Неавтоклавный пенобетон на основе перлитовых микросфер

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. СТРОИТЕЛЬНО-МОНТАЖНЫЕ РАБОТЫ CONSTRUCTION MATERIALS. CONSTRUCTION AND INSTALLATION WORKS

УДК 691.327

НЕАВТОКЛАВНЫЙ ПЕНОБЕТОН НА ОСНОВЕ ПЕРЛИТОВЫХ МИКРОСФЕР

Машкин Н.А., Малахов Д.А., Русаков В.Е.

Новосибирский государственный технический университет Бартеньева Е.А., Беркутов С.С.

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет

NOT AUTOCLAVE FOAM CONCRETE ON THE BASIS OF PERLITIC MICROSPHERES

Mashkin N.A., Malakhov D.A., Rusakov V.E.

Novosibirsk State Technical University Barteneva E.A., Berkutov S.S.

Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering

Приведены свойства неавтоклавного пенобетона с использованием перлитовых микросфер. Показано снижение средней плотности материала, улучшение его теплофизических свойств.

Ключевые слова: неавтоклавный пенобетон, перлитовые микросферы, теплопроводность, средняя плотность.

The properties of non-autoclave foam concrete with the use of perlite microspheres are presented. The decrease in the average density of the material and the improvement of its thermophysical properties are shown.

Keywords: non-autoclave foam concrete, of perlitic microspheres, heat conductivity, average density.

Перлит и изделия на его основе в технологии строительных материалов известны еще с прошлого века. При применении данного материала используется его свойство вспучиваться с увеличением в 5-20 раз от первоначального объема при кратковременной термической обработке при температуре 900-1200°С. Перлит представляет собой разновидность кислых вулканических стекол, содержащих 2-5% воды, что и обуславливает его особенность вспучиваться [1-3].

Основные преимущества использования перлита в строительстве: отличные звукоизоляционные свойства, высокие теплоизоляционные свойства, огнеупорные свойства, низкая плотность, неограниченный срок годности. Благодаря своим качествам вспученный перлит нашел широкое применение в промышленности и строительстве в качестве теплоизоляционных засыпок в широком температурном диапазоне от минус 200°С до плюс 875°С. На его основе изготавливают многочисленные теплоизоляционные продукты (стеновые блоки и изоляционные панели), применяют в качестве заполнителя теплоизоляционных и жаростойких

бетонов [4-6]. Кроме того, вспученный перлит служит в качестве лёгкой добавки при производстве штукатурок, гипса, строительных растворов и стяжек.

С развитием технологий на рынке строительных материалов появились микросферы перлита [7-10], которые представляют собой сферические, поликамерные, замкнутые, полые, заполненные разреженным газом микрочастицы, со средним размером 130 мкм (рис. 1). По химическому составу в основном они состоят из оксида кремния и оксида алюминия. Это пожаробезопасный, нетоксичный, радиационно безопасный материал. Они обладают большей прочностью по сравнению с перлитовым песком, который может разрушаться при смешивании его с растворной или бетонной смесью.

Цель данной работы: улучшение теплофизических характеристик неавтоклавного пенобетона.

Для получения пенобетона использовался портландцемент класса ЦЕМ I 42,5 (г. Искитим) со следующим минералогическим составом, мас. %: СзЭ - 69, С2Э - 11; СзА - 7; С4ДР - 13. Истинная плотность портландцемента - 3,060 г/см3, насыпная плотность - 1,083 г/см3. В качестве кремнеземистого заполнителя применяли кислую золу-уноса, полученную на ТЭЦ-5 г. Новосибирска от сжигания Кузнецких каменных углей. Химический состав заполнителя, мас.%: SiO2 - 60,77; А^Оз - 19,45; Рв20з -5,16; СаО - 5,12; МдО - 2,10; №0 - 0,89; К2О - 2,01; ЭОз - 0,54; Р2О5 - 0,39; ТЮ2 -0,82; ВаО - 0,20, МпО - 0,07. Насыпная плотность золы - 0,885 г/смз, истинная плотность - 1,870 г/смз, остаток на сите 008(по массе) - 4,49 %. Для приготовления пены использовали белковый пенообразователь <^оатСет» (Италия).

Рис. 1. Микросферы вспученного перлита

Пенобетон готовился по классической технологии и твердел в естественных условиях в течение 28 суток.

Для исследования влияния микросфер на свойства пенобетона производилось их введение взамен зольного заполнителя в количестве от 0 до 100%. Для проведения эксперимента был предварительно запроектирован состав неавтоклавного пенобетона для марки по плотности D500, где соотношение заполнителя к вяжущему составило 0,6, а В/Т = 0,49.

Влияние микросфер перлита на пену определялось по коэффициенту стойкости пены в растворной смеси (рис. 3). Этот показатель отображает не только

совместимость технической пены со средой твердеющего раствора, но и показывает объемную долю использования пены в приготовлении порисованного раствора.

