CC BY
24
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГНПСОЦЕОЛНТОВЫЕ ПОРНЗОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
MULTIFUNCTION GYPSUM-ZEOLITE POROUS MATERIALS
Б.М. Румянцев, A.B. Орлов
B.M.Rumyantsev, A.V.Orlov
ГОУ ВПО МГСУ
Актуальность работы связана с необходимостью улучшения среды обитания за счет создания новых видов отделочных материалов и расширения номенклатуры современных материалов на основе гипсовых вяжущих.
Relevance of the work associated with the ability to improve habitat by creating new types offinishing materials and expand the range of advanced materials based on gypsum binders.
Вопросы экологической безопасности привлекают все большое внимание мировой общественности. По данным Московского НИИ экологии в воздухе среды обитания находится более ста химических соединений, опасных для здоровья человека. Это химические испарения краски, лака, мебельного клея, линолеума, пластика, всевозможных напольных покрытий.
Задача современного строительства - создание комфортных условий проживания, связаны с созданием температурно-влажностного режима, акустического комфорта, пожарной безопасности, экологической чистоты, ограничивающих влияние вредных компонентов и радиации. В связи с этим все большее внимание уделяется материалам, обеспечивающим очищение атмосферы (воздуха) при длительных сроках эксплуатации.
Одним из путей решения является использование сорбционных способностей материалов, которые предназначены специально для создания комфортных условий проживания. Для этих целей могут быть использованы поризованные гипсовые материалы, которые представляют большой интерес в связи с их широкими возможностями в производстве и применении как отделочных, стеновых, звукопоглощающих и теплоизоляционных изделий. В качестве сырьевых материалов служат: гипсовое вяжущее, пенообразователь (синтетическое ПАВ), вода, также возможно использование различных корректирующих добавок.[5]
Крупнейшими потребителями и производителями природного гипса являются страны Северной Америки (38,3 млн.т., 2007), Западной Европы (31,5 млн.т., 2007), Юговосточной Азии (30,4 млн.т., 2007). Несмотря на то, что половина разведанных запасов гипса (более 6 млрд.т) находятся на территории России (по данным геологов более 180 крупных месторождений), здесь потребляется менее 5,5 млн.т. природного гипса, что в 10 раз ниже объемов выпуска цемента.
К преимуществам гипса относятся низкая себестоимость и энергопотребность при его производстве. По сравнению с цементом на изготовление 1 т. гипса энергии
расходуется в 6 раз ниже, а себестоимость гипсового вяжущего ниже себестоимости портландцемента в 5 раз.
Сочетание низкой средней плотности (350...600 кг/м3) с высокими прочностными показателями (класс по прочности В 1,5.В 3,5) позволяет использовать пеногип-совые блоки и плиты для устройства стен, перегородок и подвесных потолков, защищенных от прямого воздействия влаги, устройства полов и утепления чердачных пере-крытий.[2]
Поризованные гипсовые материалы обладают высокой сорбционной способностью, что позволяет материалу поглощать (впитывать) посторонние пары или газы из окружающей среды. В связи с этим, было разработано направление, суть которого заключается в следующем: вредные вещества, попадая в молекулярную решетку материала, проходят ионный обмен, таким образом, вредные вещества выносятся из атмосферы. Для эффективного осуществления этого процесса необходимы активные минералы, которые обладают такими свойствами. В качестве решений поставленной задачи является применение цеолитов и других минералов с развитой удельной поверхностью, которые широко применяются для отчистки воды, промышленных газов, нефтепродуктов и т.д..
Обычно цеолиты бесцветные или белого цвета, блеск стеклянный, иногда перламутровый. Твердость колеблется в интервале 3,5-5,5 по шкале Мооса. Цеолиты представляют собой хорошо ограненные кристаллы (изометричные, призмаматичные, игольчатые, таблитчатые) с размерами от долей микрона до 10 см. Их плотность 1,9 -2,8 г/см3, насыпная плотность цеолита 0,75 - 1,2 г/см3. Цеолиты определяют как трехмерные кристаллические структуры, имеющие однородные поры молекулярных размеров. Из-за разветвлённой системы каналов, пронизывающих объём цеолита их часто называют молекулярными ситами. Основной структурой цеолитов является почти правильный тетраэдр, TO4 -первичная структурная единица, где T - атомы кремния или алюминия. Ценность цеолита заключается в его высокой способности к ионному обмену. Высокие показатели по ионному обмену тесно связаны с изоморфизмом цеолита. Необходимым условием таких замещений является близость химических свойств и размеров, замещающих друг друга атомов.[3]
Анализ информационных данных показал, что объемы добычи природных цеолитов в мире составляли в 2006 г. 4,2 млн. т, в т.ч. в России Цоколо 100 тыс.тонн. Наиболее крупными странами потребителями цеолитов является Китай, Япония и Корея (табл. 1.).
