автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Эффективный керамический кирпич с использованием пористого силикатсодержащего техногенного сырья

005011437

На правах рукописи

СЛАВИНА АННА МИРОСЛАВОВНА

ЭФФЕКТИВНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ КИРПИЧ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОРИСТОГО СИЛИКАТСОДЕРЖАЩЕГО ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ

Специальность: 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

С 0Е5 ¿012

Самара 2012

005011437

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Масленникова Людмила Леонидовна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Коренькова Софья Федоровна

кандидат технических наук, доцент Лохова Наталья Алексеевна

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Южно-Российский

государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»

(г. Новочеркасск)

Защита состоитсяЛг г. в /3~С0 часов в ауд. 0407 на

заседании диссертационного совета Д 212.213.01 при ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д. 194.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан «о?сГ» Л-нЛ 2012 г.

Ученый секретарь совета, кандидат технических наук, доцент ."Ь В.Ю. Алпатов

/М

Актуальность

Реализуемая в последние годы государственная политика повышения энергосбережения и энергоэффективности делает актуальными вопросы улучшения теплозащитных свойств строительных материалов и изделий, в том числе керамического кирпича.

В настоящее время снижение коэффициента теплопроводности керамического кирпича достигается следующими основными способами: повышением пустотности, использованием выгорающих добавок и увеличением размера самого изделия. Однако резервы в этих направлениях практически исчерпаны, поэтому необходимы новые нетрадиционные подходы, например, использование пористого силикатного техногенного сырья.

Известны многочисленные примеры успешного введения в керамическую шихту различных промышленных отходов, в то время как их влияние на теплозащитные характеристики материала с учетом собственной пористости, а также химической и энергетической природы изучено недостаточно и содержит определенный резерв.

В этой связи исследования, направленные на снижение теплопроводности керамического кирпича за счет привлечения пористых силикатсодержащих техногенных компонентов, являются актуальными, т.к. позволяют комплексно решить вопросы ресурсо- и энергосбережения, охраны окружающей среды и дефицита отдельных сырьевых материалов.

Цель работы: разработка и исследование составов эффективного керамического кирпича с использованием силикатсодержащего пористого техногенного сырья.

Задачи исследования:

- определить критерии оценки и обосновать выбор пористого техногенного сырья для получения эффективного керамического кирпича;

- разработать оптимальные составы эффективного керамического кирпича с применением выбранного пористого силикатсодержащего техногенного сырья;

- установить закономерности влияния вводимого силикатсодержащего пористого техногенного сырья на поровую структуру, коэффициент теплопроводности и другие физико-механические характеристики полученного материала.

Научная новизна

1. Впервые разработаны критерии оценки пористого силикатсодержащего техногенного сырья, учитывающие его поровую структуру, а также энергетическую и химическую природу основных фаз для получения эффективного керамического кирпича.

2. Научно обоснована возможность снижения коэффициента теплопроводности керамического черепка за счет введения в шихту силикатсодержащего техногенного сырья, имеющего собственную пористость с преимущественным размером пор менее 10 мкм, минеральный состав, характеризующийся более высокими значениями мольных масс и более низкими значениями стандартных энтальпий образования основных фаз по сравнению с кварцевым песком, применяемым в качестве отощителя.

3. Показано, что использование дробленого боя пенобетона с размером частиц менее 1 мм вместо кварцевого песка снижает коэффициент теплопроводности материала в два раза по сравнению с составом традиционного кирпича за счет структурно-фазовых превращений, характеризующихся формированием канальной пористости, кристаллизацией анортита, мелилита, волластонита.

4. Впервые выявлены особенности структурно-фазовых изменений, происходящих при обжиге шихты, содержащей кембрийскую глину, гранулированный доменный шлак (ГДШ) и тонкомолотый бой пенобетона с размером частиц менее 0,14 мм. В черепке при обжиге происходит кристаллизация геленита, мервинита, окерманита и формируется комбинированная поровая структура с увеличением до 70 % объема пор размером от 1 до 5 мкм.

5. Определена зависимость снижения коэффициента теплопроводности керамической матрицы с выбранным техногенным сырьем от увеличения доли пор размером от 1 до 5 мкм в суммарном объеме. Достоверность полученных результатов и выводов по работе

обеспечена использованием стандартных методик и современных апробированных методов исследования структуры синтезируемых керамических материалов; применением математических вероятностностатистических методов обработки результатов; сходимостью экспериментальных данных с теоретическими исследованиями и данными опытно-промышленных испытаний.

Практическая значимость работы:

1. Обосновано эффективное применение пористого силикатсодержащего техногенного сырья - ГДШ в керамической шихте в качестве отощающей добавки.

2. Предложено новое направление использования отходов ячеистых бетонов в составах керамических масс для снижения теплопроводности материала.