Можно отметить, что при введении микросфер в раствор для всех составов наблюдаются качественные показатели пены (более 0,85). Наилучшее влияние на пену оказывают составы при совместном введении перлита и золы. При введении в пенобетон микросфер перлита вместо золы коэффициент использования пены увеличивается на 18% и максимально достигает 30% (для количества микросфер 25%).

После 28 суток твердения в нормальных условиях у образцов кубиков 10x10x10 см определялась средняя плотность, и проводилось испытание на прочность при сжатии. Результаты эксперимента представлены в табл. 1.

Зола/Перлит, %

Рис. 3. Влияние микросфер перлита на коэффициент стойкости пены в растворной смеси

При введении микросфер плотность материала снижается до марки D350 (что составляет 53%). При полном замещении золы микросферами плотность достигает марки D250, при этом наблюдается достаточно равномерная пористость.

Наибольшая плотность и прочность образцов наблюдается при соотношении перлита к золе 50:50%.

Таблица 1

Зависимость прочности при сжатии образцов и их плотности от количества

содержания в пенобетоне микросфер перлита

№ Перлит Зола % Средняя плотность, кг/м3 Предел прочности при сжатии, МПа Коэффициент теплопроводности, Вт/

1 0/100 547 1,22 0,122

2 25/75 347 0,68 0,074

3 50/50 383 1,04 0,079

4 75/25 313 0,70 0,069

5 100/0 258 0,56 0,062

По данным набора прочности образцов на золе и на перлите во времени (рис. 4) видно, что при введении перлитовых микросфер на 14 сутки материал набирает 50% прочности, а для зольного пенобетона - 77%(что составляет отпускную прочность).

11сж, МПа

1.6

1.2 0.8 0.4 0

-^Пенобетон на основе перлитовых мнкроефер

Рис. 4. Кинетика твердения образцов

.22

0,75 0,77 _

0,6

0,3 0,31 • 0,33

3 7 14 28

ОПенооетон на основе золы

Исследуемые составы были испытаны на теплопроводность (табл. 1), коэффициент теплопроводности наименьший при 100%-ой замене золы на микросферы перлита. Снижение коэффициента теплопроводности происходит на 3549%.

По результатам эксперимента можно отметить следующее:

1. Введение перлитовых микросфер в пенобетон позволяет увеличить коэффициент стойкости пены в растворной смеси, т.е. обеспечить больший выход пенобетонной смеси. Наилучшее влияние на пену оказывают составы при совместном введении перлита и золы.

2. При введении микросфер плотность материала снижается до марки D350. При полном замещении золы микросферами плотность достигает марки D250.

3. Материал набирает 50% прочности при введении перлитовых микросфер на 14 сутки, а зольный пенобетон - 77%, что составляет отпускную прочность.

4. Коэффициент теплопроводности понижается до 0,062 Вт/(мх°С) при полной замене золы на перлитовые микросферы.

5. Использование микросфер перлита в качестве заполнителя позволяют получать эффективный теплоизоляционный неавтоклавный пенобетон со средней плотностью 258-347 кг/м3, прочностью при сжатии 0,56-1,04 МПа и коэффициентом теплопроводности 0,062-0,079 Вт/(мх°С).

Библиографический список

1. Морозов А.П. Пенобетоны и другие теплоизоляционные материалы. -Магнитогорск, 2008. - 103 с.;

2. Кальянов Н.Н. Вермикулит и перлит - пористые заполнители для теплоизоляционных изделий и бетонов/ Н.Н. Кальянов, А.Н. Кальянов. - М.: Госстройиздат, 1961. - 155с.;

3. Перлит, его особенности, распространение в СССР/ В.П. Петров// Перлит и вермикулит. - М.: Госгеолтехиздат, 1962. - 12 с.;

4. Мирошников Е.В. Наноструктурированное перлитовое вяжущее и пенобетон на его основе. - автореф. дисс. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук. - Белгород, 2010. - 23с.;

5. Современные материалы и технологии/ Н. А. Машкин [и др.]. - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2012. - 236 с.;

6. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение/ И.А. Рыбьев. - Москва: Юрайт, 2012. - 702 с.

7. Способ изготовления гидрофобной легковесной микросферы на основе перлита/ М.С. Полухин, В.Г. Пейчев. - патент РФ № 2531970 приоритет от 21.05.2013;

8. Способ комплексной переработки перлита/ В.Г. Пейчев. - патент РФ № 2531966, приоритет от 30.05.2013;

9. Способ получения аморфного диоксида кремния/ Т.С. Юсупов, Р.Г. Мелконян, В.В. Наседкин, Л.М. Нагаева, А.П. Коротченко, А.Н. Доронин. - патент РФ № 2261840, приоритет от 18.06.2004;

10. Гранулированный заполнитель на основе перлита для бетонной смеси, состав бетонной смеси для получения строительных изделий, способ получения бетонных строительных изделий и бетонное строительное изделие/ В.С. Лесовик, А.В. Мосьпан, В.В. Строкова, Л.Н. Соловьева, Р.В. Лесовик. - патент РФ № 2358937, приоритет от 15.11.2007.

