Пн - Пт: 9:00 - 18:00 | Сб - Вс: Выходной
г. Краснодар, Пос. Индустриальный, пер. Дорожный, 6/1

Пенополистирол и полистиролбетон: эксплуатационные характеристики и экологические аспекты

Изготовление пенополистирола

Легкий бетон с пенополистиролом (EPS) или полистиролбетон используется уже несколько десятилетий. Пенополистирол предназначен для снижения веса конструкции материала при сборном и заводском строительстве с улучшенной тепло- и звукоизоляцией. В первую очередь, гранулы из пенополистирола были частично заменены как крупными, так и мелкими заполнителями. В первую очередь были проанализированы производительность, обрабатываемость, механические свойства и долговечность полистиролбетона. Кроме того, были изучены дополнительные свойства материала, такие как влагоизоляция, теплоизоляция и звукоизоляция. Ко всему прочему наши исследования были так же направлены на материалы на цементной основе с переработанными гранулами из пенополистирола.

Вступление

Бетон — это повсеместно используемый искусственный материал во всем мире. Каждый год производится значительное количество многих видов материалов. Из-за широкого использования такого материала многие исследователи изучают инженерные свойства на нано-, микро- и макроуровнях. Многочисленные исследовательские программы по улучшению свойств бетонных материалов в свежем и затвердевшем состояниях, долговечности, структурной реакции и воздействия на окружающую среду являются привлекательными темами для материаловедов, химиков и инженеров-строителей. Хотя бетон является твердым и долговечным материалом, одним из физических свойств, которые могут представлять практическую проблему, является его вес. Его типичная плотность колеблется в пределах 2200-2400 кг/м3 и считается тяжелым. Эта проблема возникает особенно при внедрении современных бетонных технологий, таких как сборный бетон, сборно-разборный бетон и строительство за пределами объекта. Это приводит к увеличению остаточных нагрузок на конструкцию, что требует большой грузоподъемности подъемных кранов и грузовых автомобилей для транспортировки. Потребность в более крупных кранах и грузовых автомобилях приводит к увеличению затрат и более высокому воздействию на окружающую среду. Эту проблему можно свести к минимуму, используя бетонные смеси с более легкими материалами. Поэтому легкий бетон был внедрен и широко применяется в строительстве, где ключевым фактором является экономия веса конструкций, их прочность, тепло-звукоизоляция и экологичность. Британский стандарт (BS EN: 206-1) (British Standards Institution, 2013) определяет легкий бетон со значениями плотности от 800 до 2000 кг/м3 и значениями прочности на сжатие от 8 до 80 МПа. Американский институт бетона (ACI) 213R (ACI 213R, 2014) определяет легкий бетон как имеющий значения плотности от 1350 до 1900 кг/м3 и значения прочности на сжатие не менее 17 МПа. ASTM International (ASTM C330 / C330M, 2017) определяет легкий заполнитель в соответствии с ASTM C330, используемый в качестве конструкционного бетона, как имеющий насыпную плотность ниже 1120 кг/м3 для мелкого заполнителя, ниже 880 кг/м3 для крупного заполнителя и 1040 кг/м3 для комбинации мелкого и крупного заполнителя. Системы из легкого бетона и легких строительных растворов, содержащие гранулы пенополистирола, обычно используются во внутренних и наружных компонентах строения и сооружений. Легкий бетон состоит из различных типов натуральных и искусственных легких заполнителей. В этой обзорной статье был определен конкретный тип искусственного легкого полимерного материала, называемого гранулами из вспененного полистирола (EPS).

Определение пенополистирола

EPS, также называемый вспененным полистиролом, представляет собой тип стабильной полимерной пены из полистирола со сверхнизкой плотностью, состоящей из дискретных воздушных пустот в полимерной матрице, как показано на рис. 1. Процесс его изготовления для свободно радикальной полимеризации начинается с насыщения полистирольной смолы при прессовании при повышенных температурах в течение примерно 10 минут. Затем формуют лист полистирола, имеющий молекулярные массы приблизительно 160 000 и 260 000, а затем насыщают в сосуде под давлением CO2 для продувки в виде ячеистой структуры. Процесс выдувания позволяет гранулам из пенополистирола расширяться более чем в восемь-сорок раз по сравнению с их первоначальным объемом в зависимости от условий обработки, таких как конверсия мономера и распределение молярной массы.

Изготовление пенополистирола
Рисунок №1

Применение пенополистирола

Пенополистирол является полимерным материалом, изобретенным в 1949 году и широко используемый в строительной промышленности благодаря его доступности во всем мире и низкой стоимости.

Полистирол был отнесен к таким ВИЭ с 22% мирового потребления пластмасс.