3. Разработан состав керамической шихты на основе кембрийской глины и отощающей добавки из дробленого пенобетона с размером частиц менее 1 мм для получения эффективного кирпича со светло-бежевым цветом черепка и сниженным коэффициентом теплопроводности. По

эксплуатационным характеристикам полученный состав удовлетворяет требованиям ГОСТа.

4. Разработан оптимальный состав эффективного керамического кирпича с использованием тонкомолотого пенобетона (размер частиц менее 0,14 мм) и ГДШ с пониженным на 20 и более процентов коэффициентом теплопроводности и светло-бежевым тоном лицевой поверхности. Полученный материал характеризуется более высокими коэффициентом конструктивного качества и прочностью при изгибе.

5. Теплотехническими расчетами ограждающих конструкций для общественных зданий доказана возможность уменьшения толщины кирпичной кладки с 380 до 250 мм при использовании разработанных составов с учетом размера кирпича.

6. Расширена сырьевая база для получения эффективного керамического

кирпича за счет техногенного силикатсодержащего сырья: ГДШ,

находящегося в отвалах; боя ячеистых бетонов, образующегося в виде брака как на стадии изготовления, так и на этапе утилизации при разборке зданий и сооружений.

Реализация результатов исследований. Научные и практические результаты работы использовались:

1. При выпуске опытно-промышленных партий разработанных материалов. На ЗАО ЗСМ «Эталон» (п. Свердлова, 2, Ленинградская обл.) выпущены опытно-промышленные партии полнотелого кирпича М150 и пустотелого М125 с пустотностью 38 %; морозостойкостью F50; водопоглощением 18,7 и 18,5 %, плотностью 1,53 и 1,11 г/см3 соответственно. На ООО «Образъ» (Санкт-Петербург) выпущена опытная партия декоративного камня для внутренней отделки стен зданий с коэффициентом теплопроводности X = 0,24 Вт/(м-К). По результатам апробации получены соответствующие акты.

2. При разработке технических условий ТУ 5741-003-01115840-2009 «Керамический кирпич лицевой».

3. В учебном практикуме для слушателей ФПК ПГУПС в виде учебного пособия «Свойства отходов и новые геоэкозащитные технологии с их испо льзо вашем ».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XVII международной интернет-конференции молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения «МИКМУС-2005» (Москва, 2005 г.); на 16-й международной конференции «1BAUSIL» в Германии (Веймар, 2006 г.); на научно-технических конференциях в ФГБОУ ВПО ПГУПС: «Неделя науки» (Санкт-Петербург, 2006-2009 гг.); на Международной научно-практической конференции «Пенобетон 2007» (Санкт-Петербург, 2007 г.); на Международной научнопрактической конференции «Техносферная и экологическая безопасность на транспорте» (Санкт-Петербург, 2008 г.).

На защиту выносятся следующие вопросы:

1. Критерии оценки и обоснование выбора пористого силикатсодержащего техногенного сырья для получения эффективного кирпича.

2. Результаты исследований влияния техногенного сырья на основные физико-химические и физико-механические свойства, а также поровую структуру полученных материалов.

3. Составы эффективного керамического кирпича с улучшенными теплотехническими характеристиками.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 2 статьи в рекомендуемых ВАК РФ изданиях, 4 патента РФ, одна монография.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 136 страницах, состоит из введения, 5 глав, общих выводов и 5 приложений, включает 24 таблицы и 38 рисунков. В списке литературы приведено 143 источника.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, приведены цель и задачи исследований, показана научная новизна и практическая значимость результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проанализированы опубликованные работы по современному состоянию проблемы получения эффективных керамических материалов и способах ее решения.

В настоящее время повысились требования к теплозащите зданий и сооружений, что приводит к необходимости создания новых строительных материалов с улучшенными теплозащитными свойствами. Этим вопросам посвящены работы ученых А. А. Ананьева, А. В. Лыкова, Е. Г. Овчаренко, В. А. Кондратенко и др.

Существующие технологические приемы получения эффективного керамического кирпича во многом уже исчерпаны. В связи с этим для снижения плотности керамического черепка целесообразно рассмотреть использование пористого техногенного сырья определенной природы. Влияние техногенных компонентов на улучшение физико-механических свойств керамического кирпича рассмотрено в работах П. И. Боженова, В. В. Прокофьевой, И. А. Альперовича, А. Ю. Столбоушкина, Н. Г. Чумаченко, Р. 3. Рахимова, А. П. Зубехина, Л. Л. Масленниковой, А. А. Новопашина, М. Ю. Мальковой, В. А. Гурьевой и других ученых. Однако вопросы снижения теплопроводности стеновых керамических материалов за счет ввода техногенного сырья с учетом его собственной пористости и химической природы при этом изучены недостаточно.

