксплуатации кровельных
материалов;
- определены оптимальные области применения полимерных рулонных
кровельных материалов;
разработан метод расчета параметров сушки увлажненных утеплителей ППЖ-200, определены оптимальные параметры технологии сушки;
- подобран состав и исследованы свойства эффективного полимерного
рулонного кровельного материала и клеящих мастик, введение в их
состав полиизобутиленов позволило обеспечить надежное соединение
слоев кровли;
- обоснован огневой способ наклейки полимерных рулонных
кровельных материалов и исследованы технологические параметры;
8 - разработан технологический регламент по устройству и ремонту кровель с применением материала «Прагма-400».
Практическая значимость работы.
Диссертационная работа является частью комплексных исследований технологии применения полимерных рулонных кровельных материалов в составе утепленных покрытий в климатических условиях с минимальной температурой воздуха ниже -40С, проводимых в течение последних 10 лет в Пермском государственном техническом университете (ПГТУ). Проведенные экспериментально-теоретические исследования и разработанные методики расчета постоянно используются в практической работе предприятий группы «Инженер». Реальный экономический эффект от применения материала «Прагма-400» составил около двухсот пятидесяти тысяч рублей.
Основные выводы и рекомендации, полученные в результате исследования, использованы при капитальном ремонте покрытий зданий производственного и непроизводственного назначения в г. Перми. Результаты легли в основу «Руководства по устройству кровель с применением материалов «Прагма». Основные положения диссертации использованы при подготовке учебных курсов по технологии ремонта крыш и спецкурса «Организация и технология ремонта зданий и сооружений» для студентов строительного факультета ПГТУ.
Достоверность исследований обеспечена использованием действующих государственных стандартов и поверенного оборудования при испытании материалов, методов математического планирования исследований и обработки экспериментальных данных, современной вычислительной техники и программного обеспечения; количеством контрольных замеров, обеспечивающих доверительную вероятность 0,95 при погрешности не более 10%; длительными
9 наблюдениями за эксплуатацией покрытий, выполненных по предложенной технологии.
Апробация диссертационной работы.
Диссертационная работа выполнялась на кафедре строительного производства ПГТУ. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах: международная конференция «Реконструкция и ремонт кровель промышленных зданий и сооружений», г. Пермь, 2000г.; VIII-я международная научно-техническая конференция «Проблемы строительного комплекса России», г. Уфа, 2004г.; научно-техническая конференция «Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2004», г. Пермь, 2004г.; Уральская научно-практическая конференция «Строительство и образование», г. Екатеринбург,2004г.; на специализированных выставках: международная выставка в г. Москва «Мосбилд», 2001 г., «Строительство и ремонт» с 1999 по 2002г. ежегодно (г. Пермь), «Строительство и ремонт» 2001г. (г. Уфа), «Строительство и ремонт» 2002г. (г. Екатеринбург, г. Казань, г. Тюмень).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе получены: патент на изобретение №2224856 «Кровельный рулонный материл»; свидетельства на полезную модель №23169 «Многослойное кровельное покрытие» и №27934 «Кровельный рулонный материал».
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографии и двух приложений. В работе представлено 53 рисунка и 42 таблиц. Список литературы содержит 178 наименований. Общий объем диссертации 246 страниц машинописного текста.
Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность своему руководителю - доктору технических наук, профессору
10 А.Б.Пономареву за неизменное внимание при работе над диссертацией, а также кандидату технических наук, профессору В.Н.Строкинову , кандидату технических наук Сосновских Л.В., научным сотрудникам и специалистам испытательных лабораторий института механики сплошных сред УрО РАН (г. Пермь), ГУП НИИМосстрой (г. Москва), ФГУП НИИ синтетического каучука им. С.В.Лебедева (г. Санкт-Петербург) за оказанную помощь при проведении экспериментальных работ; администрации и технологам Уфимского завода эластомерных материалов и конструкций за помощь при отладке технологии производства полимерных материалов, а также сотрудникам строительного факультета ПГТУ за помощь в работе над диссертацией.
