CC BY
43УДК 666.973.536.63
Н.П. БОГДАНОВА, зав. сектором, И.А. БЕЛОВ, зав. лабораторией,
Е.Я. ПОДЛУЗСКИЙ, зам. ген. директора, ГП «Институт НИИСМ» (Минск);
Е.С. КЛИНЧУК, гл. инженер, Т.Л. ВЕРБИЦКАЯ, гл. технолог,
ОАО «Сморгоньсиликатобетон» (Гродненская обл., Республика Беларусь)
Ячеистый бетон пониженной плотности для изоляции строительного и технического назначения
В настоящее время в Республике Беларусь выпускаются плиты теплоизоляционные из ячеистого бетона в соответствии с требованиями СТБ 1034—96 «Плиты теплоизоляционные из ячеистых бетонов. Технические условия». Плиты предназначены для утепления строительных конструкций и тепловой изоляции промышленного оборудования при температуре изолируемой поверхности до 400оС. Нормируемая марка плит по средней плотности Б150, Б200, Б250, Б300, Б350, Б400.
Производство теплоизоляционных плит из ячеистого бетона автоклавного твердения марок по средней плотности В150—Б250 освоено на ОАО «Гродненский комбинат строительных материалов» и ОАО «Смор-гоньсиликатобетон».
Технология производства автоклавного ячеистого бетона средней плотностью 150—200 кг/м3 с требуемой прочностью при сжатии является сложной технологической задачей и имеет определенные технологические особенности. У такого бетона более 90% объема занимают газовые и капиллярные поры, поэтому межпоровый скелет должен обладать достаточной прочностью. Для получения такого бетона необходимо, чтобы компоненты ячеисто-бетонной смеси имели более высокие качественные показатели, чем при производстве конструкционного бетона.
Активность ячеисто-бетонной смеси должна быть 18—20%, удельная поверхность известково-песчаного вяжущего--5000 см2/г, удельная поверхность песка в
песчаном шламе — ~3000 см2/г, водотвердое отношение, как правило, составляет 0,6—0,65. В процессе исследований и разработки технологии производства ячеистого бетона пониженной плотности [1, 2] для стабилизации сформировавшегося массива необходимо применение специальных добавок. Ранее нами была разработана комплексная химическая добавка СПК на основе омыленной абиетиновой смолы [3].
В течение последних лет экспериментальные исследования государственного предприятия «Институт НИИСМ» были направлены на повышение прочностных показателей автоклавного ячеистого бетона пониженной плотности за счет как увеличения прочности силикатного камня дисперсным армированием волокнистыми добавками, так и улучшения качества пористой структуры материала.
Дисперсное армирование силикатного камня волокнистыми добавками — эффективный технологический прием [4]. Армирование позволяет активно влиять на характер напряженного состояния матрицы ячеистого бетона при приложении нагрузок и за счет перераспределения напряжений тормозить процессы развития трещин и разрушения материала.
При проведении исследований по дисперсному армированию ячеистого бетона использовались сухие отходы асбестоцементного производства. Введение 12—30% асбестоцементных отходов в состав известково-песчаного вяжущего позволяло повысить прочность
Таблица 1
Шифр массива, количество СПК Количество добавки волластонита F75, % от Рсух Тн, оС Тв, оС Тк, оС Растекаемость по Суттарду, см Время роста массива, мин
Контрольный Ю-56 СПК - 0,38% - 30 47 94,5 32 4,3
Контрольный Ю-57 СПК - 0,55% - 28 46 94 38 4,5
Ю-58 СПК - 0,55% 2-3 28 46 94 36 5,2
Ю-59 СПК - 0,55% 3-5 28 46 96 33 6
Таблица 2
Образец Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м3 Теплопроводность в сухом состоянии при температуре 25оС, Вт/(м-°С) Предел прочности при сжатии, МПа Предел прочности при изгибе, МПа Усадка при высыхании, мм/м Линейная температурная усадка при 600оС, % Линейная температурная усадка при 900оС, % Сорбционная влажность W, % по массе при относительной влажности воздуха ф, % Паропроницаемость ц, мг/(м-ч-Па)
75,5 86,5
Контрольный Ю-56 170 0,054 0,5 0,22 0,21 2,4 2,8 2,31 3,39 0,373
Контрольный Ю-57 175 0,054 0,66 0,25 0,18 2,2 2,7 2,32 3,5 0,375
Ю-58 211 0,56 0,83 0,45 0,11 1,6 2 2,36 3,61 0,306
Ю-59 217 0,057 0,93 0,58 0,09 1,4 1,8 2,38 3,64 0,307
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Я! : ® март 2010 63
Таблица 3
Теплотехнические показатели Значение
Температура воздуха в теплом отсеке климатической камеры оС 17,7
Температура воздуха в холодном отсеке климатической камеры оС -20,7
Температура поверхности испытываемого фрагмента со стороны теплого отсека климатической камеры тв, оС 16,8
Температура поверхности испытываемого фрагмента со стороны холодного отсека климатической камеры тн, оС -18,4
Плотность теплового потока через испытываемый фрагмент qв, Вт/м2 13,28
Термическое сопротивление Я, м2-°С/Вт 2,651
ячеистого бетона при изгибе в 1,8—2,2 раза. Однако из-за непостоянного состава данных отходов реализовать их использование в производственном процессе сложно, а использование волокнистого асбеста в настоящее время ограничено. Поэтому в качестве армирующего компонента использовали волластонит марки Casiflux F75, предоставленный для исследований компанией «Glass Technology International». Химический состав волласто-нита: СаО - 44,5%; SiO2 - 53%; Fe2O3 - 0,16%; Al2O3 -0,8%; MgO - 0,6%; насыпная плотность - 450 кг/м3.