Во второй главе рассматриваются научные основы выбора пористого техногенного сырья для улучшения теплозащитных свойств керамического кирпича с сохранением эксплуатационных характеристик, удовлетворяющих требованиям нормативно-технической документации.

Рабочая гипотеза. С целью одновременного улучшения физикомеханических и теплозащитных свойств необходимо учитывать два противоречивых момента: с одной стороны, чем выше пористость керамического материала, тем ниже плотность и теплопроводность, с другой - увеличение пористости приводит к снижению прочности и морозостойкости. Именно поэтому целесообразно увеличивать пористость материала, но за счет преобладания безопасных с точки зрения морозостойкости пор с диаметром менее 10 мкм. Это согласуется с исследованиями Н. А. Лоховой и Г. И. Бердова, которые дополнительно выделили интервал промежуточных пор размером от 0,5 до 10 мкм в классификации А. С Беркмана - И. Г. Мельниковой.

Наряду с пористостью необходимо учитывать и химическую природу твердого тела, поскольку преобладающим механизмом передачи тепла в керамике является фононная проводимость, осуществляемая за счет колебаний решетки. Оценивать усложнение структуры материала можно по энергетическим показателям. Более низкие значения стандартной энтальпии (энергосодержания) образования -ДН°298> кДж/моль, и более высокие мольные массы М, г/моль, основных фаз материала информируют о его более низких значениях теплопроводности, как установлено исследованиями ученых кафедры «Инженерная химия и естествознание» ПГУПС под руководством профессора Л. Б. Сватовской.

В соответствии с изложенными выше представлениями можно сформулировать критерии для выбора техногенного сырья с целью получения эффективного кирпича:

• наличие собственной пористости с преимущественным размером пор менее 10 мкм,

■ наличие сложного минерального состава в виде силикатов, алюмо- и гидросиликатов кальция и магния, обладающих более низкими значениями энтальпии и более высокими значениями мольных масс по сравнению с кварцем,

В третьей главе представлены характеристики используемых сырьевых материалов, а также основные методы исследований.

В соответствии с определенными во второй главе критериями для работы было выбрано следующее техногенное сырье:

- гранулированный доменный шлак (на примере ГДШ Череповецкого металлургического комбината), с модулем крупности 2,4-2,9, фазовый состав которого представлен геленитом, окерманитом и другими силикатами кальция и магния. По данным В. С. Грызлова, в настоящее время в России по-прежнему направляется в отвалы до 20 %

гранулированных доменных шлаков, требующих утилизации. Проведенные исследования пористости методом ртутной порометрии показали, что в ГДШ поры размером менее 10 мкм занимают 80 - 85 % от суммарного объема. Также учитывалось, что при термической обработке ГДШ могут формироваться стабильные кристаллические фазы из шлакового стекла, влияющие на повышение прочности при изгибе материала;

- бой пенобетона автоклавного и неавтоклавного твердения, фазовый состав которого представлен кварцем, тоберморитом, ксонотлитом и другими гидросиликатами. Методом ртутной порометрии установили, что поры размером менее 10 мкм занимают 80 - 85 % объема у неавтоклавного пенобетона и 90-94 % - у автоклавного пенобетона от суммарного объема. Поскольку при обжиге конечным продуктом дегидратации гидросиликатов является волластонит, это будет способствовать упрочнению всей структуры материала с осветлением черепка.

В качестве глинистой составляющей применялась кембрийская глина (месторождение Красный Бор), которая широко распространена в СевероЗападном регионе России и странах Прибалтики. Песок для строительных работ (месторождение Лахта) с модулем крупности 1,9—2,4 использовался в качестве отощителя.

Физико-механические исследования проводились на лабораторных образцах-балочках размером 160x40x40 мм и образцах-кубах 50x50x50 мм Температура обжига, традиционно принятая в Северо-Западном регионе для обжига керамического кирпича на кембрийской глине, - 980 °С. Формование пластичное с давлением 5 кг/см2.

Для исследования структуры синтезируемых керамических материалов использовались рентгенофазовый и дифференциальнотермический методы, ИК-Фурье спектроскопия, электронная микроскопия, метод ртутной порометрии.

В четвертой главе приведены результаты по оптимизации составов эффективного керамического кирпича и влияние выбранного техногенного сырья на формирование структуры и основные физико-механические свойства полученного материала.

Исследование влияния вводимого в керамическую шихту ГДШ на физико-механические характеристики полученного материала показало, что при замене песка (-ДН°298 = 911 кДж/моль, М = 60,1 г/моль) на ГДШ предел прочности при изгибе образцов увеличился на 22 %, в том числе и за счет кристаллизации более сложных фаз геленита 2СаО-А12Оз'8Ю2 (-ДН°298 = 3958,8 кДж/моль, М = 274,2 г/моль) и окерманита 2СаОМ§028Ю2 (-ДН°298 = 3837,4 кДж/моль, М = 272,7 г/моль), идентифицированных методами ИК-спектроскопии и рентгенофазового анализа. Также улучшился показатель /?и,г//?ет<, что свидетельствует о снижении хрупкости полученного материала. Коэффициент

теплопроводности снизился на 6,5 %, остальные физико-механические характеристики остались на уровне контрольных образцов.

