Опыт получения автоклавного теплоизоляционного газобетона

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 внимание 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 [1].

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

Исследования физико-механических и теплотехнических свойств полученных образцов из газо-силиката проводились по стандартным методикам в соответствии с требованиями ГОСТ 12852.0-77, их результаты представлены в таблице.

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 газосили-ката. В частности, следует увеличить прочностные показатели материала, снизить теплопроводность, а также обеспечить равномерность распределения пор.

Реализация вышеперечисленных задач воз-

Физико-механические и теплотехнические свойства газобетона

Параметр Размерность Шифр массива 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Средняя плотность кг/м3 237 235 240 297 289 288 393 382 390 490 498 497 Предел прочности при сжатии МПа 0,45 0,42 0,51 0,75 0,81 0,83 1,51 1,64 1,72 2,55 2,69 2,57 Предел прочности при изгибе МПа 0,47 0,58 0,45 0,71 0,62 0,65 1,11 1,20 0,94 1,45 1,33 1,75 Прочность на сжатие в водонасыщенном состоянии МПа 0,39 0,37 0,28 0,55 0,52 0,60 1,0 1,10 0,90 2,37 1,48 2,20 Коэффициент размягчения - 0,87 0,88 0,55 0,73 0,64 0,72 0,66 0,67 0,52 0,93 0,55 0,86 Теплопроводность Вт/(м°С) 0,061 0,059 0,062 0,07 0,063 0,065 0,095 0,091 0,094 0,115 0,119 0,120 Пористость % 88,8 90,1 91,2 84,3 85,7 85,9 82,7 83,7 81,6 79,3 81,0 77,7 Открытая пористость % 53,0 40,1 45,6 49,9 51,5 48,5 46,7 41,7 49,9 37,3 43,8 37,5 Закрытая пористость % 35,8 50,0 45,6 34,7 34,2 37,4 36,0 42,0 31,7 42,0 37,2 40,2 можна 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 [2]. 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 нанодис-персному 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 многослойные нанотрубки (Master batch CW2-45), на конечные физико-механические характеристики газосиликата. Для этого был проведен дробный трехфакторный эксперимент, в котором варьируемыми факторами приняты содержание базальто- вой 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 представлено на рис. 1.

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. 1. Поверхность функции откликов прочности

Строительные материалы и изделия

Рис. 2. Поверхность функции откликов плотности

Рис. 3. Изображение волокна базальтовой фибры в структуре газобетона

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).

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 механиче- ских свойств ячеистых бетонов. Установлено, что основным фактором, способствующим улучшению механических свойств, является изменение структуры стенок пор за счет дисперсного упрочнения. В дальнейших исследованиях предполагается вести работу над понижением плотности и увеличением прочностных показателей газобетона.