Волластонит широко используется в европейских странах как заменитель асбеста. Он применяется в качестве добавки-наполнителя в пластмассах, в цветной металлургии, в шинной, асбоцементной и лакокрасочной промышленности, в производстве керамики и огнеупоров. Для волластонита характерна игольчатая структура кристаллов с отношением длины волокна к его диаметру в зависимости от марки (L/D) от 3:1 до 20:1. Игольчатость является определяющим фактором для упрочнения и повышения долговечности и износостойкости строительных материалов. Микроармирующие свойства волласто-нита обеспечивают безусадочность изготавливаемых с его применением материалов различного назначения.
В результате экспериментальных исследований по применению волластонита в производстве композиционных строительных материалов и изделий было выявлено его физико-химическое сродство с известково- и цементосодержащими сырьевыми композициями. Активная избирательная адсорбция продуктов гидратации связующего оказывает существенное влияние на реологические параметры, формирование структуры, прочностные и деформативные свойств затвердевших композитов.
Предварительные исследования свойств ячеистого бетона средней плотностью 150-200 кг/м3 в лабораторных условиях подтвердили эффективность использования волластонита марки Casiflux F75 в качестве армирующей добавки. Промышленные испытания были проведены на ОАО «Сморгоньсиликатобетон» на технологической линии «Силбетблок» по действующей технологии производства ячеистого бетона.
При изготовлении теплоизоляционных плит из ячеистого бетона марок по средней плотности 150-200 кг/м3 использовались следующие сырьевые материалы: известково-песчаное вяжущее с активностью 36-38% и удельной поверхностью 4950-5100 см2/г, портландцемент ПЦ 500Д0, пудра алюминиевая парафинированная марки ПАП-1 (по ГОСТ 5494), песчаный шлам с удельной поверхностью 3000-3100 см2/г, волластонит марки Casiflux F75, СПК-200 - воздухово-влекающая добавка, приготовленная на основе омыленного клея канифольного, модифицированного жидким стеклом по ТУ РБ 100122953.312.
При расчете и подборе сырьевых смесей исходили из расчета получения теплоизоляционного материала средней плотностью 150-200 кг/м3. Расчетная активность бетонной смеси составляла 20%. Количество алюминиевого газообразователя - 0,53-0,58% от массы сухих компонентов. Добавку СПК-200 вводили в количе-
стве 0,38—0,55% от массы сухих. Количество волластонита 2—3% от массы сухих.
Последовательность загрузки компонентов в вибро-газобетоносмеситель осуществляли по действующей на ОАО «Сморгоньсиликатобетон» схеме. Весь цикл перемешивания сырьевой смеси составлял 3—4 мин.
Автоклавную обработку заформованных массивов осуществляли по следующему режиму: подъем давления до 0,8—1 МПа 3—4 ч, выдержка при давлении 0,8—1 МПа 7—8 ч и спуск давления в течение 4 ч. Общий цикл запаривания составлял 15—16 ч.
Составы и технологические свойства смесей при формовании газобетона средней плотностью 200 кг/м3 приведены в табл. 1.
При исследовании технологических параметров сырьевой смеси регистрировали начальную температуру смеси (Тн), температуру начала роста массива (Тв), конечную температуру разогрева массива после роста (Тк), растекаемость смеси по Суттарду, время роста массива. Начальная температура сырьевой смеси при разгрузке из смесителя составляла 28—30оС, рост (вспучивание) массивов начинался при температуре 46—47оС, конечная температура массива достигала до 94—96оС; растекаемость варьировалась от 32 до 38 см. Время роста ячеисто-бетонного сырца составляло 4—6 мин.