В строительстве все чаще используется большое количество производимого пенополистирола. В настоящее время пенополистирол считается недорогим строительным сырьем. Отметим, что пенополистирол считается источником умеренной температуры и может легко сгорать при пожаре на строительных конструкциях. Для снижения реакционной способности горючего пенополистирола было добавлено несколько химических добавок и покрытий. Однако это неэффективно, что приводит к дальнейшему использованию этого материала, вызывающего большую озабоченность. Кроме того, добавки, стабилизирующие УФ-излучение такие, как токсичное химическое выщелачивание из новой технологии, могут вводить новый пенополистирол, поверхностно-активное вещество, бисфенол А, бромированный эпоксидный антипирен, огнезащитное покрытие, гексабромциклододекан и антиоксидант. Также обнаружено, что пенополистирол может быть все более фрагментированным, что приводит к образованию крошечных микро- и нанопластиков в речной воде, морской воде и почве.

Раствор полистиролбетона в жидком виде

Исследование бетона с гранулами из пенополистирола было впервые представлено в 1972 году, когда Кук (1972) сообщил об использовании гранул из пенополистирола в качестве заполнителей бетона для легких строений. Хотя гранулы пенополистирола имеют сферическую форму и закрыто ячеистую структуру, содержащую около 98% воздуха и обладают гидрофобной природой, их можно легко добавлять с цементной пастой в строительный раствор или бетонные смеси для получения конструкционного легкого материала на основе цемента. Плотность гранул пенополистирола колеблется от 12 до 35 кг/м3. Когда гранулы пенополистирола смешивались с условиями высокой щелочности (рН > 8,5), такими как цементный раствор, при его производстве могут выделяться токсичные вещества.

В отличие от других легких заполнителей, гранулы из пенополистирола не страдают от недостатка водопоглощения из-за морфологии закрытых пор.

Высокая водопоглощающая способность либо затрудняет производство цементных смесей, либо снижает прочность на сжатие из-за слишком большого содержания воды. Однако высокое содержание воды может играть роль внутреннего источника отверждения, позволяя улучшить характеристики конечного продукта. Кроме того, когда гранулы пенополистирола имели чрезвычайно низкую плотность, они легко отделялись от свежей бетонной смеси во время замешивания бетона. Это происходит из-за большого разрыва в их плотностях обоих компонентов.

Материалы на основе цемента, содержащие гранулы пенополистирола, как сообщается, рассматриваются как экологически чистый материал, оказывающий благоприятное воздействие на окружающую среду. Однако, насколько нам известно из нашего обзора и исследования, обнаружена проблема пригодности для вторичной переработки. Хотя, как уже упоминалось, пенополистирол сам по себе может генерировать вредные токсичные вещества и микро- и нанопластики. Исследования указывают на очень низкую скорость выщелачивания тяжелых металлов, когда гранулы пенополистирола присутствуют в бетонной матрице благодаря химической фиксации. Тяжелые металлы также физически улавливались блокирующим каркасом из гидратированного монолитного цемента. Что касается микро- и нанопластика, то было обнаружено, что они оказывают крайне незначительное воздействие на человека, включая нарушения обмена веществ, нейротоксичность, генотоксичность и цитотоксичность.

Заключение

В последнее время во многих технических публикациях говорится о включении гранул пенополистирола в материалы на цементной основе. В этих технических публикациях подчеркивалось использование гранул из пенополистирола в качестве частичной или полной замены крупнозернистых и мелкодисперсных заполнителей нормального веса. К сожалению, обзорная публикация, в которой кратко излагаются общие аспекты технической публикации, представлена не полностью и обсуждаются проблемы и ограничения в различных аспектах, включая тепловое воздействие и воздействие на окружающую среду. В 2017 году в одной публикации Вахшури и Неджади (2018) рассматривались только их механические свойства. В другой публикации Хатиба и др. (2019), опубликованной в 2019 году, были рассмотрены их технические свойства, но основное внимание было уделено переработанным отходам и вопросам устойчивого развития. Следовательно, цель этой статьи — собрать, обобщить и кратко изложить все основные данныне о технологии бетона и строительных растворов из пенополистирола. Кроме того, другие пропорции смеси включают волокна, химические и минеральные добавки, диоксид кремния, летучую золу, другую золу и геополимер. Также были обсуждены функциональные применения материала, такие как влагоизоляция, теплоизоляция и звукоизоляция. Кроме того, недавние исследования были сосредоточены на материалах на цементной основе с переработанными гранулами из пенополистирола. Наконец, были упомянуты проблемы, связанные с использованием материалов в условиях нынешних глобальных экологических проблем, связанных с более чистым качеством воздуха и устойчивостью.

Поделиться
Бауштофф®