CC BY
89
УДК 699.86
РАХМАНОВА ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА, ст. преподаватель, [email protected]
САРКИСОВ ЮРИЙ СЕРГЕЕВИЧ, докт. техн. наук, профессор, [email protected]
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
ВЕРЕЩАГИН ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ, докт. техн. наук, профессор, Томский политехнический университет,
634050, г. Томск, пр. Ленина, 30
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПЕРЛИТА И ВЕРМИКУЛИТА
Показана необходимость и возможность использования природных минералов при производстве теплоизоляционных материалов, что целесообразно как с экологической, так и экономической точек зрения. Предлагаются теплоизоляционные материалы с улучшенными эксплуатационными характеристиками на основе вермикулита и перлита. Создаваемые материалы и технологии их получения отвечают критериям энерго- и ресурсосбережения, биосферной совместимости и пожарной безопасности при одновременном улучшении тепло-физических хаарктеристик.
Ключевые слова: перлит; вермикулит; жидкое стекло; перспективные строительные материалы; эксплуатационные свойства.
IRINA .A. RAHMANOVA, senior teacher,
YURI S. SARKISOV, Dr. Tech. Sc., Prof.,
Tomsk State University of Architecture and Building,
2 Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia VLADIMIR I. VERESCHAGIN, Dr. Tech. Sc., Prof.,
Tomsk Politechnic University,
30 Lenin Avenue, Tomsk, 634003, Russia
HEAT-INSULATING MATERIALS ON THE BASIS OF PERLITE AND VERMICULITE
The necessity and possibility of use of natural minerals at the manufacture of heat-insulating materials are considered in the article. It is advantageous to use natural minerals both from ecological and economic points of view. Heat-insulating materials with improved operational characteristics on the basis of perlite and vermiculite are offered. Created materials and production technologies meet the requirements of energy and resource conservation, biosphere compatibility and fire safety while improving thermal physical characteristics
Key words: perlite; vermiculite; liquid glass; advanced building materials; performance properties.
Создание высокоэффективных теплоизоляционных материалов - одна из актуальных проблем современного строительного материаловедения. Однако до сих пор она до конца не решена. Постоянно появляются все новые публикации, посвященные ее решению [1]. Получить гармоничный материал,
© И.А. Рахманова, Ю.С. Саркисов, В.И. Верещагин, 2013
отвечающий всем современным требованиям, пока никому не удалось. По крайней мере, один из критериев не соответствовал стройности в ряду: состав - структура - свойства - организация - функция - поведение [2]. Требования, предъявляемые к новым материалам, включают помимо технических и технологических параметров такие характеристики, как высокая экономичность, теплоэффективность, экологическая и пожарная безопасность, долговечность, сопоставимая со сроком эксплуатации зданий и сооружений. На основании этого в СНГ проводятся исследования технологических свойств минерального сырья и внедрения новых технологий и оборудования для производства композиционных материалов. Возросло использование минеральных добавок при производстве теплоизоляционных материалов [3, 4].
Среди огромного количества видов минерального сырья наиболее подходящими являются силикаты и их разновидности, представляющие собой сложные оксидсодержащие композиции. К ним относится сырье как природного, так и техногенного происхождения. А среди природных минералов наиболее востребованными являются перлит и вермикулит [Там же]. Эти минералы после тепловой обработки нашли широкое применение в составе композиционных материалов и в качестве основы в теплоизоляционных материалах и конструкциях.
ГП «НИИСМИ» (Киев, Украина) занимается перлитовой тематикой с середины прошлого века, подтверждает многократными исследованиями, что применение вспученного перлитового песка в строительстве способствует решению сложных проблем утепления зданий в соответствии с действующими современными нормативами.
На данный момент в России предложены и применяются два основных типа систем тепловой санации зданий: оклеечная изоляция и системы вентилируемых фасадов. Выбор той или иной системы зависит от их стоимости.
Для утепления существующих зданий может применяться система, используемая в Европе более 50 лет. Засыпная перлитовая изоляция стен - негорючая, отсутствуют швы. Она перекрывает тепловые включения, имеющиеся в кладке. Используется перлит, предварительно обработанный силиконовыми гидрофобизаторами. Характеристики систем представлены в табл. 1 [4].
Изоляция сухих полов и перекрытий вспученным перлитом имеет следующие достоинства: быстрый монтаж, безусадочность, снижение нагрузки на перекрытия, звукоизоляция, высокий уровень теплозащиты при применении по грунту.
При защите стеновых покрытий от воздействия влаги используют гидрофобные перлитовые штукатурки, обладающие высокими теплозащитными свойствами и высокой паропроницаемостью.
При использовании легких кладочных растворов обеспечивается теплотехническая однородность кладки и возможность работы при отрицательных температурах. Производятся в виде сухих строительных смесей, которые различаются в зависимости от назначения и прочности.
В табл. 2 представлены характеристики материалов, выпускаемых в Украине и России [Там же].
