CC BY
20
УДК 691-405.8: 666.189.3 Карпенко М.А., Тихомирова И.Н.
ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВОВ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ГРАНУЛИРОВАННОГО ПЕНОСТЕКЛА
Карпенко Марина Анатольевна, обучающийся факультета технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов РХТУ им. Д.И. Менделеева, e-mail: marishkakarp@yandex.ru Тихомирова Ирина Николаевна , кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры общей технологии силикатов, e-mail: tichom_ots@mail.ru
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20, тел: 89653284782
Работа посвящена разработке составов долговечного негорючего теплоизоляционного материала на основе гранулированного пеностекла и объемно отвержденного жидкостекольного связующего. Получены материалы с коэффициентом теплопроводности от 0,095 Вт/мК при прочности на сжатие 2,0 МПа.
Ключевые слова: гранулированное пеностекло; теплоизоляционные материалы; жидкое стекло; коэффициент теплопроводности; кажущаяся плотность; прочность.
OPTIMIZATION OF COMPOSITIONS OF HEAT-INSULATING MATERIAL BASED ON GRANULATED FOAMGLASS
Karpenko M.A., Tikhomirova I.N.
D. Mendeleyev University of Chemical Technology of. Russia, Moscow, Russia
The work is devoted to the development of compositions and a method for obtaining a durable nonflammable heat-insulating material based on granular foam glass and a volume-hardened liquid-glass binder. Materials with a coefficient of thermal conductivity from 0.095 W / m • K were obtained with a compressive strength of 2.0 MPa.
Keywords: granular foam glass; heat-insulating materials; liquid glass; thermal conductivity coefficient; apparent density; strength.
Тепло- и звукоизоляция в современном строительстве и промышленности играет важную роль. С ее помощью решают вопросы жизнеобеспечения, организации технологических процессов, экономии энергоресурсов.
Теплоизоляционные конструкции являются важным составляющим элементом защитных элементов промышленного оборудования, трубопроводов, частей жилых, общественных и промышленных зданий. Благодаря теплоизоляции значительно повышаются надежность,
долговечность и эффективность эксплуатации зданий, сооружений и оборудований.
В последнее время были приняты новые регламенты по уровню теплозащиты зданий и сооружений, которые повышают требования к их теплоизоляции. Для повышения теплоизоляции строители стали широко применять органические теплоизоляционные материалы, и участились случаи пожаров за счет возгорания самой теплоизоляции, причем люди гибли не от огня, а от отравления продуктами горения, которое приводило к быстрой потере сознания. В связи с этим, назрела необходимость создание новых эффективных тепло-и звукоизоляционных материалов на основе композиций с негорючими минеральными составляющими.
Долговечным и негорючим тепло- и звукоизоляционным материалом является блочное пеностекло [1], но оно отличается высокой ценой. В последнее время на территории РФ были
организованы производства по выпуску гранулированного пеностекла, которое существенно дешевле и обладает хорошим комплексом технологических свойств, позволяющим
использовать его в качестве заполнителя в композиционных материалах. Области применения изделий из гранулированного пеностекла различны. За счет низких показателей теплопроводности такой теплоизоляционный материал можно использовать в строительстве в качестве утепления стен и полов, термоизоляции газопроводов и трубопроводов. За счет низкой плотности снижается нагрузка на фундамент. Благодаря своей огнестойкости и негорючести его можно использовать для создания огнезаградительных конструкций и использовать в качестве изоляции оборудования, работающего при высоких температурах. Пеностекло не подвержено гниению и разрушению, является экологически безопасным материалом. Применение такого теплоизоляционного материала удешевляет строительство на 20-25%.
Однако области применения пеногранул ограничены, так как потребители ориентированы в основном на изделия разной (иногда и очень сложной) формы. Поэтому возникает необходимость выбора и разработки составов минеральных связующих, на основе которых можно сформировать такие изделия. При этом, само связующее должно быть достаточно низкоплотным, низко теплопроводным, прочным, негорючим,
долговечным, огнестойким, и оно не должно вызывать коррозии поверхности пеногранул и
обладать высокой адгезией к ним. В связи с этим в проекте предусматривается разработка состава связующего на основе жидкого натриевого стекла и отвердителя, при этом наполнителем может являться комбинация пеногранул с другими заполнителями, что позволит обеспечить оптимальные соотношения между
теплопроводностью, плотностью и прочностными характеристиками. Силикатное связующее доступно, имеет низкую плотность и само по себе, обладая высокой микропористостью, проявляет свойства теплоизоляционного материала. При его объемном отверждении с помощью добавок, материал становится водостойким [2].
Первый этап работы предусматривал подбор сырьевых материалов для создания
теплоизоляционного материала и определение их характеристик. В работе были использованы следующие материалы:
связующии компонент -стекло (ГОСТ 13078-81),
натриевое жидкое
легкии заполнитель - пеногранулы производителя Baugran с разноИ гранулометрией. Внешний вид гранул представлен на рисунке 1.