Исследования физико-механических и теплотехнических свойств теплоизоляционных плит проводились по стандартным методикам, их результаты представлены в табл. 2.
Таблица 4
№ состава Потери массы,% Прочность при сжатии после 20 теплосмен, %
после 5 теплосмен после 10 теплосмен после 20 теплосмен
Ю-56
1 4,4 5,6 7,2 40
2 2,7 3,8 8,3 42
3 3,1 4,9 9,1 42
Ю-57
1 2,9 4,7 8,9 44
2 2,9 5,1 7,4 42
3 3,6 4,9 6,4 41
Ю-58
1 2,4 3,4 4,5 64
2 1,9 2,6 3,7 68
3 2 2,9 3,9 62
Ю-59
1 2 2,9 4,9 70
2 2,4 3,4 4,3 68
3 2 3,2 4,4 70
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал (Q-j*jjсу,[-¡^j\Ljj.jLjjS
64 март 2010
Рис. 1. Схема размещения датчиков температуры и тепловых потоков на фрагменте
Из результатов исследований следует, что решающее влияние на свойства ячеистого бетона оказывает количество вводимой в ячеисто-бетонную смесь добавки волластонита. Образцы с добавкой до 5% волластонита имеют прочность при сжатии и изгибе в два раза выше по сравнению с контрольными образцами и отличаются более низкими значениями усадки при высыхании и линейной температурной усадки при нагревании.
В связи с тем, что одной из основных областей использования в практике строительства плит теплоизоляционных из ячеистого бетона является теплоизоляция ограждающих конструкций, были выполнены экспериментальные исследования по определению теплозащитных свойств теплоизоляции на основе плит теплоизоляционных, изготовленных из массива Ю59.
Термическое сопротивление слоя теплоизоляции из плит теплоизоляционных из ячеистых бетонов средней плотностью 200 кг/м3 определялось в климатической камере на фрагменте размером 1000x1000 мм бесшовной кладки толщиной 150 мм. Испытание выполнено по ГОСТ 26254—84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций». Схема монтажа датчиков температур и тепловых потоков в теплом отсеке климатической камеры показана на рис. 1.
Результаты экспериментального определения термического сопротивления фрагмента представлены в табл. 3.
Основные теплотехнические показатели стационарного режима в климатической камере представлены на рис. 2 и 3.
Из полученных результатов следует, что термическое сопротивление фрагмента теплоизоляционного слоя толщиной 150 мм из плит теплоизоляционных из ячеистых бетонов средней плотностью 200 кг/м3 составляет
19
18
о
1- 17
16
15
-
■*•*•* тв
10 20 30 40 50 Количество измерений
60
2,651 (м2-°С)/Вт, теплопроводность - 0,057 Вт/(м-°С), что обусловливает эффективность использования плит из ячеистого бетона для теплоизоляции.
Исследования влияния добавки волластонита на минералогический состав образцов ячеистого бетона проводили рентгенографическим и дериватографическим анализом контрольного образца Ю-56 и образцов с добавкой волластонита Ю-58 и Ю-59. Дифрактограммы исследованных образцов близки. Гидросиликаты как контрольного состава (Ю-56), так и составов (Ю-58, Ю59) представлены группой гелевидных гидросиликатов CSH (I) и тоберморита. Введение добавки волластонита способствует увеличению количества тоберморита и повышению степени его закристаллизованности.
Термическая стойкость опытных образцов ячеистого бетона определялась воздушными теплосменами. После высушивания образцов до постоянной массы их помещали в печь, предварительно разогретую до 600оС, и выдерживали при этой температуре 1 ч. Колебания температуры в печи составляло ±20оС. Через час образцы вынимали из печи и охлаждали струей воздуха до комнатной температуры. Затем нагревание повторяли. Каждый нагрев и охлаждение на воздухе являлись теп-лосменой. После каждой теплосмены остывшие образцы осматривали, отмечали появление трещин, характер разрушения и определяли потерю массы. Число тепло-смен, вызвавших разрушение образцов или потерю бетоном 20% первоначальной массы, принимали за термическую стойкость бетона в воздушных теплосменах. Результаты представлены в табл. 4.
