архитектура и строительство

Теплоизоляционный арболитобетон с полимерно-активными веществами (ПАВ).

ПАВ|C 1995 г., после известных изменений СНиП "Строительная теплотехника", заметно расширился круг исследований, направленных на изыскание новых эффективных теплоизоляционных материалов. Столь пристальное внимание ученых и практиков-строителей к этой области строительного материаловедения объясняется той большой ролью, которую играют теплоизоляционные материалы в решении важных вопросов экономии энергоресурсов в процессе эксплуатации зданий.

Технологическая основа комплексных исследований, выполняемых в Пензенской архитектурно-строительной академии по повышению тепловой эффективности зданий, заключается в создании теплоизоляционных материалов (ТИМ) с использованием местных минеральных ресурсов, отходов промышленности и растительного сырья, в том числе таких материалов, как ячеистые бетоны низкой плотности, твердеющие при нормальных температурно-влажностных условиях.

Актуальность данного научного направления обосновывается, во-первых, практически полным отсутствием в Пензенской области эффективных местных теплоизоляционных материалов и необходимостью их ввоза из других областей, а во-вторых, неудовлетворенностью широко применяемыми в области привозными утеплителями на полимерной основе, имеющими высокую стоимость и ряд других недостатков (токсичность, низкая огнестойкость).

С целью создания местного эффективного теплоизоляционного материала были исследованы крупнопористые арболитовые бетоны (КПАБ) на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего (ГЦПВ). В качестве активной минеральной добавки использовали местную горную породу - опоку сурскую, а легкого заполнителя - отходы растительного происхождения: солому ржаную и гречневую, лузгу овсяную.

На первом этапе исследований для направленной оптимизации структуры разрабатываемых составов арболита был выполнен подбор рецептуры ГЦПВ и назначены критерии оптимизации состава вяжущего: прочность и водостойкость. Результаты проведенных экспериментальных исследований установили, что оптимальный состав вяжущего по вышеуказанным критериям имеет следующее соотношение компонентов: гипс строительный марки Г-5, портландцемент ПЦ-400, опока сурская 2,08:1:1 (по массе). Образцы ГЦПВ такого состава приобретают прочность на сжатие 11 МПа в возрасте

5 суток и коэффициент водостойкости 0,82. Было также установлено, что при модифицировании данного состава дисперсией ПВА в количестве 5% от массы ГЦПВ существенно (до 41%) повышается прочность образцов на растяжение при изгибе.

Для улучшения физико-механических свойств полученного КПАБ с заполнителем из упомянутых растительных отходов исследовали адгезионную прочность контакта на границе заполнитель - вяжущее в зависимости от вида минерализаторов. В качестве последних использовали натриевое жидкое стекло и хлористый кальций (Na2SiO3, CaCl2). Кроме этого, апробировался ряд полимерных добавок, повышающих адгезионную прочность контакта. Это позволило получить аналитические и графические зависимости прочности на сжатие арболитового бетона (в исследованной области экспериментального пространства), изготовленного на основе оптимального состава ГЦПВ с добавкой дисперсии ПВА и растительных заполнителей, обработанных натриевым жидким стеклом.

На втором этапе работы определяли вид и количество пенообразователя, а также добавок-минерализаторов, подбирали состав и исследовали теплопроводность КПАБ, решали вопросы внедрения полученного материала в практику проектирования и строительства.

Оптимизация состава материала на этом этапе заключалась в подборе такого соотношения между его основными структурными компонентами, которое позволило бы обеспечить в нем с одной стороны достаточную прочность, а с другой - необходимую пористость.

Среди нескольких используемых пенообразователей (ПО-6К, "Морпен", "Пеностром") экспериментальным путем был выбран наиболее эффективный - техническая пена "Пеностром" (по критериям влияния на прочность вяжущего, кратности вспенивания, стойкости пеномассы ), а в качестве минерализатора пены - молотый мел или известняк. Стабилизирующее действие последних на пеномассу создается за счет образования новых кристаллоподобных соединений в виде скаутита 6СaO·SiO2·CaCO·nH2O, гидрогранатов и гидрогеленитов.

Кинетика набора прочности вяжущим при использовании технических пенообразователей выразится уравнением следующего вида:

Rcж(t)= RcжmaxЧ(1- e-k·t),

где Rcж(t) - прочность на сжатие в возрасте t, сут; Rcжmax - максимальная прочность материала в возрасте 28 сут; k - коэффициент пропорциональности, 1/сут, характеризующий степень негативного влияния ПАВ на данном временном отрезке. Для использованных в работе пенообразователей данная зависимость запишется так:

без добавки ПАВ

Rcж(t)=8,24Ч(1- e-0,183t),

для пенообразователя типа "Пеностром"

Rсж(t)=4,57Ч(1- e-0,192t),

для пенообразователя типа "Морпен"

Rсж(t)=3,9Ч(1- e-0,158t),

для пенообразователя типа "ПО-6К"

Rсж(t)=3,1Ч(1- e-1,189t).