Таблица 1
Применяемые составы на основе перлита
Описание системы 2 л ^ с, оя 8 I й I те у С 1 ^ І # оиИ но , О О « Толщина утеплителя для обеспечения сопротивления теплопередаче R = 2м2 оС/Вт, мм Содержание полимеров или органических связующих в утеплителе, % Горючесть утеплителя Долговечность системы, лет
Оклеечная, с пенополи-стирольным утеплителем 15-35 0,041-0,045 80-90 100 Г3-Г4 Не менее 25
Описание системы Плотность утеплителя, кг/м3 Теплопроводность утеплителя в условиях эксплуатации Б, Вт/(м-°С) Толщина утеплителя для обеспечения сопротивления теплопередаче R = 2м2 оС/Вт, мм Содержание полимеров или органических связующих в утеплителе, % Горючесть утеплителя Долговечность системы, лет
Оклеечная, с минераловатным утеплителем 100-160 0,046-0,047 90-100 3,8-4,5 НГ Не менее 25
Вентилируемый фасад с минераловатным утеплителем 85-100 0,045 90 3,5-3,8 НГ Не менее 50
Система с засыпкой вспученным перлитом 85-100 0,042 84 0,013 НГ 50-70
Детальный анализ составов и технологий теплоизоляционных материалов на основе перлита и вермикулита побудил авторов к проведению исследований по созданию композиционных материалов на их основе в соответствии с предъявляемыми новыми требованиями. При этом решались следующие задачи:
- замена жидкого стекла как самостоятельного связующего компонента на синтезируемое в процессе создания теплоизоляционного материала;
- полная или частичная замена дорогостоящего гидроксида калия на более дешевый и экологически безопасный компонент;
- повышение прочности синтезируемых материалов, а также улучшение параметра качества «прочность - плотность».
Таблица 2
Характеристики теплоизоляционных материалов на основе перлита
Материалы Область применения £ 0 1 з із к Плотность в сухом состоянии, кг/м3 и ^ § и и Ой,—, О оН° С 2 02 оо 44 С о о Н 2 ^ С о § ^ § 3 и Л) -У &К ^ ^ Р 5 ?5 1 я В о Прочность при сжатии, МПа (9 О О ^ (—1 Сй 1-Н В V Й 2 о ^ & !! О & С
Гидрофобный вспученный перлит Засыпная изоляция стен, полов и перекрытий 75-80 - 0,039 - 0,1 0,38
Штукатурки цементно- перлитовые Дополнительная теплозащита наружных стен - 400-600 0,09-0,12 0,4-0,2 0,8-2,5 0,19-0,16
Штукатурки цементно- перлитовые (цветные) Дополнительная тепло-и гидрозащита наружных стен из газобетона и перлитобетона - 600-800 0,12-0,16 0,1-0,07 2,5-50 0,14-0,11
Легкие кладочные растворы Для кладки из пустотелых керамических камней и перлитобетонных блоков - 800-1200 0,16-0,28 - 5-10 0,16-0,13
Результаты проведенных исследований отражены в табл. 3.
Таблица 3
Состав и свойства композиций на основе перлита и вермикулита
№ п/п Є 0 1 1 О о 5 ^ Ш ^ £ § к Ц М О Компоненты исследуемых композиций Масса, г 2 о и ев ю О Условия Плотность, г/см3 Прочность, МПа
1 03.11.12 - Перлит, ж/с, известь, А1С1з, ГеС1з, Н2О 12,8 15,04 Ест. сушка 0,85 -
2 03.11.12 Вермикулит, ж/с, известь, А1С1з, ГеС1з, Н2О 16,6 16,9 Ест. сушка 0,98
Окончание табл. 3
№ п/п <3 н е о <й & 1 о о 5 е ни ^ £ О К Н ЭТ О Компоненты исследуемых композиций ,а О 0 1 3 3м с е ев ю О Условия Плотность, г/см3 Прочность, МПа
3 08.11.12 - Вермикулит, ШаОН, МК*, Н2О 16,8 24,4 Ест. сушка 0,69 -
4 08.11.12 - Вермикулит, ШаОН, МК, Н2О 14,4 27 400 °С 60 мин 0,53 -
5 08.11.12 - Перлит, ШаОН, МК, Н2О 19,5 33,8 Ест. сушка 0,57 0,77
6 08.11.12 - Перлит, ШаОН, МК, Н2О 16,6 34 400 °С 60 мин 0,48 0,44
7 09.11.12 Перлит, А1С13, ЕеС13, Н2О, ШаОН, МК, Н2О 22,2 47,1 Ест. сушка 0,47 0,55
8 09.11.12 Перлит, А1С13, ЕеС13, Н2О, ШаОН, МК, Н2О 15,3 34,36 400 °С 60 мин 0,44 0,55
9 09.11.12 Вермикулит, А1С13, ЕеС13, Н2О, ШаОН, МК, Н2О 17,6 33,9 Ест. сушка 0,52 0,5-1,1
10 09.11.12 - Вермикулит, КОН, МК, Н2О 16,2 41,36 400 °С 60 мин 0,39 -
11 09.11.12 - Перлит, КОН, МК, Н2О 17 36 400 °С 60 мин 0,47 1,38
12 22.11.12 - К2СО3+перлит К2СО3, МК, Н2О 23,8 54 Ест. сушка 0,44 0,16-0,22
13 22.11.12 - (К2СО3+перлит) К2СО3, МК, Н2О □4,5 31,9 400 °С 60 мин 0,45 0,38
14 22.1112 - (К2СО3+вермикулит) К2СО3, МК, Н2О 21 30,6 Ест. сушка 0,68 -
15 23.11.12 - (Ша2СО3+перлит) Ша2СО3, МК, Н2О 16 25,2 400 °С 60 мин 0,63 0,5
16 23.11.12 - (Ша2СО3+вермикулит) Ша2СО3, МК, Н2О 21,9 30 Ест. сушка 0,72 -
17 26.11.12 «Б» Перлит, МК, Н2О, К2СО3 15 46,8 Ест. сушка 0,32 0
18 26.11.12 «Б» Перлит, МК, Н2О, К2СО3 13,1 36 400 °С 60 мин 0,36 0,11-0,22
19 26.11.12 «Б» Вермикулит, МК, Н2О, К2СО3 17 25,2 Ест. сушка 0,67 1,38
*МК - микрокремнезем.