Существующие технологии устройства и методики проектирования кровель из рулонных кровельных материалов
Как ограждающая конструкция, покрытие подвергается воздействию целого ряда факторов, тесно связанных с процессами, происходящими как вне здания, так и внутри него. К числу этих факторов относятся: - атмосферные осадки; - ветер; - солнечная радиация; - температурные колебания; - водяной пар внутреннего воздуха здания; - химически агрессивные вещества наружного воздуха; - механические нагрузки; - жизнедеятельность насекомых и микроорганизмов, птиц. Наибольшую долю неблагоприятных воздействий непосредственно на кровлю оказывают климатические воздействия. Как ограждающая конструкция, покрытие функционирует в довольно жестком температурном режиме, испытывая как пространственные, так и временные температурные изменения. Как правило, его нижняя поверхность имеет температуру, близкую к температуре воздуха в помещении. В то же время температура наружной поверхности меняется в достаточно широких пределах - от весьма значительных отрицательных величин в морозную зимнюю ночь [113]) до величин, близких к 100 градусам (в солнечный летний день). Но, как известно, все материалы подвержены температурному расширению и сжатию разной величины. Поэтому во избежание разрушающих деформаций очень важно, чтобы материалы, «работающие» в единой конструкции покрытия, имели близкие коэффициенты температурного расширения. Значительные отрицательные температуры рулонного ковра в зимний период в сочетании с механическими (силовыми) воздействиями от веса снега или температурных деформаций каркаса здания приводят к возникновению трещин в материале кровли при недостаточной его гибкости при отрицательных температурах.
Элементы, составляющие покрытие, должны быть не только устойчивы к значительным температурным колебаниям, но и надежно ограждать от них внутренние помещения здания, защищая зимой от холода, а летом от жары. Роль теплового барьера в конструкции покрытия принадлежит слою теплоизоляции. Чтобы теплоизоляционный материал выполнял свою функцию, он должен быть как можно более сухим. При увеличении влажности всего на 5% теплоизоляционная способность материала уменьшается почти в два раза. Проводимые различными специалистами ускоренные испытания долговечности рулонных кровельных материалов свидетельствуют [64] о резком изменении во времени таких физико-механических свойств, как гибкость на стержне при отрицательных температурах, водопоглащение, прочность при растяжении. Результаты проведенных испытаний свидетельствуют о том, что полимерные рулонные гидроизоляционные материалы обладают более высокими физико-техническими свойствами, чем битумные и битумно-полимерные, по показателям теплостойкости, морозостойкости и деформативности. Многочисленные обследования рулонных кровель, проведенные ЦНИИЭПжилища и ЦНИИпромзданий свидетельствуют [73,74,132], что быстрее всего они разрушаются в местах примыкания к вертикальным поверхностям (парапетам, надстройкам, вентиляционным шахтам, трубам и т.п.) и у водоприемных воронок. Поэтому на практике первоочередное внимание должно уделяться не только использованию высококачественных материалов, надежных узлов и деталей кровель, но и их качественному выполнению. Значительный интерес представляют результаты обследований эксплуатационной надежности кровель, проведенных в Московском инженерно-строительном институте Ю.Б. Монфредом и Л.В. Поповой [132]. По данным этих авторов установлены три характерных периода эксплуатации кровель (рис. 1.2): - период приработки (1-2 года); - период стабилизации числа отказов (3-4 года); - период старения материалов и роста числа отказов (7-10 лет). Повысить долговечность кровельного рулонного ковра можно путем увеличения всех трех периодов: - первого - повышая качество кровельных работ и применяя более качественные материалы; -второго - улучшая условия эксплуатации рулонных кровель; - третьего - применяя более долговечные материалы.
При использовании высококачественных материалов и более качественном выполнении кровельных работ частота образования дефектов стабилизируется, а при низком качестве работ и материалов она значительно возрастает. При выборе конструкции рулонной кровли предпочтение следует отдавать более качественным - хотя и более дорогим (по единовременным расходам) РКМ, зато более долговечным (и дешевым) в эксплуатации. При эксплуатации существующих утепленных покрытий часто возникает задача просушить утеплитель, впитавший влагу.
Процесс сушки увлажненного утеплителя - технологическая операция, при которой за счет испарения влаги формируются заданные физико-механические свойства утеплителя. Механизм процесса сушки зависит от ряда факторов: количества влаги, формы связи ее с материалом и режима сушки. Сушка утеплителя как теплофизический процесс происходит по определенным закономерностям. В исследованиях процесса сушки пользуются понятием абсолютной влажности утеплителя - со, которая представляет собой отношение веса влаги - W к весу абсолютно сухого материала - Оо.
Исследование экономической эффективности применения рулонных кровельных материалов разных видов
Кровли из рулонных гидроизоляционных материалов получили наиболее широкое распространение в практике зарубежного и отечественного промышленного, жилищного и культурно-бытового строительства. Ежегодная потребность в них для нового строительства в России превышает 100 млн.м".
Опыт эксплуатации кровель из битумных рулонных материалов свидетельствует об их недолговечности. Через каждые 4-5 лет эксплуатации этим видам кровли требуется капитальный ремонт. Это объясняется не только низкими эксплуатационными качествами самого материала, но в значительной мере ненадежностью многослойного рулонного ковра.