Рис.1. Гранулы производителя Baugran
ВтороИ этап предусматривал разработку составов и методики изготовления образцов теплоизоляционного материала на основе пеногранул. При выборе связующего вещества ориентировались на то, что оно должно быть водостоиким, жаростоиким и иметь низкую истинную плотность. С этои точки зрения удачнои является связка на основе ксерогеля кремневои кислоты, получаемой в результате объемного отверждения жидкого стекла при его неитрализации соединениями кислого характера. В этой работе было использовано натриевое жидкое стекло с модулем 2,73 и плотностью 1,429 г/см3, в качестве отвердителя применяли Na2SiF6 в количестве 15% от массы жидкого стекла. Для повышения прочности связки вводили пылевидный кварц (маршалит) в соотношении с жидким стеклом 1:1.
В работе использовали гранулы диаметром 2,5-5 мм в разном количестве и при различном соотношении связки и гранул. Экспериментально установлено, что оптимальное соотношение между связующим и гранулами составляет 1:1. Такие образцы имели достаточно хорошую прочность при невысокой плотности. Прочность достигала 2 МПа на сжатие при плотности 0,265 г/см3. Более прочный материал можно получать, увеличивая количество связующего, но это будет происходить в ущерб теплоизоляционным свойствам.
Внешний вид полученных образцов теплоизоляционного материала представлен на рисунке 2, а свойства материалов - в табл. 1.
Прототипом для наших образцов являлся материал, изготовленный в Италии по патенту Оскара Лучини, Саронно (IT), запатентованное в США US 20070029699A1 BINDING RESIN, PARTICULARLY FOR BUILDING AND TRANSPORTATION, METHOD FOR PREPARING THE SAM AND ARTICLES OBTAINABLE WITH 1 RESINInventor. Образец такого материала был исследован нами. Прототипа показал следующие результаты: Теплопроводность: X = 0,139 Вт/(м-К); тепловое сопротивление R = 0,171 (м2-К)/Вт при толщине слоя 23,9 мм.; предел прочности при сжатии, определённый на основе двух измерений пластинок размерами: 50х67х29 мм. Rсж = 2,2 Мпа;
кажущаяся плотность:
= 0,43
г/см3,
морозостпойкость - Б20. Материалы, полученные нами на сходных по размерам гранулах отечественного производства, оказались прочнее и имели меньший коэффициент теплопроводности. Кроме этого наши образцы имели большую морозостойкость.
Рис.2. Образцы теплоизоляционного материала
Таблица 1. Основные технические показатели теплоизоляционного материала на основе жидкостекольной композиции
и пеногранул
Свойство Единицы измерения Величина
Предел прочности при сжатии Мпа 0,35-5,0
Кажущаяся плотность г/см3 0,23-0,5
Общая пористость % 0,76-0,89
Коэффициент теплопроводности Вт/мК 0,095 - 0,14
Кислотостойкость по отношению к кислотам (за исключением ЫБ) % не менее 85
Воздушная усадка % не более 0,10
Водостойкость % не менее 80
Класс морозостойкости Б • без гидрофобизации • с поверхностной гидрофобизацией Число циклов замораживания- оттаивания Б20 Б75-100
Горючесть - Не горюч
Огнестойкость Высокая
Таким образом, в ходе исследований удалось получить образцы эффективного негорючего теплоизоляционного материала на основе гранулированного пеностекла и объемно отвержденного жидкостекольного связующего. Лучшие образцы имели коэффициент теплопроводности 0,095 Вт/мК при прочности на сжатие 2,0 МПа и плотности 0,265 г/см3, что позволяет отнести их к перспективным для использования в качестве тепло- и звукоизоляционного материалам [3] в самых разных областях, особенно, если учесть его долговечность и жаростойкость.
Свойства композиционного материала определяются конкретным составом вяжущей композиции, количественным соотношением между связкой и пеногранулами, а также их гранулометрией. От этого зависят и оценочные расходы на сырьевые материалы при производстве 1м3 материала - от 4000 до7500 руб (табл.2).
Таблица 2. Оценочная стоимость теплоизоляционных изделий на основе пеногранул и жидкостекольного
Список литературы
1. Демидович Б.К. Пеностекло. Издательство: Наука и техника — Минск, 1975— 248 с.
2. Тотурбиев Б.Д. Строительные материалы на основе силикат-натриевых композиций. - М.: Стройиздат, 1988. - 205 с.
3. Зарубина Л.П Теплоизоляция зданий и сооружений: Материалы и технологии. 2-е изд. Издательство: СПб.:БХВ — Петербург, 2012.—406 с.
связующего
Оценочные расходы на сырьевые 3 материалы при производстве 1м материала в зависимости от плотности 4-7,5 Тыс.руб/м3
Полные затраты на выпуск для плотности 0,25 гСм3 11,08 Тыс.руб/м3
Полные затраты на выпуск для плотности 0,3 гСм3 13,3 Тыс.руб/м3
