Обжиговые теплоизоляционные строительные материалы на основе кремнистых горных пород

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 691.4-405.81

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства

Обжиговые теплоизоляционные строительные материалы на основе кремнистых горных пород

Самошина Е.Н., Минаев А.И., Шапарин В.Д., Самошин А.П.

E-mail: Samoschin_ap@mail.ru, shaparin.vladimir@yandex.ru

Аннотация

обжиговый строительный керамика кремнистый

В статье проведен аналитический обзор технологий создания обжиговых теплоизоляционных строительных материалов на основе местных кремнистых горных пород. Применительно к региону Среднего Поволжья России значительный интерес представляют широко распространённые кремнистые горные породы - диатомит, опока и глина. Показано, что перспективным направлением является разработка лёгкой керамики, изготовленной на основе кремнистых горных пород и гидравлического вяжущего вещества. Наличие последнего обеспечит необходимую начальную прочность пенокерамического сырца, а наличие кремнистых горных пород будет способствовать при обжиге получению прочного материала и значительно снизит его стоимость.

Ключевые слова: кремнистые горные породы, пенокерамика, гидравлическое вяжущее.

Annotation

Roasting heat-insulating building materials on the basis of siliceous rocks

Samoshina E.N., Minaev A.I., Shaparin V.D., Samoshin A.P.

The article provides an analytical overview of the technologies for the production of fired heatinsulating building materials based on local siliceous rocks. Applied to the region of the Middle Volga region of Russia of considerable interest are widespread siliceous rocks - diatomite, flask and clay. It is shown that the promising direction is the development of light ceramics, which are made on the basis of siliceous rocks and hydraulic binder. The presence of the latter will provide the necessary initial strength of the foam ceramic raw material, and the presence of siliceous rock formations will promote the obtaining of a durable material during roasting and significantly reduce its cost.

Keywords: siliceous rocks, foam ceramics, hydraulic binder

Устойчивая тенденция повышения стоимости топливно-энергетических ресурсов приводит к необходимости повышения теплозащиты зданий. Задача экономии энергоносителей, сохранения тепла в зданиях актуальна во всём мире и решается параллельно по различным направлениям. Одно из них - создание новых строительных материалов с улучшенными эксплуатационными показателями.

Введение в 2001 году жёстких норм по теплозащите зданий было продиктовано необходимостью снижения теплопотерь через ограждающие конструкции зданий. Следствием принятых изменений в СНиП II-3-79*, а затем и строительных норм в 2005г. стало широкое распространение многослойных ограждающих конструкций. В таких конструкциях функцию теплоизоляционного материала обычно выполняют ячеистые полимеры, пеностекло или волокнистые материалы, получаемые путём охлаждения расплава (стекловата, минеральная вата). Однако полимерные теплоизоляционные материалы имеют значительно более низкий срок эксплуатации, чем материалы несущих конструкций, что вызывает необходимость периодического ремонта и восстановления теплоизоляционного слоя. Дополнительное ограничение при использовании полимерных поропластов связано с увеличением пожарной нагрузки и соблюдением нормативных требований по экологической безопасности.

В последнее время новое возрождение переживают теплоизоляционные пенобетоны [1]. Применение таких бетонов в стеновых конструкциях обеспечивает соблюдение требований по теплозащите зданий. Однако резкий и непредсказуемый рост цен на портландцемент снижает технико-экономическую эффективность использования пенобетонов. Поэтому необходимо развивать региональные предприятия, занятые производством строительных материалов на основе местных сырьевых ресурсов.

Применительно к региону Среднего Поволжья России значительный интерес представляют широко распространённые кремнистые горные породы - диатомит, опока и глина.

Как известно, диатомит и опока представляют собой, в основном, трёхкомпонентные минеральные системы [2]. Наряду с кремнистой составляющей в них постоянно присутствует глинистый материал. Среди глинистых примесей в кремнистых породах в основном преобладают монтмориллонитовая, монтмориллонит-гидрослюдистая, каолинит-монтмориллонитовая и каолинит-гидрослюдистая составляющие.

Структурные особенности кремнистых пород (с учётом химического состава) дали основание П. А. Шиндяпину установить следующие их типы: кремнеподобная, кремнистая, трепеловидная, песчаная, глинистая и карбонатная. Все эти разновидности при обжиге дают спекшийся черепок высокой прочности.