С целью определения экономической целесообразности применения РКМ того или иного вида проведены технико-экономические исследования результатов устройства, ремонта и эксплуатации кровель с использованием трех основных видов рулонных кровельных материалов: - битумных (Б); - битумно-полимерных (Б-П); - полимерных (П). Стоимость РКМ и кровельных работ принята по данным строительных организаций г. Перми (табл. 2.3). Трудоемкость устройства кровли рассчитана по действующим нормативным документам. Стоимость и трудоемкость устройства кровли из различных РКМ приведены в табл. 2.4. а) четырехслойная кровля из рубероида на битумной мастике, устраиваемая методом наклеивания слоев; б) двухслойная кровля из унифлекса и линокрома, устраиваемая методом подплавления клеящих слоев; в) однослойная кровля из полимерного материала элон-1 на полимерной мастике. Другие виды материалов по каждой из представленных групп не рассматриваются ввиду их более высокой стоимости. По сборникам ЕНиР определена трудоемкость выполнения кровли табл. 2.5. При значительной разнице в трудоемкости, стоимость кровельных работ из РКМ на практике больше коррелирует со стоимостью материалов, а не с расчетной трудоемкостью. Это объясняется тем, что для устройства кровли из полимерных материалов требуется более квалифицированный и высокооплачиваемый персонал, чем для кровель из битумных РКМ. Установленным фактом является предложение выполнять основные объемы работ по устройству и ремонту рулонных кровель с использованием кровельных материалов на битумной и битумно-полимерной основе. Объемы работ по ремонту кровель с использованием полимерных материалов в настоящее время незначительны. Эта тенденция ошибочна и должна быть преодолена. В табл. 2.5 приведены данные по трудоемкости устройства кровли из различных РКМ. Средняя стоимость кровельных работ приведена в табл. 2.4. Это единовременные затраты на устройство кровли. Однако, кровлю, как и все здание необходимо эксплуатировать и нести определенные затраты на текущий и капитальный ремонты. Кровле здания или сооружения в период эксплуатации необходимо несколько капитальных ремонтов. Исходя из имеющихся нормативных и фактических данных по периодам проведения текущих и капитальных ремонтов кровель (табл. 2.6) составлен график затрат (рис. 2.1) на устройство и эксплуатацию рулонной кровли из кровельных материалов различных типов. В табл. 2.6 приведены затраты на ремонт кровель в ценах 2001 года для г. Перми. слоя), битумно-полимерных материалов (два слоя), полимерных материалов (один слой) показывает, что единовременные затраты на устройство кровли из других материалов в сравнении с рубероидом составляют: битумно-полимерными материалами - 144%; полимерными материалами - 137%. При учете затрат на текущий и капитальный ремонт среднегодовая стоимость кровли за 25 лет в сравнении с рубероидом составит: битумно-полимерными материалами - 81%; полимерными материалами - 48%. С учетом расходов на эксплуатацию кровель экономически выгодно выполнять рулонные кровли из долговечных полимерных материалов. Сравнение проведено по имеющимся данным стоимости устройства и ремонта кровель в г. Перми и Пермской области за 1994-2001 г.г. Проведенные исследования стоимости устройства и эксплуатации кровли из битумных, битумно-полимерных и полимерных материалов показали, что суммарные затраты на устройство и эксплуатацию кровли из полимерных материалов являются наименьшими (рис. 2.1). Опыт применения рулонных полимерных материалов «Элон» и «Прагма» свидетельствует об эффективности этих видов материалов и их конкурентной способности по сравнению с лучшими зарубежными материалами аналогичного класса. Затраты на устройство и эксплуатацию кровли в течение 25 лет (табл.2.6), обратно пропорциональны единовременным затратам на устройство кровли из разных типов РКМ. Сравнительные исследования автора, выполненные в 1997 году, хорошо коррелируют с данными 2001 г. (см. табл. 2.4 и рис. 2.1). Это свидетельствует о неизменности установленных тенденций.
Изучение термоокислительной стабильности кровельного материала «Прагма-400» в условиях ускоренного старения
Долговечность кровельного покрытия из многослойного рулонного битумного ковра при сплошном приклеивании к основанию невелика - 3-5 лет. Основными разрушающими факторами, резко снижающими срок службы кровель, являются: температурные деформации, и давление паровоздушной смеси, скапливающейся под ковром.
