научная статья по теме ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ОТДЕЛОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ЦЕМЕНТНОЙ ОСНОВЕ Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ОТДЕЛОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ЦЕМЕНТНОЙ ОСНОВЕ»

Соловьева В.Я., доктор технических наук, профессор

Козин П.А., доктор технических наук, профессор

Степанова И.В., кандидат технических наук, доцент Касаткин С.П., аспирант Смирнова Т.В., кандидат технических наук, доцент

(Петербургский государственный университет путей сообщения)

ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ОТДЕЛОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

НА ЦЕМЕНТНОЙ ОСНОВЕ

Предлагаем состав новой комплексной добавки для теплоизоляционного отделочного материала, состоящей из поверхностно-активного вещества с повышенной пенообразующей способностью, золя кремниевой кислоты в сочетании с гидроксидом окиси кальция.

Базовый состав теплоизоляционного материала, модифицированный разработанной комплексной добавкой, обладает повышенной живучестью растворной смеси, улучшенной прочностью и улучшенным коэффициентом теплопроводности.

Теплоизоляционный материал, содержащий предлагаемую комплексную добавку, соответствует эффективному отделочному теплоизоляционному материалу.

Ключевые слова: теплоизоляционный материал, живучесть, растворная смесь, прочность, коэффициент теплопроводности, золь кремниевой кислоты, гидратная известь, поверхностно-активное вещество.

FUNCTIONAL CEMENTITIOUS HEAT INSULATION FINISHING MATERIALS

We offer a new integrated additive composition, for thermal insulation strength of the surfacing material, consisting of a surfactant with high foaming ability, the sol of silicic acid in combination with calcium hydroxide oxide.

Basic composition of insulating material, a modified additive developed complex has high survivability morta, improved durability and improved thermal conductivity.

Insulation material containing the proposed comprehensive additive meets the finishing effective insulating materials.

Key words: insulating material, survivability, mortar mix, strength, thermal conductivity improvement, the sol of silicic acid, hydrated lime, surfactant.

Теплоизоляционный материал - один из самых востребованных на строительном рынке, его использование обеспечивает значительную экономию теплоэнергоресурсов при эксплуатации зданий.

Потребность в теплоизоляционных материалах является очень высокой, т.к. более 90% зданий и сооружений, построенных до начала 2000-х годов, не соответствуют действующим требованиям по строительной теплотехнике.

Для утепления строительных объектов применяются теплоизоляционные материалы разной природы, которые, кроме положительных теплоизоляционных параметров, обладают некоторыми отрицательными свойствами, такими как пониженная прочность, повышенное во-допоглощение. Для устранения отрицательных характеристик теплоизоляционного материала требуется разработка нового эффективного теплоизоляционного материала, чему и посвящено настоящее исследование.

При создании высокоэффективного теплоизоляционного отделочного материала исходили из того, что он должен иметь оптимальное соотношение между улучшенными теплозащитными и прочностными характеристиками. Такое соотношение для материала на цементной основе может быть достигнуто при его плотности 400-450 кг/м3.

Для решения поставленной задачи рассматривали в качестве заполнителя гравий керамзитовый, вермикулит вспученный и гранулированное пеностекло. Предварительные исследования показали, что наиболее эффективно с технологической точки зрения использовать гранулированное пеностекло с учетом того, что оно обладает набором положительных свойств, к которым можно отнести относительно небольшую массу, низкую теплопроводность, негорючесть, высокую прочность, а также отсутствие запаха и повышенную химическую стойкость к агрессивным средам.

При разработке материала использовали гранулированное пеностекло с техническим названием «Рогауег» двух фракций: фракция 1-2 мм и фракция 0,5-1 мм.

В качестве вяжущего использовали портландцемент белый марки ПЦ 700 для того, чтобы обеспечить повышенную прочность при малом расходе.

В качестве химической активации рассматривали применение таких добавок, которые позволили бы улучшить физико-технические характеристики растворной теплоизоляционной смеси, а именно, повысить ее однородность, живучесть, уменьшить расслаиваемость, чтобы обеспечить качественное проведение ремонтных и отделочных работ и дальнейшую эксплуатацию зданий.

