Строительство энергосберегающего мобильного домика на основе базальтового волокна

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 666.6.544.016.2                                 

Базальт занимает достойное место среди основных природных материалов, таких как нефть, газ, уголь и металл [1]. Составляет 1/3 земной коры. Для сравнения, это в тысячу раз больше, чем общее количество природных материалов, указанных выше. Базальт – это тип вулканической породы. Пригодность базальта для производства, методы обработки для получения волокон определяются его свойствами в исходном магматическом жидком состоянии: степенью однородности, вязкостью, температурой плавления и кристаллизации, химическим составом и др.

Базальт представляет собой многокомпонентную физико-химическую систему [2]. В составе базальта преобладает оксид кремния (40-55%), остальное составляют оксиды следующих химических элементов: железа, алюминия, магния, кальция, натрия, титана. Базальтовая порода является очень ценным сырьем для производства материалов из базальтового волокна. Материалы, получаемые из базальтового волокна, используются в следующих отраслях:   энергетика, машиностроение, судостроение, химическая промышленность, авиастроение, производство строительных материалов. Современные технологии позволяют эффективно перерабатывать базальт.

Комплекс, построенный киргизскими учеными, экономит в два раза больше энергии на тонну плавки базальта [3]. Поэтому базальтовое волокно положительно влияет на цену теплосберегающих изделий. В последние годы широкое распространение получило производство базальтового волокна как основы различной производственной продукции. Разработанная в Кыргызстане технология производства позволяет получать основные, правильные и очень тонкие волокна из Сулуу Терекского базальта [4, 5].

Поэтому в качестве сырья рассматривается базальт Сулуу-Терекского рудника. Помимо Сулуу-Терека, в нашей республике есть рудники Онорчок, Жел-Арык, Кашка-Суу. Исследования технологии базальтового волокна и новых композиционных материалов на его основе очень актуальны в Кыргызстане в связи с огромными запасами базальтовой породы.

Материалы и методы исследования

Состав композиционных материалов: 1. Войлок — 1 м2 = 150 сом; 2. Базовая сетка — 1 м2 = 80 сомов; 3. Основная теплоизоляционная плита — 1м2= 200 сом.

Композитный материал: 1 м2 = 150+80+200=430 сом. Длина дома — 5 м; Ширина дома — 3 м; Высота дома — 2 м; Высота верха дома — 2 м. Боковая сторона вершины купола находится по теореме Пифагора:

I = ^(1,5) + (1,5) 2=^2(15) 2=1,5*141=2,11 м

Общая площадь дома вычислена:

Площадь верхней боковой поверхности =2,11×1,5=3,17 м2

Общая площадь верхней боковой поверхности: 3,17×2=6,345 м2.

Обе боковые поверхности дома =3×2=6 м2; b=2, 6=12 м2

Площадь по длине дома =5×2=10×2=20м2

Общая площадь дома = 6,345+12+20 = 38,345 м2

Цена необходимого композитного материала: 38 345 м2×430 сом = 16488,35 сом.

Дополнительные материалы:

Профиль — 30м × 100 сом = 3000 сом

Петля — 6 шт = 200 = 1800 сом

Магнит — 6 штук = 150 = 900 сом

Магнит (маленький) — 30 штук = 50 = 1500 сом

Итого — 7200 сом.

Результаты и обсуждение

Компоненты композита. Для создания слоистого композита были применены как первый теплоизолцционный компонент — базальтовая плита. Разработана установка для получение рубленного дискретного волокна для равномерного распределения волокна в композитной плите. Это неоднородный связный материал, состоящий из двух и более компонентов, в том числе сцепляющего элемента, придающего материалу необходимые механические свойства, и матрицы (связующего), работающей совместно с сцепляющим элементом для обеспечения монолитности материала.

Базальтовое волокно и базальтовая сетка. Для армирования применяется сетка на основе базальтового волокна [6] с последующей полимерной пропиткой. Прочностные характеристики (физико-механические, химические и др.) этого материала объясняются свойствами базальта. Базальтовая сетка, по сравнению с другими применениями сеточными материалами имеет следующие важные преимущества: сетка чрезвычайно долговечна, не коррозируют в нейтральной и агрессивной химической среде; значения коэффициента теплопроводности базальтовой сетки несколько раза ниже, чем металлической; имеет очень небольшой удельный вес и легко обрабатывается (облегчается транспортировка, раскрой при монтаже и т. п.); благодаря полимерной пропитке можно складировать под открытым небом; себестоимость значительно ниже аналогов. С целью усиления прочности и устойчивости базальтовых плит и обеспечение крепление для монтажа была использована базальтовая сетка полученного на основе базальтового непрерывного волокна. Физико-технические характеристики базальтовой сетки приведены в Таблице.

Таблица

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БАЗАЛЬТОВОЙ СЕТКИ

Наименование	Значение
Разрывная нагрузка	60 кН/м
Размер рулона	1x 50 м
Ячейка	25х25 мм
Относительное удлинение не более	4%

На основе полученных слоистых композитов были изготовлены опытные образцы мобильных домиков (Рисунок).

Рисунок. Мобильный домик на основе слоистого композиционного материала

Выводы

Прочность при сжатии базальтопластиковой арматуры уменьшается с увеличением высоты испытуемых стержней. Среднее значение предела прочности при сжатии базальтопластиковой арматуры Ø8мм составляет 304,5 МПа, а для базальтопластиковой арматуры Ø10мм — 333,5 МПа. Необходимы дальнейшее исследование по испытанию базальтопластиковой арматуры на предмет прочность сцепления с бетоном путем изготовления бетонных призм, а также прочность сцепления с бетоном после выдержки в щелочной среде. Базальтопластиковые стержни, изготовленные на основе базальтовых супертонких волокон полученные на основе базальтов местных месторождений, обладают физико-механическими характеристиками не уступающими стеклопластиковыми стержням и могут быть использованы в качестве армирующего материала, используемого при строительстве дорог и железобетонной конструкции.