К.т.н., доц. Клименко В.Г.

аспирант Гасанов С.К.

студент Кошевая А.А.

Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова, Россия

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПЕНОПОЛИСТИРОЛА И СТРОИТЕЛЬНОГО ГИПСА МОДИФИЦИРОВАННОГО ОТХОДАМИ ТАРНОГО СТЕКЛОБОЯ

Снижение теплопотерь зданий и сооружений является одной из актуальных задач современного строительного комплекса. Для нашей страны, значительная часть которой расположена в зонах пониженных температур, эта проблема имеет еще большее значение. В настоящее время в расчете на 1 квадратный метр жилья теплопотери в России составляют около 600 Гигакалорий. Для сравнения в Германии теплопотери составляют 40-80, а в США 30 Гигакалорий. До 40 % тепла из трубопроводов и до 70 % тепла из зданий уходят в атмосферу.

В связи с этим вопросы разработки новых теплоизоляционных материалов находятся в постоянном поле зрения российских ученых. Одним из таких материалов является пенополистиролбетон (ППС). Пенополистирол и его разновидности – это наиболее распространенный теплоизоляционный материал. ППС бетон это материал на основе неорганического вяжущего вещества, чаще всего портланцемента, и гранул вспененного полистирола. Он обладает хорошими звукоизоляционными свойствами, пожаробезопасен, водостоек, морозостоек. Изделия из ППС бетона легко обрабатываются, на порядок долговечнее плиточного полистирола. ППС бетон может использоваться для получения как однослойных, так и многослойных блоков плит. Для получения ППС бетонов используют пенополистирол фракций 0-5 и 5-10 мм. Конструкционно-теплоизоляционные бетоны плотностью 600-850 кг/м³ имеют прочность 2,1-5,0 МПа, а теплоизоляционные плотность – 350-500 кг/м³ и прочность 0,95-1,6 МПа. ППС бетон с плотностью до 750 кг/м³ относится к трудносгораемым материалам, а с плотностью выше 750 кг/м³ – к несгораемым [1,2].

К недостаткам ППС бетонов на портландцементном вяжущем можно отнести низкую ремонтоспособность, значительную расслаиваемость смеси и крупнопористость структуры, что снижает их физико-механические характеристики и эффективность применения. На воздухе происходит окислительная деструкция ППС, при которой он может выделять вредные вещества (стирол, формальдегид, ксилол, бензол, толуол, CO, CO₂, углеводороды). Особенно вреден ППС низкой плотности (<40 кг/м^з).

В связи с этим целью представленной работы являлась разработка новых теплоизоляционных материалов на основе пенополистирола, удовлетворяющих современным требованиям и лишенных указанных выше недостатков.

В качестве вяжущих веществ при получении теплоизоляционных материалов на основе ППС выбраны гипсовые вяжущие, модифицированные тонкомолотыми отходами стеклобоя (СТБ). Такие вяжущие имеют ряд преимуществ перед портландцементным вяжущим. Упаковочный ППС предварительно измельчали до отдельных гранул. В работе исследованы два вида ППС с разным фракционным составом. Из ППС, содержащего больше мелкой фракции, получаются более плотные и прочные теплоизоляционные материалы.

Вначале были исследованы составы на основе ППС и строительного гипса марки Г-5 Б II. Для увеличения сроков схватывания строительного гипса и адгезии ППС к гипсу в состав смесей вводились добавки Na-СТБ (тонкомолотые отходы тарного стеклобоя) и K-СТБ (тонкомолотые отходы флинтов). Удельная поверхность (S_уд.) отходов СТБ – 1100 м²/кг. Ранее установлено [3,4,5,6], что физико-механические характеристики строительного гипса улучшаются при введении в его состав 2,0–5,0 мас. % отходов СТБ. Тонкомолотые отходы СТБ уменьшают В/Г, увеличивают сроки схватывания и прочность гипса, улучшают формуемость композиции.