Если диатомит всё-таки применяется в производстве ячеистых керамических изделий (больше известных под термином пенодиатомит), то опока в настоящее время используется, в основном, как минеральная добавка к цементам или отощающая добавка при изготовлении стеновых керамических материалов. Вместе с тем, опока имеет ряд положительных качеств: малую среднюю плотность, высокую пористость, и, что очень важно, данная горная порода является более распространённой, чем диатомит. Она хорошо измалывается и формуется, обладает высокой адсорбционной способностью. Разумное использование этих свойств и применение различных технологических приёмов, по нашему мнению, даст возможность получить из опочных пород высокопористые теплоизоляционные строительные материалы, изготавливаемые по технологии пенокерамики.

Как показали исследования, проведённые в известных научно-исследовательских центрах - НИИЖБ и НИИСФ, пенокерамические материалы обладают высокими техническими показателями, их применение способствует снижению массы стеновых конструкций и формированию благоприятного климата жилья. Однако, исключая единичные и, как правило, опытно-промышленные партии, пенокерамические материалы в промышленном масштабе для нужд строительства в настоящее время не производятся.

В свою очередь известно, что глина является традиционным сырьём для производства стеновой и облицовочной строительной керамики, которая по совокупности показателей и человеческому восприятию заметно превосходит другие стеновые материалы. На протяжении многих столетий керамический кирпич являлся основным видом конструкционного материала для несущих стен и арок путепроводов, инженерных коммуникаций и других сооружений. В России малоэффективный по теплозащитным качествам полнотелый кирпич и по сегодняшний день остаётся основным видом стеновой керамики. Повышение его теплозащитных свойств в основном осуществляют за счет создания пустот в процессе формирования кирпича получая таким образом энергоэфективный керамический материал.

Уменьшение плотности керамики также возможно за счёт создания пористой структуры материала, что позволит значительно снизить материалоёмкость производства и увеличить теплозащитные свойства стеновых ограждений.

Технология производства пенокерамики на начальном этапе во многом аналогична производству пенобетона: вначале изготавливают пенокерамическую массу, которая затем выдерживается в формах до набора структурной прочности. Принципиальное отличие пенокерамики от пенобетона заключается в необходимости высокотемпературного нагрева для получения материала с комплексом заданных свойств.

Наиболее ответственным и сложным процессом пенокерамической технологии изделий является сушка высоковлажной и непрочной ячеистой массы. Процесс сушки осложняется тем, что в начальный период изделия приходится сушить в формах, так как иначе пеномасса не может сохранять приданную ей форму подобно плотным керамическим материалам. Сложный процесс сушки и очень низкая прочность сырца пенокерамических изделий в значительной степени ограничивают применение данного способа. Однако, учитывая низкую стоимость исходного сырья и возможность использования местных сырьевых ресурсов, поиски путей совершенствования технологии получения теплоизоляционных керамических материалов, изготавливаемых на основе кремнистых горных пород, является на наш взгляд перспективным и важным направлением.

За рубежом в качестве сырьевых компонентов пенокерамической смеси [3] используют глины с низкой чувствительностью к сушке, отощающие добавки в виде шамота или золы-уноса, разрыхлители и пенообразователи. Обжиг сырца производится при температуре 900…1000^оС, после которого изделия подвергают механической обработке с целью придания правильной геометрической формы. Изготавливаемая во Франции строительная пенокерамика имеет среднюю плотность 600…1000 кг/м³, открытую пористость до 60…80%, КЛТР - 5?10^-6 ?С^-1, теплопроводность - 0,19…0,23 Вт/(м·^оС).

В Польше получена пенокерамика со средней плотностью 800 кг/м³, прочностью при сжатии и при изгибе, соответственно, 4,0 МПа и 1,63 МПа, водопоглощением 42% и теплопроводностью 0,2 Вт/(м·^оС) [4].

В Японии для пенокерамики используют смесь, состоящую из 70% шамота, 30% глины, 60% воды и 15% уретановой смолы. Недостаток разработанных составов заключается в высокой плотности пенокерамобетона и использовании дорогостоящего полимерного стабилизатора [5].