Bibliograficheskij spisok

1. Morozov A.P. Penobetony i drugie teploizoljacionnye materialy. - Magnitogorsk, 2008.

- 103 s.;

2. Kal'janov N.N. Vermikulit i perlit - poristye zapolniteli dlja teploizoljacionnyh izdelij i betonov/ N.N. Kal'janov, A.N. Kal'janov. - M.: Gosstrojizdat, 1961. - 155s.;

3. Perlit, ego osobennosti, rasprostranenie v SSSR/ V.P. Petrov// Perlit i vermikulit. - M.: Gosgeoltehizdat, 1962. - 12 s.;

4. Miroshnikov E.V. Nanostrukturirovannoe perlitovoe vjazhushhee i penobeton na ego os-nove. - avtoref. diss. na soisk. uch. st. kand. tehn. nauk. - Belgorod, 2010. - 23s.;

5. Sovremennye materialy i tehnologii/ N. A. Mashkin [i dr.]. - Novosibirsk: NGASU (Sibstrin), 2012. - 236 s.;

6. Ryb'ev I.A. Stroitel'noe materialovedenie/ I.A. Ryb'ev. - Moskva: JUrajt, 2012. - 702 s.

7. Sposob izgotovlenija gidrofobnoj legkovesnoj mikrosfery na osnove perlita/ M.S. Poluhin, V.G. Pejchev. - patent RF № 2531970 prioritet ot 21.05.2013;

8. Sposob kompleksnoj pererabotki perlita/ V.G. Pejchev. - patent RF № 2531966, prioritet ot 30.05.2013;

9. Sposob poluchenija amorfnogo dioksida kremnija/ T.S. JUsupov, R.G. Melkonjan, V.V. Nasedkin, L.M. Nagaeva, A.P. Korotchenko, A.N. Doronin. - patent RF № 2261840, pri-oritet ot 18.06.2004;

10. Granulirovannyj zapolnitel' na osnove perlita dlja betonnoj smesi, sostav betonnoj smesi dlja poluchenija stroitel'nyh izdelij, sposob poluchenija betonnyh stroitel'nyh izdelij i betonnoe stroitel'noe izdelie/ V.S. Lesovik, A.V. Mos'pan, V.V. Strokova, L.N. Solov'eva, R.V. Lesovik. - patent RF № 2358937, prioritet ot 15.11.2007.

Машкин Николай Алексеевич - доктор технических наук, профессор кафедры инженерных проблем экологии Новосибирского государственного технического университета, г. Новосибирск, E-mail: mashkin@corp.nstu.ru

Малахов Денис Алексеевич - аспирант кафедры инженерных проблем экологии Новосибирского государственного технического университета

Русаков Валерий Евгеньевич - магистрант кафедры инженерных проблем экологии Новосибирского государственного технического университета

Бартеньева Екатерина Анатольевна - старший преподаватель кафедры строительных материалов, стандартизации и сертификации Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета

Беркутов Сергей Сергеевич - студент Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета

Mashkin Nikolay - Doctor of Engineering, professor of department of engineering environmental problems of Novosibirsk State Technical University, E-mail: mashkin@corp.nstu.ru

Malakhov Denis - graduate student of department of engineering environmental problems of Novosibirsk State Technical University

Rusakov Valery - undergraduate of department of engineering environmental problems of Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk

Bartenyeva Ekaterina - senior lecturer of department of construction materials, standardization and certifications of the Novosibirsk state architectural and construction university

Berkutov Sergey - student of the Novosibirsk state architectural and construction

university

УДК 691+691.3

ВЛИЯНИЕ ВИДА ВЯЖУЩЕГО НА СВОЙСТВА ПЕНОБЕТОНА

Иргит Б.Б.

Тувинский государственный университет, Кызыл

INFLUENCE OF BINDING ON THE PROPERTIES OF FOAM CONCRETE

Irgit B.B.

Tuvin State University, Kyzyl

В статье рассмотрены влияние местного Ак-Талского природного гипса и обожженной извести Хайыраканского месторождения на свойства пенобетона, заполнителем которого является местный полевошпатовый серый песок.

Ключевые слова: свойства, портландцемент, строительный гипс, известь.

The influence of the local Ak-Talsky natural gypsum and burned lime of the Khayyrakan deposit on the properties of the foam concrete is also considered. The filler is also local feldspar gray sand.

Key words: properties, portland cement, building gypsum, lime.

Учитывая огромные затраты на обогрев зданий в зимнее время, остро стоит вопрос о применении в качестве ограждающих стеновых конструкций эффективных стеновых и относительно дешевых видов строительных материалов. Одним из таких