Введение к работе
Актуальность темы. Проблема энергосбережения стала одной из самых актуальных в России, и основной путь экономии топливно-энергетических ресурсов - уменьшение потерь тепла через ограждающие конструкции зданий. Ужесточение требований к их термическому сопротивлению, регламентированных изменением №3 в СНиП И-3-79 «Строительная теплотехника», вызывает необходимость применения эффективных теплоизоляционных материалов (ТИМ) в сочетании с конструкционными. Экономическая целесообразность диктует производить теплоизоляционные материалы вблизи объектов потребления, чтобы снизить транспортные издержки, а это, в свою очередь, побуждает к вовлечению в производство местного сырья. Таковыми для получения недорогих эффективных утеплителей и конструкционно-теплоизоляционных материалов являются отходы деревообработки (стружка, опилки, кора) и растительные сельскохозяйственные отходы (солома, лузга, костра). Многие из подобных магери&чов давно известны (арболит, фибролит, страмит, торфоплиты и др.), другие (соломат) разработаны недавно.
Основная проблема - вяжущие (связующие), которые должны быть и технологичными и обеспечивать необходимую прочность, жесткость, водостойкость, негорючесть, нетоксичность при низкой теплопроводности. Универсальных связующих, естественно, нет: минеральные хрупки, тяжелы, нетехнологичны, органические горючи, нетеплостойки, хотя весьма технологичны. Вызывают интерес гибридные связующие, полученные совмещением одновременно твердеющих неорганических вяжущих и полимерных связующих. Другой резерв обеспечения высоких механических показателей с малой теплопроводностью — сочетание тонкой капиллярно-пористой структуры природного растительного материала и крупной «сквозной» пористости волокнистого каркаса из древесной стружки (или рубленой соломы) с ячеистой структурой поризованного связующего, заполняющего эти крупные поры. Создание различных вариантов комбинированных структур и явилось основой настоящего исследования.
Работа выполнялась в рамках межвузовской научно-технической программы "Архитектура и строительство" (1998-1999 г.г. - раздел 2.2.13) по теме "Применение полимеров для получения беспропарочных бетонов, дорожных асфальтобетонов, гидро- и теплоизоляционных материалов».
Цель работы - создание эффективных теплоизоляционных материалов и изделий на основе растительных отходов и гибридных органоминеральных поризованных связующих.
Достижение этой цели предусматривает решение следующих задач:
выбор органических компонентов гибридного связующего, оптимизация его составов и определение условий их совместного отверждения и поризации;
разработка составов и изучение основных эксплуатационных показателей ТИМ на основе полученных гибридных поризованных связующих и растительных наполнителей;
установление основных зависимостей изменения свойств ТИМ на ор-ганоминеральных поризованных связующих от вида, структуры и содержания растительных наполнителей;
И разработка технологических схем получения ТИМ на основе различных типов растительных отходов и гибридных связующих, технических условий и рекомендаций по применению разработанных ТИМ е ограждающих конструкциях.
Научная новизна. Показана возможность создания эффективных теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструкционных материалов на основе растительного сырья и гибридных органоминеральных связующих с комбинированной пористой структурой, основанная на установленных зависимостях свойств от структуры материала, от соотношения "наполнитель - гибридное связующее", химического строения и особенностей вспенивания V отверждения связующего.
Изучено влияние природы неорганического компонента (водных растворов силикатов натрия и гидрозоля оксида алюминия) на формирование модифицированного карбамидоформальдегидного пенопласта. Установлено что использование гидрозолей оксида алюминия с рН = 3-3,5 позволяет увеличить его содержание (до 50 мас.%) в составе карбамидоформальдегидногс связующего, по сравнению с силикатом натрия (до5-7 мас.%).
Предложен метод химического вспенивания гибридного связующего Не основе растворимых силикатов натрия и полиизоцианатов, основанный ш реакциях взаимодействия изоцианатов и воды в составе жидких стекол с выделением углекислого газа. Показано, что при оптимальном соотношении компонентов, в результате химического взаимодействия полиизоцианатов v жидкого стекла с образованием полимочевин и поликремниевой кислоты образуется органоминеральный композит со структурой взаимопроникающего типа и высокой водостойкости.
Достоверность результатов, научных выводов и рекомендаций работь обеспечивается достаточным объемом экспериментальных данных, полученных современными методами исследований, корреляцией результатов, полученных независимыми методами.
Практическое значение работы Разработаны новые ТИМ на основе растительных отходов и органоминеральных поризованных связующих, отличающиеся сочетанием положительных свойств материалов с органически-
ми и неорганическими связующими. Определены основные технологические режимы получения ТИМ. Предложен способ получения ТИМ на основе растительных отходов, исключающий операцию сушки и сокращающий технологический цикл производства. Разработаны два варианта технологических схем производства плит из материалов с комбинированной пористой структурой.
Реализация работы. Результаты научных исследований использованы при разработке проекта Технических условий на "Плиты теплоизоляционные на основе растительного наполнителя и органоминерального связующего" и составлении технологических инструкций по применению плит в различных вариантах конструкций. Выполнены дипломные проекты по теме диссертации. На открытом конкурсе на лучшую работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах РФ в 2000 году работа отмечена медалью. Разработки экспонировались на 8 республиканских, региональных и международных тематических выставках по стройиндустрии и ресурсо-энергосберегающим технологиям.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на НТК «Проблемы энерго-и ресурсосбережения и охраны окружающей среды» (Ижевск, 1998), на Всероссийской НТК «Композиционные материалы в авиастроении и народном хозяйстве» (Казань, 1999), на Y и YI академических чтениях "Современные проблемы строительного материаловедения" (Воронеж, 1999, Иваново, 2000), на YII международной конференции по химии и физико-химии олигомеров (Пермь, 2000), на международной научно-технической конференции "Ресурсосберегающие технологии производства строительных материалов" (Новосибирск, 2000 г.), на международной НТК «Проблемы строительного материаловедения и новые технологии» (Белгород, 2000), на международных семинарах «Энергосберегающие технологии в строительстве» (Казань, 1999, 2000), на отчетных республиканских научно-технических конференциях КГАСА (Казань, 1998-2000). По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, подана заявка на получение патента № 2000121815/04(022984) с приоритетом от 15.08.2000.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 145 наименований, и приложений. Работа изложена на 165 страницах машинописного текста, включает 19 таблиц, 39 рисунков.