Таблица 1.
Добыча натуральных цеолитов в 2005 году по странам
Страна Китай Республик Корея Япония США Куба Венгрия Турция Словакия Новая Зеландия Болгария Южная Африка Грузия Канада Италия СНГ
Производ- 1500 140
ство, - 150 - 65,5 37,5 30 30 25 I8 15 15 6 4 4 4
тыс.тонн 2000 160
К причинам низкого потребления цеолитов в России можно отнести:
- малочисленность разработок до уровня технологий, готовых для внедрения;
- недостаточность технико-экономических обоснований использования цеолитов, и, следовательно, не очевидность целесообразности крупномасштабного освоения и применения цеолитов;
- малотоннажность потребления в традиционных областях использования цеолитов: в сельском хозяйстве (кормовые добавки), водоочистке и т.д.
Предварительные данные показали, что гипсовое вяжущее, обладая устойчивой кристаллической решеткой, хорошо сочетаются с тонкодисперсными фракциями цеолита, что обеспечивает развитую поверхность для ионного обмена, а сами материалы в этом случае представляют молекулярные сита с широкими возможностями регулирования их свойств.
Были проведены испытания гипсоцеолитовых образцов. В качестве адсорбируемого вещества был выбран фенол в связи с его летучестью и распространенностью в качестве токсичных выделений из фенольных смол, ДСП и других материалов. Методом рентгенофазового анализа установлено, что в образце, обработанном фенолом, наблюдается несколько достаточно интенсивных линий, которые свидетельствуют о присутствии нового кристаллического вещества, которое образуется в результате взаимодействия фенола с компонентами матрицы.
В качестве изделий, в которых возможна реализация данных смесей, могут быть декоративно-акустические материалы, предназначенные для устройства подвесных потолков. В частности могут быть расширены возможности гипсовых перфорированных плит широко применяемых для акустической обработки помещений. Звукопоглощающая способность может быть увеличена за счет применения пеногипсовых материалов.
В настоящее время данная тема очень актуальна в связи высоким химическим и физическим загрязнением внутренней среды помещений. Разрабатываемая технология базируется на теории ионного обмена и может открыть широкие возможности в современном производстве строительных отделочных материалов.
Литература
1. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение). Справочник. Под редакцией А.В.Ферронской, - М.: Издательство АСВ, 488 е., с илл.
2. Румянцев Б.М. Технология декоративно-акустических материалов. Учебное пособие. Типография МГСУ. М., 2010.
3. Кубасов А.А. Цеолиты - кипящие камни// Соросовский образовательный журнал. 1998. №7.
4. Нагорный О.В. Кристаллизация, структурно-химическое модифицирование и адсорбционные свойства цеолитов. Пермь, 1999.
5. Румянцев Б.М. О научных основах поризации гипсовых систем. Сборник докладов МГСУ, 2003г.
6. Ферронская А.В. Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий. «Алвиан», М., 2006.
The literature
1. Gypsum materials and products (production and use). Reference book. Edited by A.V. Ferronskaya. -M.: Publishing house ACB, 488p., with illus.
2. Rumyantsev B.M. Technology of decorative acoustic materials. Textbook. Typography MSSU. M., 2010.
3. Kubasov A.A. Zeolites - boiling stones// Soros Educational Journal. 1998. № 7.
4. Nagornyi O.V. Crystallization, structural and chemical modification and adsorption properties of zeolites. Perm, 1999.
5. Rumyantsev B.M. About scientific basis ofporisation ofplaster systems. Collection of reports MSSU, 2003.
6. Ferronskaya A.V. Improving the efficiency of production and application of plaster materials and products. "Alvian", M., 2006.
Ключевые слова: декоративно-акустические материалы; температурно-влажностный режим; акустический комфорт; пожарная безопасность; поризованные гипсовые материалы; поверхностно активные вещества; сорбционная способность материалов; цеолиты; молекулярные сита; ионный обмен.
Key words: decorative and acoustic materials; temperature-humidity regime; acoustical comfort; fire safety; porous gypsum material; surfactants; sorption capacity of materials; zeolites; molecular sieves; ion exchange.
E-mail автора xtz@mail.ru Рецензент: Козлов Валерий Васильевич профессор д.т.н.