После 20 воздушных теплосмен образцы составов ячеистого бетона с волластонитом (Ю-58, Ю-59) имеют потерю массы, не превышающую 5%, остаточная прочность образцов более 60%. Это подтверждает возмож-
10
Количество измерений 20 30 40 50
60
70
70
Рис. 2. Температура воздуха оС, и поверхности фрагмента тв, оС, бесшовной кладки из плит теплоизоляционных из ячеистого бетона марки 200 (теплый отсек климатической камеры)
Рис. 3. Температура воздуха оС, и поверхности фрагмента тн, оС, бесшовной кладки из плит теплоизоляционных из ячеистого бетона марки 200 (холодный отсек климатической камеры)
0
■f: ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
¿UT ® март 2010 65
ность применения данного бетона для изоляции теплового оборудования с температурой изолируемой поверхности до 600оС.
Проведены исследования и получены экспериментальные данные по прочностным и усадочным характеристикам образцов плит с добавкой 15% волластонита в интервале температур от 600 до 1200оС и установлена возможность их применения для изоляции теплотехнического оборудования с температурой изолируемой поверхности (контактная температура) до 1000оС.
Теплоизоляционные плиты, изготовленные на ОАО «Сморгоньсиликатобетон» с добавкой Са8Ших F75, установлены ООО «Завод Элласт» (г. Новолукомль, Республика Беларусь) в плавильно-раздаточные печи СВО, изготовленные для ОАО «БАТЭ» (г. Борисов), ОАО «Минский электромеханический завод», ОАО «Минский моторный завод» и проходят ресурсные испытания. Работа по использованию плит продолжает-
ся. Заводом «Элласт» заказаны на ОАО «Сморгоньсиликатобетон» плиты для дальнейших опытно-промышленных испытаний.
Список литературы
1. Гончарик В.Н., Белов И.А., Богданова Н.П., Гарнаше-вич Г. С. Теплоизоляционный ячеистый бетон // Строит. материалы. 2004. № 3. С. 24-25.
2. Богданова Н.П., Гончарик В.Н., Белов И.А., Гарнаше-вич Г.С. О повышении потребительских свойств яче-исто-бетонных изделий. // Архитектура и строительство. 2004. № 2. С. 100-102.
3. Патент РБ №7119. Комплексная добавка для ячеистого теплоизоляционного бетона, приоритет от 27.12.2001.
4. ГОСТ 24748-2003 Изделия известково-кремнезе-мистые теплоизоляционные. Технические условия.
Научная конференция - II академические чтения, посвященные памяти академика Г.Л. Осипова
АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ ФИЗИКИ -ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
7-9 июля 2010 г.
Москва
Организаторы
Научно-исследовательский институт строительной физики (НИИСФ РААСН) Российская академия архитектуры и строительных наук (РААСН) Московский государственный строительный университет (МГСУ) Российский союз строителей РФ (РСС РФ)
Тематика конференции
Энергосбережение в строительстве - Вопросы экологии в строительстве
Строительная теплофизика - Долговечность и прочность строительных конструкций
Строительная и архитектурная акустика - Ремонт и эксплуатация объектов коммунального хозяйства
Строительная светотехника - Высотное строительство
Секция. Научная школа для молодежи «Строительная физика, энергосбережение и экологическая безопасность»
К академическим чтениям будет выпущен сборник трудов. В рамках конференции состоится конкурс среди студентов, магистров, аспирантов, молодых ученых, научных сотрудников до 35 лет вузов, научных и проектных учреждений
1. На лучший дипломный проект, включающий раздел «Строительная физика» (энергосбережение, архитектурно-строительная акустика, светотехника). Премия руководителю проекта и дипломнику - 30000 р.
2. На лучшую работу по направлению «Строительная и архитектурная акустика» для студентов и аспирантов. Победителю присуждается премия имени Г.Л. Осипова - 30000 р.
3. На лучший доклад в рамках секции - научной школы для молодых ученых «Строительная физика, энергосбереже-
ние и экологическая безопасность». Победителю присуждается именная годовая стипендия имени Г.Л. Осипова в размере 30000 р. (выплачивается единовременно).
4. Два приза за оригинальное и талантливое решение акустической задачи от генерального спонсора конференции компании Вгйе! & К^г для студентов, аспирантов и молодых ученых до 35 лет - недельная стажировка в компании Вгйе! & К^г в г. Копенгаген (Дания).
5. Поощрительные призы.
ы ®
Информационная поддержка
Место проведения: МГСУ, Ярославское шоссе, д. 26 Оргкомитет: 127238, Москва, Локомотивный проезд, д. 21, к. 3 (светотехнических корпус) НИИСФ РААСН Тел.: (495) 488-70-05, Факс: (495) 482-40-60, E-mail: org.com@list.ru, www.niisf.ru
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал
66 март 2010
