CC BY
19
УДК 662.67, 662.73
КОПАНИЦА НАТАЛЬЯ ОЛЕГОВНА, канд. техн. наук, доцент, kopanitsa@mail ru
Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2
ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ МОДИФИЦИРУЮЩИХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА ТОРФОДРЕВЕСНЫХ КОНСТРУКЦИОННО-ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
В статье сформулированы основные принципы формирования структуры и свойств торфодревесных конструкционно-теплоизоляционных материалов и дано обоснование влияния модифицирующих добавок на параметры качества эффективных строительных материалов, полученных на основе торфяного сырья.
Ключевые слова: торофодревесный материал, добавки, микрокремнезем.
KOPANITSA, NATALIA OLEGOVNA, Cand. of tech. sc., assoc. prof., kopanitsa@mail ru
Tomsk State University of Architecture and Building,
2 Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia
INFLUENCE OF COMPLEX MODIFIERS ON PROPERTIES OF PEAT-WOODEN CONSTRUCTIVE HEAT-INSULATION MATERIALS
The basic principles of formation of structure and properties of structurally peat-wooden constructive heat-insulation materials are formulated and justification of the influence of modifying additives on the parameters of quality of effective building materials derived from peat raw material is given.
Keywords: peat-wooden material, additives, microsilica.
Создание композиционных строительных материалов базируется на представлении о том, что в результате самоорганизации структуры и проявления особых внутриструктурных эффектов значительно улучшаются их технические свойства по сравнению с отдельно взятыми компонентами.
В работах [1-3] отмечалось, что получение стеновых и теплоизоляционных композиционных материалов на основе торфа является целесообразным благодаря ряду преимуществ: низкой теплопроводности, экологичности, высокой звукоизоляции, технологичности, экономической эффективности. Стеновые и теплоизоляционные материалы на местном сырье намного дешевле изделий из поризованных пластмасс и минерального сырья, а по теплофизическим характеристикам и сроку службы приближаются к ним. Это особенно важно для малоэтажного и индивидуального строительства. Анализ результатов ранее проведенных исследований и имеющихся литературных данных показывает недостаточность изученности вопросов, связанных с исследованием закономерностей формирования структуры и свойств композиционных строительных
© Н.О. Копаница, 2011
материалов с использованием торфа. Проведенные исследования выявили широкие возможности модифицирования торфа с целью регулирования его физико-механических и физико-химических свойств.
Для разнозернистых композитов, к которым можно отнести и торфодревесные материалы, возможны многочисленные пути управления качеством (уменьшение средней плотности и теплопроводности при сохранении требуемой прочности, увеличение прочности при сохранении средней плотности, повышение водостойкости и др.). Наиболее эффективными направлениями для улучшения данных характеристик торфодревесных материалов являются:
- выбор зернового состава заполнителей с целью обеспечения механического каркаса требуемой прочности и средней плотности;
- повышение связующей способности торфяного вяжущего при обеспечении высокой пористости;
- улучшение контактного взаимодействия между частицами торфяного вяжущего и поверхностью заполнителя с увеличением адгезионной прочности.
Для получения конструкционно-теплоизоляционных материалов на основе торфодревесных композиций изучены приемы повышения их прочности и снижения усадки при сохранении средней плотности. В работе обосновано и исследовано влияние органических и минеральных добавок, улучшающих данные характеристики. Исследования были ориентированы преимущественно на использование вяжущего из верхового торфа, как имеющего более высокое содержание гидрофобных групп, однородную структуру твердого вещества и меньшую при сушке усадку.
В работе представлены результаты исследований, связанные с улучшением прочностных и деформативных свойств торфодревесных материалов с применением специально разработанной комплексной полимерминеральной добавки, состоящей из взятых в определенном соотношении полимерного и армирующего компонента - микрокремнезема.
На рис. 1 приведены результаты, связанные с выбором полимерной составляющей добавки в зависимости от их состава и свойств. Установлено, что введение полимерных добавок в зависимости от их свойств и состава увеличивает прочность при сжатии и изгибе, снижает водопоглощение торфодревесных материалов, но при этом во всех случаях на величину их усадки влияет не столь существенно по сравнению с контрольным составом. Установлено: чем выше молекулярная масса полимерной добавки, тем больше она влияет на формирование структур твердения торфодревесных материалов; структурирующая роль полимерной добавки зависит от водотвердого отношения в формовочной торфодревесной смеси. Для исследуемых композиций рекомендуемые значения В/Т находятся в интервале 2,0-2,2; наибольший эффект по улучшению качества торфодревесной композиции получен при использовании сополимерной эмульсии в количестве 2,5-3,0 % от массы торфовяжущего.