Температурные деформации несущих конструкций утепленных покрытий при годовом цикле изменения температур наружного воздуха от +40 до -60С и суточном от 8 до 15С (солнечный нагрев и остывание ночью) составляют до 1,5-3мм на погонный метр. Поэтому при сплошном приклеивании полимерно-битумного ковра к основанию из несущих конструкций покрытия происходит концентрация напряжений и интенсивное разрушение ковра.
Кроме того, паро-воздушная смесь, скапливаясь под рулонным кровельным ковром, под воздействием солнечного нагрева может привести к образованию местных вздутий и разрывов ковра.
Для снятия локальных напряжений ковра необходимо осуществить не сплошное, а точечное приклеивание нижнего слоя ковра к основанию. Чем больше расстояние между местами приклейки ковра, тем больше база (расстояние между точками закрепления) его деформаций, и тем меньше его напряжения, вызванные деформациями несущих строительных конструкций покрытия. Точечное приклеивание способствует возможности перемещения водяного пара под ковром. При этом снижается давление водяного пара, исключается образование местных вздутий и разрывов ковра. Удаление паро-воздушной смеси осуществляется устройством «дышащей» кровли. В этом типе кровли вместе с частично приклеенным нижним слоем рулонного ковра предусматривается организация свободного выхода паро-воздушной смеси из-под ковра.
Точечное и равномерное закрепление битумно-полимерных рулонных материалов вручную чрезвычайно трудно достигнуть, используя газовую горелку.
Устранение перечисленных выше недостатков, осуществляется различными методами. В частности ряд фирм используют выпуск перфорированных битумно-полимерных материалов. Перфорация обеспечивает равномерное распределение незакрепленных участков нижнего слоя кровельного ковра. Такой материал позволяет работать даже кровельщикам невысокой квалификации, умеющим работать с обычной газовой горелкой для наплавлення битумно-полимерных мембран.
Существует еще ряд способов снижения отрицательного влияния жесткого крепления рулонного битумно-полимерного ковра к основанию. Некоторые из них применимы и для; монтажа полимерных рулонных материалов. Однако все названные и аналогичные им методы малоэффективны.
Широко применяемый полимерный отечественный материал элон также имеет недостаток не дренировать воздушно-водяные пары. В связи с этим имеют место случаи возникновения конденсата под рулонным ковром в осеннее-зимний период и вздутие в летний. Автором разработан, выпущен и применен на практике рулонный полимерный материал, обладающий свойствами так называемой «дышащей» кровли.
Эффект диффузии воздушно-водяных паров под кровельным ковром достигается за счет высокоэффективного дренирующего негниющего полиэфирного полотна, которое сдублировано с кровельной рулонной полимерной мембраной с нижней стороны. Толщина дренирующего слоя от 2 до 5мм. Этот материал выпускается промышленностью для обеспечения дренажа грунтовых вод под дорожным полотном при строительстве дорог. В кровельном ковре этот слой выполняет аналогичную функцию, только для воздушно-водяных паров. Скорость дренирования до 1,25м/час. Основные физико-механические показатели полотна, на базе 100% полиэфира приведены в таблице 3.18. Таким образом при коэффициенте фильтрации в плоскости полотна 30 м/сутки (1,25м/час) воздушно-водяные пары способны беспрепятственно дренировать (циркулировать) под кровельным ковром.
Технология наклейки полимерного РКМ «Элон» предполагает в общем виде применение клеев при наклейке к основанию и шовных клеев и дополнительных полосок ткани пропитываемых и промазываемых клеями при склеивании швов рулонного ковра. Данная технология необходима из-за невозможности обеспечения надежного клеевого шва. Клеевое соединение получается не адгезионным а когезионным. Достаточно много времени занимает многократная промазка швов клеем по тканевым полоскам, что не всегда удобно в дождливую погоду. Работы можно проводить только в сухую погоду. Трудозатраты на устройство 100 м2 ковра составляют 18,0 чел/часа.
Автором разработана иная технология устройства кровли для РКМ «Прагма-400». Эта технология заключается в наклейке рулонного ковра на разогретый битум нижележащего слоя кровельного материала огневым способом. При этом склейка швов происходит после однократного промазывания шва кистью с клеем. Материал надежно адгезионно склеивается, т.к. полиизобутилены не вулканизированы и сразу вступают в реакцию диффузионного взаимопроникновения стыкуемых материалов. При этом трудоемкость работ по.склейке швов материала сокращается на 29%, а трудоемкость работ по приклейке к основанию на 50%.