В качестве базового был использован состав при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Портландцемент - 32-34

Поризованное стекло фр. 1-2 мм - 59-59,5

Поризованное стекло фр. 0,5-1 мм - 3,5-4,0

Эфирцеллюлоза - 1,5-2,0

Редисперсионный полимерный порошок - 2,0-2,5

Данная растворная смесь характеризуется недостаточной живучестью, время её использования, которое составляет менее 20 минут, является недостаточным для проведения ремонтных и отделочных работ.

Затвердевший материал указанного состава характеризуется пониженным значением коэффициента теплопроводности Х=0,12 Вт/(м°С) и прочностью при сжатии в возрасте 28 суток 1,5 МПа.

Для повышения эффективности отделочной смеси, как теплоизоляционного материала, требуется уменьшить его плотность, и при этом необходимо повысить прочностные характеристики отделочного материала при увеличении живучести растворной смеси.

Поставленные задачи решались модификацией базового состава в следующей последовательности:

- для уменьшения плотности материала использовали анионоактивное поверхностно-активное вещество, обладающее повышенной пенообразующей способностью. Рациональное количество указанной добавки, определяемое по плотности свежеприготовленной растворной смеси, составило 0,33 мас.% от массы цемента. Введение указанной добавки позволило уменьшить плотность растворной смеси на 22% и понизить ее значение с величины 450 кг/м3 до величины 350 кг/м3, но при этом со временем плотность растворной смеси повышается, в результате ее пониженной устойчивости.

Кратковременная живучесть растворной смеси обусловлена пониженной устойчивостью пенорастворной смеси. Для повышения живучести и устойчивости пенорастворной смеси использовали в качестве стабилизирующей добавки золь кремниевой кислоты, который представлен нанодисперсией 8Ю2*пН20. Нанодисперсии обладают повышенной поверх-

ностной энергией и одинаковым зарядом, поэтому они будут равномерно распределяться между частицами реакционной системы, повышая её устойчивость.

Рациональное количество золя кремниевой кислоты, определяемое по времени устойчивости растворной смеси, составило 0,5% от массы цемента, при этом живучесть растворной смеси увеличилась более чем в 1,3 раза и составила 26 минут, прочность материала увеличилась и достигла в возрасте 28 суток значения 1,8 МПа, что, по-видимому, обусловлено не только стабилизацией пенорастворного состава, но и повышением процессов гидратации цемента в присутствии золя кремниевой кислоты. Однако, полученные улучшенные характеристики отделочного состава являются недостаточными и требуют дополнительного решения.

Для повышения живучести и прочности пенорастворной смеси дополнительно вводили (Са(ОН)2), предполагая, что гидратная известь может вступать в реакции химического взаимодействия с золем кремниевой кислоты, дополнительно образуя гидратные соединения, в т. ч. и низкоосновные.

Дополнительное введение Са(ОН)2 повышает живучесть растворной смеси до значения 48-50 минут, которое является достаточным для проведения отделочных работ.

Комплексное введение в базовый состав теплоизоляционного материала ПАВ с пенооб-разующей способностью, золя кремниевой кислоты и гидратной извести в рациональном количестве позволяет на 20% уменьшить плотность отделочного материала, повысить на 73 % прочность при сжатии, повысить в 2,5 раза живучесть растворной смеси, повысить в 2 раза адгезионную прочность и уменьшить коэффициент теплопроводности на 37% до значения 0,07 Вт/(м °С).

Предлагаемый теплоизоляционный материал на цементной основе обладает следующими физико-механическими характеристиками: прочность при сжатии - 2,5 МПа, адгезионная прочность - 0,25МПа, коэффициент теплопроводности - 0,07 Вт/(м °С), который соответствует эффективному теплоизоляционному отделочному материалу.

ЛИТЕРАТУРА

1. Соловьева В.Я., В.А. Чернаков, И.В. Степанова и др. Инженерно-химические и технологические аспекты получения цементных композиций улучшенного качества с нанострук-турными элементами. Монография. - СПб.: ПГУПС, 2013.

2. Сватовская Л.Б. Фундаментальные основы свойств композиций на цементной основе. Монография. СПб.: ПГУПС, 2006.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком