CC BY
13УДК 666.973
В.В. СТРОКОВА, д-р техн. наук, И.В. ЖЕРНОВСКИЙ, канд. геол.-минер. наук, А.В. МОСЬПАН, А.В. МАКСАКОВ, инженеры,
Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Стеновые автоклавные силикатные материалы пониженной теплопроводности с гранулированными заполнителями
Высокая потребность строительной отрасли в эффективных теплоизоляционных строительных материалах для массового жилищного и примышленного строительства выдвигает требование улучшения их эксплуатационных теплофизических характеристик. При этом особую значимость приобретает выбор заполнителей, способных существенно снизить теплопроводность традиционных стеновых материалов — силикатных автоклавных на основе известково-песчаного вяжущего и бетонных на основе цемента.
Если для строительных материалов на основе цемента создана и применяется весьма обширная номенклатура природных и искусственных заполнителей с широким спектром потребительских свойств по экономичности, прочности, пористости, теплопроводности и др., то для силикатных материалов автоклавного твердения выбор невелик. Ассортимент легких природных заполнителей неширокий и характеризуется явно выраженной региональной привязкой, неизбежно повышающей транспортную составляющую себестоимости товарного материала. Получение искусственных легких заполнителей, как правило, связано с энергозатратными термическими процессами обжига, вспучивания либо вспенивания.
Производимые легкие заполнители существенно отличаются по физическим и химическим свойствам от бетонных и силикатных матриц. Коэффициенты термического расширения, водопоглощение и др. отличаются на порядок и более, что разупрочняет контактную зону матрица—заполнитель и уменьшает атмосферостойкость стеновых изделий в целом. Используемые в настоящее время заполнители для стеновых материалов не защищают их от насыщения влагой. Сорбционная влажность стеновых материалов достигает 8—12 мас. % и существенно ухудшает их теплоизолирующие свойства [1].
На кафедре «Строительные материалы, изделия и конструкции» БГТУ им. В.Г. Шухова разработаны новые активные гранулированные заполнители (АГЗ), взаимодействующие с матрицей стенового материала при гидротермальной и автоклавной обработках.
Активный гранулированный заполнитель размером гранулы 1,5—10 мм состоит из ядра и защитной оболочки. Ядром является совместно молотая, гранулированная смесь из кремнеземистого компонента и гидрокси-да щелочного металла. Защитная оболочка вокруг ядра гранулы, состоящая из молотой извести и кремнефто-ристого натрия, не позволяет водорастворимому гид-роксиду щелочного металла перейти в раствор при приготовлении смеси, формовании и твердении бетонных либо силикатных изделий. Кремнефтористый натрий обеспечивает достаточную водостойкость АГЗ. Использование полученных гранул при получении стеновых материалов показывает, что их потребительские характеристики можно изменять в широком диапазоне [2, 3].
Модифицирующее действие АГЗ проявляется в том, что после гидротермальной обработки стенового изде-
лия четкая граница между заполнителем и матрицей изделия не наблюдается, так как гидросиликаты натрия по мере образования в ядре гранулы проникают сквозь защитную оболочку и насыщают матричный материал на глубину 2—3,5 мм, омоноличивая, упрочняя и герметизируя формирующуюся при этом пору с небольшими остатками непрореагировавшего материала. При этом чем больше в исходном сырье ядра гранулы кремнезема в аморфном состоянии, тем полнее протекает растворение ядра и тем изолированнее получаются поры и соответственно снижается теплопроводность получаемого стенового изделия.
При концентрации АГЗ 40 мас. % образующаяся замкнутая пористость и модификация матрицы в меж-поровом пространстве новообразованиями гидросиликатов натрия позволяют уменьшить сорбционную влажность силикатных материалов на 40%, а бетонов — на 42% по сравнению с бездобавочными материалами (рис. 1).
Анализ изменений прочностных показателей силикатного материала и бетона показывает, что снижение прочности в силикатном композите в результате введения АГЗ происходит гораздо медленнее, чем в бетонном (рис. 2).
Формирование замкнутой пористости в изученных строительных композитах приводит к существенному снижению теплопроводности: в бетонных изделиях при содержании АГЗ 60 мас. % снижение теплопроводности наблюдается в 3 раза, в силикатных изделиях — в 7 раз (рис. 3).
