Строительство и архитектура/ 4.Современные строительные материалы

Зубаир Е. А., магистрант

Шашпан Ж.А., д.т.н., доцент

Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилева, Казахстан

Получение автоклавного

теплоизоляционного газобетона

Ключевые слова: автоклавный ячеистый бетон, газобетон, условия эксплуатации, эксплуатационная влажность,, несущая способность, прочность, кладка, тонкий кладочный шов.

Список использованных источников

1. Горлов, Ю.П., Меркин А.П, Устенко А.А. Технология теплоизоляционных материалов [Текст]: Монография / Меркин А.П. - Стройиздат, 1980. - 399 с.

2. Баженко, В.В. Разновидности ячеистых материалов [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2010, №2. – Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n1y2010/310 (доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.

3. Коровьев, А.С. История исследования ячеистого бетона [Электронный ресурс] // «Сайт»-Режим доступа: http://ru.wikipedia.org . ( доступ свободный) – Загл. с экрана. – Яз. рус.

В последнее время прослеживается тенденция роста стоимости теплоносителя и электроэнергии, будь то газ, горячая вода или любой другой энергоноситель.

В связи с этим, энерго - и ресурсосбережение является приоритетным направлением современной политики в области строительных материалов и изделий. Говоря об энергосбережении, нельзя не отметить возрастающие требования к теплозащите ограждающих конструкций и повышению комфортного микроклимата зданий и сооружений. Таким образом, очевидна необходимость использования более эффективных теплоизоляционных материалов.

Анализ характеристик существующих утеплителей показывает, что наиболее оптимальным было бы сочетание в одном материале ячеистой структуры в виде закрытых пор, присущей пенопластам и экологичности и паропроницаемости, свойственной изделиям на основе неорганического сырья.

Примером материала, структура и свойства которого представляются весьма эффективными в плане теплозащиты ограждающих конструкций зданий и сооружений, является теплоизоляционный материал из автоклавного ячеистого бетона. Однако, ввиду того, что автоклавный газобетон в большей степени используется как конструкционно-теплоизоляционный материал, по своим теплотехническим характеристикам он уступает другим утеплителям, представленным на современном рынке.

В связи с этим появляется потребность создания теплоизоляционного материала на основе ячеистого газобетона, обладающего оптимальными теплофизическими свойствами, что и является целью настоящего исследования. В свою очередь,повышение эффективности данного вида бетона состоит в предельно возможном уменьшении его средней плотности с одновременным обеспечением требуемого уровня прочностных показателей, необходимого для изготовления блоков и плит заданного размера. При этом стоит обратить вни-мание на такие решения, которые позволили бы, во-первых, приблизить теплотехнические характеристики газосиликата к показателям полимерных теплоизоляционных материалов, а во-вторых, обеспечить одновременно с этим и реализацию преимуществ, заложенных в неорганической основе твердой фазы ячеистых бетонов. Эти преимущества состоят в территориальной и экономической доступности исходного сырья, в возможности использования данного материала в условиях высоких температур для изоляции печных и теплотехнических установок, и что не менее важно, в экологической безопасности материалов на неорганической основе.

На сегодняшний день был проведен ряд экспериментов с целью снижения плотности газосиликата, а также произведен анализ свойств и теплотехнических характеристик полученного материала. В качестве сырья для изготовления опытных образцов были использованы известковоцементно-кремнеземистое вяжущее активностью 23–25 % и газообразователь – алюминиевая пудра ПАП-1.

Исследования физико-механических и теплотехнических свойств полученных образцов из газосиликата проводились по стандартным методикам в соответствии с требованиями ГОСТ 12852.0-77

В результате эксперимента был получен теплоизоляционный автоклавный газобетон с плотностью 250 кг/м3, однако, при анализе приведенных данных становится очевидной необходимость улучшения структуры и свойств газосиликата. В частности, следует увеличить прочностные показатели материала, снизить теплопроводность, а также обеспечить равномерность распределения пор.

Физико-механические и теплотехнические свойства газобетона

Реализация вышеперечисленных задач возможна с помощью введения в сырьевую смесь различного рода добавок, благодаря которым станет реальным как увеличение прочностных показателей автоклавного ячеистого бетона пониженной плотности, так и улучшение качества пористой структуры материала. Эффективным технологическим приемом для повышения физико-механических характеристик является дисперсное армирование силикатного камня волокнистыми добавками.

Армирование позволяет влиять на характер напряженного состояния матрицы ячеистого бетона при приложении нагрузок, а за счет перераспределения напряжений – тормозить процессы развития трещин и разрушения материала. Кроме того, в последнее время, все большее внимание уделяется микро-, ультра- и нанодисперсному армированию и влиянию армирующих компонентов (добавок) на различные физикохимические процессы и конечные свойства ячеистого бетона.

Таким образом, в результате анализа научных публикаций были определены виды и необходимое количество добавок, введение в сырьевую смесь которых позволит оптимизировать структуру и прочностные характеристики разрабатываемого теплоизоляционного газобетона. Целью дальнейшего исследования стало изучение влияния таких добавок, как базальтовая фибра (длиной 6 мм, диаметром 20 мкм) и углеродные много-слойные нанотрубки (Master batch CW2-45), на конечные физико-механические характеристики газосиликата. Для этого был проведен дробный трехфакторный эксперимент, в котором варьируемыми факторами приняты содержание базальтовой фибры, количество нанотрубок и расход алюминиевой пудры.

В результате эксперимента было выявлено, что прочность образцов содержащих добавки нанотрубок и базальтовой фибры в 1,5-2 раза, выше,

чем прочность образцов без введения данных компонентов. Необходимо отметить, что при увеличении содержания фибры и нанотрубок прочность

образцов возрастает, что наглядно видно на рис 1.

Рис. 1. Поверхность функции откликов прочности

Обратный эффект наблюдается при анализе поверхности функции отклика плотности. В этом случае плотность газобетона возрастает при увеличении количества добавок. Однако предполагается, что плотность можно снизить путем введения большего количества алюминиевой пудры

( рис 2).

Рис. 2. Поверхность функции откликов плотности

Результаты исследований показывают, что закрытая пористость образцов с добавками выше, чем контрольных. Кроме того, при рассмотрении образцов под микроскопом (десятикратное увеличение) наблюдается различие в структуре пор и межпоровых перегородок. Так в модифицированных образцах четко видны включения базальтовой фибры, которые способствуют повышению прочностных характеристик материала( рис. 3)

Рис. 3. Изображение волокна базальтовой фибры в структуре газобетона

Таким образом, в результате проведенных исследований получен теплоизоляционный автоклавный газобетон плотностью 250 кг/м3, по своим физико-механическим и теплотехническим характеристикам отвечающий требованиям ГОСТ 31359-2007. Также подтверждены существующие предположения и результаты работ о перспективности применения модифицирующих добавок углеродных наноструктур для повышения механических свойств ячеистых бетонов. Установлено, что основным фактором, способствующим улучшению механических свойств, является изменение структуры стенок пор за счет дисперсного упрочнения.