Полученные результаты показывают, что состав СТБ практически не влияет на свойства гипсопенополистирольных материалов. На наш взгляд это связано с одинаковой величиной рН их водных суспензий, которая находится в пределах 11,5. Щелочную среду создают продукты гидролиза силикатов щелочных и щелочноземельных металлов, входящих в состав стекла. Образцы, приготовленные без добавок тонкомолотых СТБ, показали меньшее значение прочности и плотности, особенно при соотношении Г-5/ППС > 29,6.

Вместе с тем количество добавки тонкомолотых отходов СТБ влияет на физико-механические свойства материала. В материалы на основе строительного гипса и ППС можно вводить до 5 % тонкомолотых отходов Na-СТБ. Установлено, что добавки тонкомолотых отходов СТБ в количестве 2 и 5 мас. % на R_сж. и ρ материала сильно не влияют, замедляя сроки схватывания гипса. Плотность образцов в исследуемом интервале соотношений Г-5/ППС для составов с 5 мас. % Na-СТБ изменяется от 0,295 до 0,550 г/см³ , а R_сж от 0,36 до 1,26 МПа. Для составов с 2 мас. % Na-СТБ плотность образцов изменяется от 0,270 до 0,530 г/см³, а R_сж от 0,35 до 1,19 МПа.

Исследование теплотехнических характеристик полученных материалов показало (табл.), что полученный материал удовлетворяет требованиям ГОСТ на теплоизоляционные материалы.

Таблица

Характеристики теплоизоляционных материалов

№. п/п	Состав исходных композиций	Характеристики материала
		Rсж., МПа	ρ кг/м^3	Коэффициент теплопроводности, Вт/м∙К
1.	Строительный гипс*	0,60	1157	0,2333
2.	Строительный гипс + ППС*	1,03	510	0,1001
3.	Строительный гипс + ППС+ Na-СТО*	1,26	550	0,1074
4.	Теплоизоляционный материал марки Пл-П-Б ГОСТ 16381-77	0,6-3,0	400-600	0,06-0,116

* – R_сж через 2 сут

Выводы. Таким образом, на основе строительного гипса, отходов упаковочного пенополистирола и тонкомолотых отходов тарного стеклобоя получен теплоизоляционный материал, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 16381-77, со следующими характеристиками: R_сж. – 0,72–1,26 МПа; плотность материала – 440–550 кг/м^з и коэффициент теплопроводности 0,1074 Вт/м∙К.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бурангулов Р.И., Тэненбаев Г.В., Хабиров Д.М. Технология получения и применения особо легких и легких полистиролпенобетонов // Строительные материалы. 2003. № 12. С. 16 – 17.

2. Нижегородцев А.И. Производство и применение полистирол-вермикулитовых смесей // Строительные материалы. 2015. № 7. С. 41 – 43.

3. Клименко В.Г., Павленко В.И., Гасанов С.К. Модифицирование многофазовых гипсовых вяжущих отходами тарного стеклобоя // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2014. № 3. С. 35 – 39.

4. Клименко В.Г., Гасанов С.К. Гипсостекольные композиты – эффективный путь утилизации стеклобоя / Современные строительные материалы, технологии и конструкции // Сб. докл. Юбилейной Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 95-летию ФГБОУ ВПО «ГГНТУ им. акад. М.Д. Миллионщикова». Грозный. В 2-х томах. Т.1. Грозный: ФГУП «Издательско-полиграфический комплекс «Грозненский рабочий»». 2015. С.253 – 260.

5. Клименко В.Г., Павленко В.И., Гасанов С.К. Отходы стеклобоя – как важный компонент композиционных материалов на основе гипсовых вяжущих // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2014. № 6. С. 33 – 38.

6. Клименко В.Г., Павленко В.И., Гасанов С.К. Кислотно-основные взаимодействия в гипсостекольных системах // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2015. № 5. С. 77 – 81.