Рентгенограммы силикатных автоклавных материалов, с одинаковым исходным составом вяжущего (20 мас. % кварца и 80 мас. % извести), с АГЗ и без них, приведены на рис. 4. Как видно, фазовый состав материала представлен кварцем, портландитом и кальцитом. Селективных отражений других кристал-
10
9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
о О
1
2
3
4
1 1 1 1 1 1
30
40 50 60 70 80 90 100 Относительная влажность воздуха, %
Рис. 1. Зависимость сорбционной влажности стеновых материалов от относительной влажности воздуха: 1 - бездобавочный силикатный; 2 -бетонный; 3 - силикатный с добавкой 35 мас.% активных гранул; 4 - бетонный с добавкой 35 мас.% активных гранул
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал fö
70 июнь 2010 ШГ^ШЫ *
20 30 40 Содержание, мас. %
60
Рис. 2. Зависимость прочности при сжатии бетонных (?) и силикатных (2) стеновых материалов от содержания в них АГЗ
1
0,9 0,8
20 30 40 Содержание, мас. %
60
Рис. 3. Зависимость теплопроводности стеновых материалов на основе цементного (?) и силикатного (2) вяжущего в зависимости от содержания в них АГЗ
28 34 40 46 52 58 20, град
Рис. 4. Сравнительная диаграмма рентгенограмм силикатных автоклавных материалов: ? - без АГЗ, 2 - с АГЗ. Обозначены отражения: Q - кварца, Р - портландита, С - кальцита
2300
2000
§ 1700
£ 1400
° 1100 ь
ост 800
ивно 500
нси 200
е
£ -100 ^ -400 -700
LjU
Портландит I Кварц t Кальцит 1 /Ч* ' C-S-H 'l I ^wm^f^ j
10
16
22
40
46
52 58
28 34 20, град
Рис. 5. DDM-диаграмма расчета образца с АГЗ: ? - экспериментальные данные; 2 - расчетный профиль; 3 - разностная (фоновая) кривая. Штрихами обозначены брегговские маркеры отражений кристаллических фаз. Точками на разностной кривой отмечены максимумы широких отражений С^-Н новообразований (с1=3,04 А и с1=2,8 А, ICDD №33-0306)
лических компонентов не зафиксировано. Характерной особенностью рентгенограммы образца материала с гранулами является присутствие интенсивной фоновой составляющей рентгеновского рассеяния в интервале углов дифракции 20=28—32° (съемку проводили на излучении Cu-анода). Основываясь на предположении, что причиной появления заметной фоновой составляющей дифракционного спектра на этих углах является рентгеновское рассеяние на нано-размерных (полукристаллических) C—S—H образованиях, был проведен полнопрофильный количественный РФА с использованием программы DDM v. 1.8 (derivative difference minimization) [4]. DDM-алгоритм, реализованный в этой программе, основан на минимизации производных разностной кривой экспериментального и расчетного профиля рентгенограммы. Он позволяет не учитывать в расчетных процедурах форму линии фона, при этом разностная кривая, по сути, представляет фоновую составляющую рентгенограммы. Максимумы интенсивности на этой кривой в интервале углов дифракции 20=28-32о соответствуют полукристаллическим гидр о силикатам кальция, являющимися носителями прочностных свойств данного материала (рис. 5).
Количественный полнопрофильный РФА показал снижение концентрации кварца от 16,5 мас. % в образце без АГЗ до 8,3 мас. % в образце с гранулами. На основании полученных результатов можно полагать, что введение АГЗ в силикатные автоклавные материалы повышает реакционную активность кварцевой составляющей и интенсифицирует образование C—S—H фаз. Изложение результатов детальных исследований механизма воздействия АГЗ на C—S—H фазообразования в описываемых материалах является предметом будущих публикаций.
Широкое использование АГЗ при производстве строительных изделий позволит в широком диапазоне регулировать потребительские характеристики строительных материалов. Их можно использовать в комбинации с уже используемыми легкими заполнителями.
Из анализа физических свойств силикатных материалов можно предположить, что получен новый прочный и теплоизоляционный силикатный материал автоклавного твердения, который по своим прочностным и теплоизолирующим свойствам может расширить номенклатуру силикатных стеновых материалов автоклавного твердения и занять место между силикатным кирпичом и газосиликатом.
По результатам данной работы получено 9патен-тов РФ.
Ключевые слова: ячеистый силикатный материал, активный гранулированный заполнитель, теплопроводность, стеновой материал.
Список литературы
1. Юрков О.И., Кудревич О.О., Гончарик В.Н. и др. О теплотехнических характеристиках ячеистого газосиликата автоклавного твердения // Строит. материалы. 2004. № 3. С. 42-43.
2. Соловьева Л.Н., Ходыкин Е.И., Мосьпан А.В. Перспективы использования кремнеземсодержащего сырья для получения гранулированного заполнителя легких бетонов // Вестник БГТУ. 2008. № 1. С. 9-11.
3. Строкова В.В., Соловьева Л.Н., Мосьпан В.И. и др. Конструкционные легкие бетоны на основе активных гранулированных заполнителей // Строит. материалы. 2009. № 10. С. 23-25.
4. Solovyov L.A. Full-profile refinement by derivative difference minimization. // Journal of Applied Crystallography. 2004. 37. Pp.743-749.
fy-.- научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
¿VJ : ® июнь 2010 71