Условия подбора рулонных кровельных материалов в зависимости от климатического района их применения
Анализируя результаты проведенного эксперимента можно сделать следующую оценку: различие в скорости сушки утеплителя между дальними и ближними точками от канала будет заметным, когда характерное время диффузии водяных паров с периферии будет сравнимо с характерным временем испарения воды. Для оценок берем коэффициент диффузии паров в воздухе D = 0.21 10"4 м2/сек. Определяем характерный размер L, на котором процессы испарения и диффузии будут иметь равный вес: метра Чтобы процессы диффузии не тормозили сушку, их вклад в общее время не должен превышать 10%, а соответственно время диффузии должно быть на порядок меньше характерного времени сушки. Следовательно, критическая толщина утеплителя (расстояние до центра между каналами) составит 7,4/W10 = 2,3 метра. Это разумеется завышенная оценка, так как мы не знаем коэффициент диффузии водяного пара в утеплителе, но представляется, что от воздуха будет различие небольшое. Таким образом, расстояние между каналами в данном случае можно назначать 4,5-5,0м с гарантированным отсутствием отличия во времени сушки в дальних и ближних от канала точках.
Анализируя необходимую минимальную скорость движения воздуха в канале можно сделать следующую оценку: эта скорость должна быть сравнима со скоростью диффузии водяных паров. Скорость диффузии оценим как где L - глубина утеплителя, D - коэффициент диффузии паров в воздухе. Тогда VD = 0,21 10"4 / 0,5 = 0,42 10 4 м/сек или 0,042 мм/сек. То есть для удаления водяных паров достаточно потоков со скоростями порядка мм/сек (для данной модели). Подобные и даже более высокие скорости обеспечиваются с помощью конвекционных потоков. Следовательно, можно говорить о столь же эффективной сушке утеплителей без принудительной вентиляции в пределах модели проведенного эксперимента. Описывая процесс сушки в нашем случае, он представляется в следующем виде. Жидкость находится внутри материала в виде каких-то капель, не перемещаемых капиллярными силами. Все остальное свободное пространство заполнено водяным паром. Пар диффундирует в вентиляционный канал и вследствие этого является не насыщенным. С поверхности капель происходит испарение воды. Скорость испарения пропорциональна разности давлений пара вблизи поверхности и в отдалении. Поскольку внутри материала воздух практически не циркулирует, то коэффициент влагообмена (3=0,0229 согласно Жукову [31].
Таким образом, количество испаряемой влаги при фиксированных внешних условиях пропорционально величине поверхности, которая в свою очередь пропорциональна числу капель. (Конечно, все капли различны, но если взять десяток их из одного участка и сравнить с десятком из другого, то в среднем удельные поверхности будут близки.) Получается, что скорость испарения пропорциональна самой влажности, что и наблюдалось в эксперименте. Начального периода сушки с постоянной скоростью не наблюдается.
Теперь образующийся водяной пар необходимо удалить., імам количество пара, можно рассчитать минимальное количество ночдухм, необходимого для этого. Предположим, что расстояние между каналами 4 метра. Влажность материала пусть равняется 10 %. Тогда на одни, метр длины канала в секунду испаряется =16/2.9 106=5.4 10"6 кг или полмиллиграмма воды. Для Перми средними условиями для лета является температура 18 С и влажность 72%. При этой температуре влагосодержаиие насыщенного пара составляет 17,3 грамма воды на кубометр воздуха. Наш ненасыщенный паром воздух тогда может забрать 17,3 0,28=4,8 грамма водяного пара. Таким образом, через канал надо прокачать 5.4 10"/4,8 10 =1,1 10" кубометра воздуха или примерно один литр в секунду. Это минимальное количество воздуха. При этом воздух будет полностью насыщаться влагой. Это естественно будет тормозить испарение.
Тогда для канала сечением 100x100мм минимальная скорость составит 0,1 метра в секунду. Для канала меньшего сечения скорость должна быть увеличена пропорционально уменьшению сечения. При увеличении длины канала скорость также надо увеличивать. Допустим, для ската длиной 6 метров скорость воздуха надо увеличить до 0,6 м/сек. В данном случае уже естественная конвекция не справится. Представляется, что скорость воздуха в трубе вряд ли превысит 0,1 м/сек в условиях свободной конвекции, что подтверждается рядом исследований [31]. Можно для ускорения сушки каналы расположить с меньшим шагом. Таким образом, скорость сушки утеплителя будет определяться интенсивностью вентиляции каналов.
Выполненные экспериментальные исследования технологии сушки увлажненных утеплителей ППЖ-200 в составе утепленного покрытия позволили получить аналитическую зависимость изменения влажности утеплителя от времени сушки. Получены технологические параметры сушки утеплителей в составе покрытия без полного демонтажа рулонного ковра.
