Расширение объемов производства изделий и конструкций на основе гипсовых вяжущих веществ - резерв экономии топливно-энергетических ресурсов. Это обусловлено тем, что производство гипсовых вяжущих в 5...10 раз менее энергоемко по сравнению с производством цемента и извести, в 2,4 раза дешевле, не требует больших затрат на тепловую обработку изделий [2, 4]. Гипсовые материалы и изделия в соответствии с их свойствами целесообразно использовать внутри помещений в зданиях различного назначения.
С учетом повышенных требований к теплозащите зданий (СНиП 23-02-03) актуальной является задача снижения величины средней плотности и повышения термического сопротивления теплозащитных (теплоизоляционных и стеновых) изделий в структуре зданий. Снижение плотности можно достигнуть поризацией гипсового изделия.
Поризация формовочной массы при получении пористых материалов на минеральной основе возможна при наличии карбонатов и растворов кислот или солей с образованием поризующего агента в виде СО2 [3].
Автором статьи предложено использовать для поризации гипсовой литой смеси дисперсный карбонат кальция и сернокислый алюминий, взаимодействие между которыми идет по реакции с выделением СО2:
Al2(SO4)3 + 3CaCO3 + 8H2О =
= 2Al(ОН)3 + 3CaSO4·2Н2О+ 3СО2.
При проведении экспериментов вяжущим веществом служил гипс строительный марки Г-4. В качестве порообразователя использовалась композиция, состоящая из карбонатного и сульфатного компонентов. В качестве сульфатного компонента использовался сернокислый алюминий. В качестве карбонатного - мел Крупенниковского месторождения. Для микроармирования использовались полипропиленовые волокна производства ООО «Си-Айрлайд», г. Челябинск, диаметром 20-50 мкм, длиной 3-18 мм; базальтовые волокна производства ООО «Батиз», г. Омск, диаметром до 3 мкм, длиной 50-70 мм; стеклянные волокна производства URSA GLASSWOOL в г. Чудово Новгородской области, диаметром 4-5 мкм, длиной 150-300 мм [1]. Для увеличения сроков схватывания использовалась лимонная кислота [5].
При определении оптимального количества волокнистого наполнителя исследовались составы, в которых процентное содержание базальтовых волокон варьировалось в пределах 0,25-0,45 % мас. Зависимость свойств газогипса от содержания базальтовых волокон представлена на рис. 1.
Исходя из средней плотности и прочности газогипса, оптимальное количество армирующего наполнителя составляет 0,4 % массы гипса. При меньшем его количестве снижается прочность газогипсовых изделий на 20-40 %, а при большем его количестве средняя плотность увеличивается на 22 %.
Рис. 1. Зависимость средней плотности и прочности при сжатии газогипса
от содержания базальтового волокна
Для изучения влияния вида армирующего наполнителя на прочность при сжатии, плотность и теплопроводность газогипса использовались составы, в которых использовались полимерные, базальтовые и стеклянные волокна. Зависимость средней плотности и прочности при сжатии от вида армирующей добавки в количестве 0,4 % представлена на рис. 2.
У газогипса с использованием полимерного волокна средняя плотность составляет 891 кг/м3, прочность при сжатии - 2,0 МПа. При получении газогипса с использованием базальтового волокна прочность возрастает на 35 %.
Рис. 2 Зависимость средней плотности и прочности при сжатии от вида армирующей добавки
в количестве 0,4 %
Использование стекловолокна позволило увеличить прочность при сжатии на 40 % по сравнению с газогипсом с применением полимерного волокна. Во всех трех случаях средняя плотность изменяется незначительно.
На рис. 3 представлена зависимость теплопроводности и прочности при сжатии от вида армирующего наполнителя. Испытания проводились в испытательном центре «Сибстринэксперт» (НГАСУ), аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.22СЛ49 от 13.05.2010 г. на поверенном лабораторном оборудовании.
Рис. 3. Зависимость теплопроводности и прочности при сжатии от вида армирующей добавки (0,4 %)
Анализ результатов испытания показал, что газогипсовые изделия на основе стеклянного волокна обладают наиболее низкой теплопроводностью. Теплопроводность газогипсовых изделий с использованием стекловолокна ниже на 11 % по сравнению с изделием на базальтовом волокне, а прочность при этом выше на 40 % по сравнению с полимерным волокном.
При введении полимерных волокон газогипс обладает низкими прочностными характеристиками, при незначительном снижении плотности.
Для дальнейшего улучшения физико-механических показателей газогипса стекловолокно предварительно измельчалось до удельной поверхности 190-240 м2/кг. Удельная поверхность определялась по методике определения удельной поверхности цемента на ПСХ-4 (прибор Соминского-Ходакова).
Газогипсовая смесь готовилась следующим образом. Вначале перемешивался строительный гипс с расчетным количеством тонкомолотого карбоната кальция и микроармирующей добавкой в сухом состоянии. Отдельно в емкости для приготовления формовочной смеси готовился раствор сульфата алюминия. Затем смесь сухих компонентов всыпалась в раствор сульфата алюминия. Все компоненты формовочного шлама перемешивались в течение 30 с, и газогипсовая масса разливалась в металлические формы.
Для интенсификации взаимодействия сернокислого алюминия с карбонатом кальция вода предварительно подогревалась до 40 °С.
Влияние дисперсности армирующей добавки (стекловолокна) на свойства газогипса приведены в таблице.
Влияние дисперсности армирующей добавки (стекловолокна)
на свойства газогипса
|
Удельная поверхность стекловолокна, м2/кг |
Прочность при сжатии, МПа |
Плотность, кг/м3 |
Общая пористость, % |
|
190 |
3,15 |
902 |
66,6 |
|
220 |
3,7 |
890 |
67,04 |
|
240 |
3,4 |
884 |
67,3 |
Наибольшее снижение плотности и увеличение прочности газогипса достигается при введении в смесь стекловолокна, предварительно измельченного до удельной поверхности 220 м2/кг.
Таким образом, введение в состав газогипсовой смеси дисперсного стекловолокна позволяет изготавливать из газогипса конструкционно-теплоизоляционные материалы с прочностью при сжатии 3,7 МПа, плотностью 890 кг/м3 и теплопроводностью 0,258 Вт/(м∙°С).
Рецензенты:
Зырянова В.Н., д.т.н., доцент кафедры химии Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета, г. Новосибирск;
Ананенко А.А., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Здания, строительные конструкции и материалы» ГОУ ВПО «Сибирский государственный университет путей сообщения», г. Новосибирск.
Работа поступила в редакцию 19.09.2011.