Для снижения усадочных деформаций и повышения прочностных характеристик торфодревесного модифицированного стенового материала вводилась добавка микрокремнезема. При содержании микрокремнезема 10-15 % от массы смеси прочность на сжатие торфодревесного композиционного материала повышается до 6,0 МПа, а усадочные деформации снижаются до 5 % (таблица).
в
б
га 0,45
С ^ 0,4
І* 4,35
/
% 0,3 / ^ »-Л
І 0,25
і і
а- 0,2 с 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Содержание добавки. %
г
Содержание добавки, %
д
Содержание добавки, %
Рис. 1. Влияние полимерной добавки на свойства торфодревесных материалов: а - прочность при сжатии; б - прочность при изгибе; в - средняя плотность; г - объемная усадка; д - водо-поглощение по массе:
- ПВА, ■*- СЭ, -*■ АПП
Свойства торфодревесных смесей с микронаполнителем
№ п/п Состав формовочной смеси, % по массе Физико-механические характеристики образцов
Тор- фовя- жущее Опил- ки Мик- рок- ремне- зем СЭ В/Т Pm, кг/м3 ^сж, МПа МПа % % Объем- ная усадка, %
0 22 75 - 3 2,0 308 1,42 0,41 30 17,1
1 22 72,5 2,5 3 2,0 384 2,56 1,52 29 13,7
2 22 70 5,0 3 2,0 400 4,50 2,76 25 10,3
3 22 67,5 7,5 3 2,0 415 5,34 2,91 25 4,8
4 22 65 10,0 3 2,0 435 5,68 2,98 22 4,6
5 22 62,5 12,5 3 2,0 460 5,72 3,00 22 4,0
6 22 60 15,0 3 2,0 480 6,00 3,15 22 4,0
Для обоснования возможности применения полученных составов торфодревесных композиций при изготовлении конструкционно-теплоизоляционных стеновых материалов (блоков, камней) исследованы их деформативные характеристики. Деформационные кривые торфодревесных материалов с исследуемыми добавками, полученные на испытательной машине 1п81гоп 3382, представлены на рис. 2.
а б
Рис. 2. Диаграмма деформации модифицированных торфодревесных материалов: а - с добавкой СЭ; б - с комплексной добавкой СЭ и МК СЭ
Для базового состава торфодревесного материала диаграмма «напряжение-деформация» имеет упругопластический характер с модулем упругости 83,3 МПа. Введение добавки полимера (СЭ) в торфодревесную формовочную смесь не оказывает существенного влияния на характер диаграммы деформации образцов, при этом модуль упругости увеличивается на 36 %. Диаграмма деформации торфодревесных материалов с комплексной упрочняющей добавкой (СЭ+МК) представлена билинейной зависимостью с начальным модулем упругости 550 МПа.
Физико-химическими исследованиями модифицированного торфяного вяжущего установлено (рис. 3), что:
- в спектре поглощения торфяного вяжущего с комплексной упрочняющей добавкой наблюдается уменьшение интенсивности полос 3100-3600 см-1 ОН-групп. Это может быть связано с этерификацией гидроксильных групп:
\ \
— Si - OH + ROH —► - i_ OR + H2O;
/ /
- полоса поглощения Si-O - связи при 1048 см-1 совмещается с полосами поглощения Si-C6H5 (1116 см-1), кремнийорганических соединений Si(CH3)2 -815 см-1 и Si-O-C - 1090-1020 см-1, что объясняется формированием прочных связей между молекулами контактирующих веществ за счет их сшивки.
Таким образом, проведенные исследования по влиянию модифицирующих добавок на свойства торфодревесных смесей позволили обосновать их выбор для регулирования структуры торфов.
Рис. 3. ИК-спектрограммы модифицированных торфодревесных материалов:
1 - контрольный; 2 - с добавкой СЭ; 3 - с добавкой СЭ и МК
Армирование торфодревесного материала добавками-микронаполнителями стабилизирует его структуру, обеспечивает более высокие прочностные показатели, водостойкость, понижает усадку.
Библиографический список
1. Строительные материалы из местного сырья в сельском строительстве / П.И. Крутов [и др.]. - М. : Стройиздат, 1978. - 284 с.
2. Использование торфа в сельскохозяйственном производстве. - Новосибирск : НСХИ, 1985. - 18 с.
3. Деформативные свойства легких бетонов на органоминеральных заполнителях / В.Ф. Хританков [и др.] // Моделирование и оптимизация композитов: материалы Международного научного семинара МОК-40. - Одесса, 2001. - С. 123-124.