При подборе состава КПАБ исследовали зависимость прочности на сжатие от соотношения органических заполнителей: гречневой соломы (А), овсяной лузги (В), вяжущего (С), а также от количества вводимой добавки ПВА.

По данным эксперимента, предел прочности на сжатие КПАБ возрастает с увеличением толщины клеевой прослойки вяжущего на поверхности растительного заполнителя; при этом максимального значения он достигает при введении добавки ПВА в количестве 10% от массы вяжущего.

Разработанный КПАБ низкой плотности (200 кг/м3) обладает высокими теплоизоляционными свойствами: его коэффициент теплопроводности имеет величину (0,042 Вт/м·?С), аналогичную пенополистиролу - широко распространенному утеплителю на полимерной основе. К недостаткам полученного материала относится его способность к значительному приращению теплопроводности с увеличением влагосодержания.

Поэтому можно полагать, что оптимальным месторасположением полученного материала в наружном ограждении является средний или внутренний слои конструкции.

В лабораторных условиях нами была установлена эффективность технологических мер по уменьшению его водопоглощения, которые заключались в повышении гидрофобности поверхности испытанных образцов путем нанесения покрытий, состоящих из гидросилоксановых жидкостей.

Ниже приведены основные физико-механические свойства разработанных составов КПАБ.

Средняя плотность, кг/м3 200 300 500 Теплопроводность, Вт/мЧ?С 0,042 0,075 0,95 Прочность при сжатии, МПа 0,11 0,45 1,2

Апробацию материала производили на опытно-промышленной установке, основным компонентом которой является смеситель специально разработанной конструкции. Он представляет собой цилиндрическую емкость объемом 400 л, внутри которой вращается рабочий орган со скоростью 1000 об./мин. Материал вяжущего, минерализатор пены, добавки поступают из бункеров непосредственно в смеситель через объемные дозаторы, где и происходит процесс смешивания и поризации. На этой установке была выпущена опытная партия изделий в виде блоков размерами 30х30х35 см.

Полученный состав ячеистого бетона, имеющий низкую теплопроводность и малую энергоемкость изготовления, можно рассматривать как эффективный теплоизоляционный материал. В отличие от утеплителей на полимерной основе он огнестоек, экологически чист и более экономичен. Стоимость компонентов для получения 1 м3 ячеистого бетона на основе полученного ГЦПВ плотностью 200 кг/м3 вполне доступна

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций в соответствии с новыми изменениями СНиП "Строительная теплотехника" показывает, что при использовании разработанного материала в целях тепловой защиты зданий обеспечивается небольшая материалоемкость конструкций наружных ограждений для климатических условий, характеризуемых величинами градусо-суток отопительного периода (ГСОП) 5000 и ниже. Например, для климатических условий

г. Пензы (ГСОП = 4759) толщина, см, слоя утеплителя из КПАБ плотностью 200 кг/м3 в конструкциях наружного ограждения составляет: колодцевая кладка со стенками в кирпич и в полкирпича - 25; слоистая кладка с металлическими связями и стенками толщиной в полкирпича - 20; стеновое ограждение из монолитного КПАБ плотностью 550 кг/м3 в несъемной опалубке из плит типа ЦСП - 32; теплоизоляционный слой из материала плотностью 400 кг/м3 на совмещенном покрытии здания - 35.

При проектировании наружных ограждающих конструкций целесообразно предусматривать конструктивные мероприятия по защите полученного материала от воздействия большого количества диффундирующего водяного пара и атмосферной влаги, учитывая его повышенную сорбционную способность, заметно повышающую теплопроводность материала. Свойство материала на основе ГЦПВ - образовывать гладкие поверхности - позволяет использовать его для теплоизоляции крыш без устройства выравнивающей стяжки под кровлю.

Автор:А. ПРОШИН, докт. техн. наук, В. СОЛОМАТОВ, докт. техн. наук, В. БЕРЕГОВОЙ, канд. техн. наук, С. СОЛДАТОВ, А. БЕРЕГОВОЙ, канд. техн. наук, Пензенская государственная aрхитектурно-строительная академия

Источник: Журнал "Стройка" N47 2002 г.




Участки у воды с подрядом в эко-посёлке «Ольгино»наступило самое подходящее время для того, что успеть купить участок...
Перспективные направления использования гибкого неонаГибкий неон - это осветительный элемент, представляющий собой ПВХ трубку...
БутилацетатыВнешний вид бутилацетата: качественный продукт представляет собой жидкость без цвета...
Новый год в Жилищной лотерее - шанс стать обладателем квартирыОдним из самых главных символов достатка, признака успешной жизни и...
Современная садовая мебель: стулья - характеристики, материалы и свойстваСадовая мебель представляет собой достаточно большую категорию, включающую в себя...