В России разработкой составов и исследованием свойств теплоизоляциионной керамики много и успешно занимались научные организации НИИСтройкерамика, ВНИИСтром, НИИКерамзит, НИИЖБ, а также университеты - БГТУ, МГСУ, НГАСУ, СГАСУ [2, 6…18]. Хорошо изучены различные виды теплоизоляционных керамических материалов на основе глин, суглинков, вулканических пород, цеолитов, трепела и диатомита. Однако, несмотря на имеющиеся достижения, до недавнего времени объёмы промышленного производства поризованной строительной керамики, в частности пенокерамики, оставались незначительными.

Анализ патентной и технической литературы показал, что получение лёгких керамических материалов с использованием пенной технологии является привлекательной (из-за низкой стоимости и недефицитности сырья), но трудно выполнимой задачей ввиду малой прочности сырца пенокерамических изделий.

Исходя из этого, перспективным направлением является разработка составов и исследование свойств лёгкой керамики, изготовленной на основе кремнистых горных пород и гидравлического вяжущего вещества. Наличие гидравлического вяжущего обеспечит необходимую начальную прочность пенокерамического сырца, а наличие кремнистых горных пород будет способствовать при обжиге получению прочного материала и значительно снизит его стоимость.

Список литературы

1. Шахова Л.Д. Некоторые аспекты исследований структурообразования ячеистых бетонов неавтоклавного твердения / Строительные материалы, 2002. - №2. - С. 4-7.

2. Иваненко, В.Н. Строительные материалы и изделия из кремнистых пород - Киев: «Будивельник», 1978. - 120 с.

3. Un novena materiau ceramigue leger la mausse d^, argile - «Z industrie ceramigue». 1977. N 706. p. 342-344 (Франция).

4. Лундина М.Г., Забрускова Т.Н. Новое в производстве керамических стеновых материалов и дренажных труб / Обзорная информация ВНИИЭСМ. М.,1978, С. 70.

5. Заявка 5771851, Япония, опубл. 04.05.82 г.

6. Мороз И.И. Технология строительной керамики- Киев: Вища школа, 1980. - 384 с.

7. Чентемиров М.Г., Давидюк А.Н., Забродин И.В., Тамов М.Ч. Технология производства нового пористого керамического строительного материала / Строительные материалы, 1997. - №11. - С. 16-17.

8. Езерский В.А., Кролевецкий Д.В., Горбунов Г.И. Поризованная стеновая керамика - преимущества и недостатки технологии / Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2006.-№4. - С. 42-44.

9. Коношенко Г.И., Миляков И.П., Сафонова М.В. Технологические схемы производства термолита из опок различных разновидностей. Сб. тр. ВНИИСтрома: Эффективные искусственные пористые заполнители. -М.: 1988. - С. 85.

10. Иваненко В.Н., Дмитриев Б.И. Термолит - Харьков: Прапор, 1965. - 128 с.

11. Иваненко В.Н., Белик Я.Г. Кремнистые породы и новые возможности их применения - Харьков: Изд-во ХГУ, 1971. - 148 с.

12. Гладышев Б.М., Дмитриев Б.И., Немерцев В.С. Получение искусственного пористого заполнителя спеканием лёгких кремнистых пород / Строительные материалы, 1971.-№7. - С. 12-16.

13. Липницкая Т.Д. Азелицкая Р.Д., Спасских А.А. Пористые заполнители бетонов на основе опок / Строительные материалы, 1973.-№3.- С. 24.

14. Петрихина Г.А., Коношенко Г.И. и др. Производство пористых заполнителей из опалкристобалитовых пород-М.: ВНИИЭСМ, серия 4: Промышленность керамических стеновых материалов и пористых заполнителей. Обзорная информация, 1985, С. 2-10.

15. Иваненко, В.Н. Особо лёгкий заполнитель для бетонов из кремнистых пород / Строительные материалы, 1975.-№8. - С. 13.

16. Плотников А., Онацкая Л., Котова И. Производство пористых заполнителей и изделий на их основе. Обзорная информация ЦНТИ. -М.: 1977, С. 64.

17. Парута Г.А. Улучшение качества термолита модификацией окремнелых опок. - Автореф. Дис.…канд.техн.наук. - Одесса, 1988. - 18 с.

18. Липницкая Т.Д. Исследование возможности получения вспученного заполнителя для бетонов на основе опаловых кремнистых пород (опок). -Дис…канд.техн.наук - Краснодар, 1974. - 167 с.

Размещено на Allbest.ru