Как видно из табл. 3, частичная или полная замена гидроксида натрия на соду (Ка2С03) при использовании жидкого натриевого стекла или гидроксида калия на поташ (К2С03) при использовании калиевого жидкого стекла позволяет получать теплоизоляционные материалы, удовлетворяющие критериям ресурсо-, энергосбережения, экологической и пожарной безопасности, долговечности и обладающие при этом сравнительно высокими эксплуатационными характеристиками.
Статья опубликована по материалам конференции (Чемодановские чтения), посвященной 100 -летию со дня рождения проф. Д.И. Чемоданова.
Библиографический список
1. Кудяков, А.И. Конструкционно-теплоизоляционные пенобетоны с термоактивированной торфяной добавкой / А.И. Кудяков, Н.О. Копаница, И.А. Прищепа [и др.] // Вестник ТГАСУ. - 2013. - № 1.- С. 172-177.
2. Саркисов, Ю.С. Синергетика и принципы неравновесного строительного материаловедения / Ю.С. Саркисов, Т.В. Кузнецова // Техника и технология силикатов. - 2009. -№ 4. - С. 2-6.
3. Михаличенко, Н.Ю. Строительные материалы на жидкостекольном связующем. Часть 1. Жидкое стекло как связующее в производстве строительных материалов / Н.Ю. Михаличенко, Н.Н. Клименко, П.Д. Саркисов // Техника и технология силикатов. - 2012. -№ 4. - С. 25-28.
4. Михаличенко, Н.Ю. Строительные материалы на жидкостекольном связующем. Часть 2. Типы и виды строительных материалов на основе жидкого стекла и перспективы их развития / Н.Ю. Михаличенко, Н.Н. Клименко, П.Д. Саркисов // Техника и технология силикатов. - 2012. - № 5. - С. 2-10.
5. Нациевский, С.Ю. Теплоэффективные строительные материалы на основе перлита / С.Ю. Нациевский // Строительные материалы. - 2011. - № 6. - С. 52-54.
References
1. Kudjakov, A.I., Kopanica, N.O., Prishhepa, I.A. [i dr.]. Konstrukcionno-teploizoljacionnye penobetony s termoaktivirovannoj torfjanoj dobavkoj [Structural heat-insulating foamed concrete with the addition of thermally activated peat] // Vestnik of Tomsk State University of Architecture and Building. - 2013. - No. 1. - P. 172-177. (rus)
2. Sarkisov, Yu.S., Kuznecova, T.V. Sinergetika i principy neravnovesnogo stroitel'nogo materi-alovedenija [Synergetics and the principles of non-equilibrium building materials technology] // Tehnika i tehnologija silikatov [Technique and technology of silicates.]. - 2009. -No. 4. - P. 2-6. (rus)
3. Mihalichenko, N.Ju., Klimenko, N.N., Sarkisov, P.D. Stroitel'nye materialy na zhidkostekol'nom svjazujushhem. Chast' 1. Zhidkoe steklo kak svjazujushhee v proizvodstve stroitel'nyh materialov [Building materials based on liquid glass binder. Part 1. Liquid glass as a binder in the production of building materials] // Tehnika i tehnologija silikatov [Technique and technology of silicates]. - 2012. - No. 4. - P. 25-28. (rus)
4. Mihalichenko, N.Ju., Klimenko, N.N., Sarkisov, P.D. Stroitel'nye materialy na zhidkostekol'nom svjazujushhem. Chast' 2. Tipy i vidy stroitel'nyh materialov na osnove zhidkogo stekla i perspek-tivy ih razvitija [Building materials based on liquid glass binder. Part 2. The types and kinds of building materials based on liquid glass and prospects for their development // Tehnika i tehnologija silikatov [Technique and technology of silicates]. - 2012. - No. 5. - P. 2-10. (rus)
5. Nacievskij, S.Ju. Teplojeffektivnye stroitel'nye materialy na osnove perlita [Heat-efficient building materials on the basis of perlite] // Stroitel'nye materialy [Building materials]. -2011. - No. 6. - P. 52-54. (rus)