Другой выбранный по предложенным критериям техногенный компонент - бой пенобетона рассматривался в работе как источник силикатов кальция, образующихся при обжиге из гидросиликатов и имеющий собственную высокую пористость. Бой пенобетона подвергался грубому помолу до размера частиц менее 1 мм и вводился в шихту в качестве отощителя. _

Методом математического моделирования был найден оптимальный состав, содержащий 65 масс. % глины и 35 масс. % боя пенобетона. Результаты физико-механических исследований полученных образцов представлены в таблице 1.

Состав, масс. % Во до-поглощение по массе W, % Сре- дняя плот- ность, г/см3 Козф. тепло- провод- ности к Вт/(м*К) Предел прочности, МПа Отно- шение йшп ^сж. Цвет черепка

при изгибе ■^изг. при сжатии Rc ж.

Контрольный состав: глина-70 песок-30 7,1 1,91 0,31 Ср.3,9 Мин. 2,9 Ср. 15,9 Мин. 13,6 0,25 'Сирпично -красный

Состав 1: глина - 65 пенобетон - 35 26 1,41 0,15 Ср.3,1 Мин. 2,9 Ср. 12,2 Мин. 11,5 0,26 Светло- бежевый

Как видно из таблицы 1, введение 35 масс. % молотого пенобетона позволило снизить плотность черепка на 26 % и уменьшить коэффициент теплопроводности в два раза по сравнению с контрольным образцом. Цвет лицевой поверхности материала светло-бежевый. Прочностные показатели образца состава 1 уменьшились, однако, несмотря на снижение прочности при изгибе и сжатии, отношение Етг /Ясж образца с пенобетоном осталось на уровне контрольного.

Методом рентгенофазового анализа и ИК-спектроскопии было установлено, что в системе «глина—пенобетон» при обжиге кристаллизуются фазы волластонита р-СаОБЮг (-ДН°298=1634,2кДж/моль, М= 116,1 г/моль) и мелилита Са2(Аl,Mg,Si)Si20; (-Д Н°29з=3 89 8,1 кДж/моль, М = 326,7 г/моль), который представляет собой непрерывную серию твердых растворов геленита с окерманитом.

Исследования микроструктуры образцов проводились с помощью растрового электронного микроскопа JSM-35CF (фирма JEOL) и рентгеновского микроанализатора энергодисперсионного типа Link 860. Анализ микроструктуры и элементного состава лабораторных образцов позволил обнаружить внутри частиц пенобетона игольчато-пластинчатые

новообразования волластонита (рисунок 1), которые способствуют «залечиванию» пор и укреплению межпоровых перегородок, а также формируют более однородную поровую структуру материала с преимущественным

Рисунок 1 - Микроструктура пенобетона в глиняной матрице после обжига, где «а» - игольчато-пластинчатые новообразования волластонита внутри частицы пенобетона

Анализируя результаты по использованию ГДШ и дробленого боя пенобетона в качестве отощителей, можно сделать вывод, что ГДШ повышает прочность при изгибе, но незначительно уменьшает коэффициент теплопроводности, а дробленый бой пенобетона снижает коэффициент теплопроводности в два раза, но одновременно с этим уменьшает прочность керамических образцов и повышает

водопоглощение. Таким образом, для получения состава эффективного кирпича с улучшенными прочностными и теплозащитными характеристиками ГДШ и бой пенобетона рационально использовать совместно.

В целях повышения прочности изделий при сохранении светлобежевого тона керамической матрицы использовался пенобетон в тонкомолотом состоянии (остаток на сите с размером ячейки 0,14 мм не более 2 %). В качестве отощителя в шихту для сравнения вводили строительный песок и ГДШ.

При решении оптимизации состава шихты применяли математическую модель, основанную на полиноминальном описании поведения сложных систем. При расчете модели использовали математический аппарат регрессионного анализа. Расчеты были выполнены в статистическом пакете 8Р.88. Параметрами оптимизации выбрали предел прочности при сжатии = 12,5 МПа) и значение коэффициента

теплопроводности (Я, = 0,24 Вт/(м-К)).

При построении регрессионной модели для прочности при сжатии: /(Дсж) = 0,029 Х1Х2 -1,413Х2 +0,007 Х1 Хъ.

При построении регрессионной модели для коэффициента теплопроводности:

/(Я) = 0,345-0,000002036 Х\ Х2 Лз-0,000936^,

Здесь Х\, Хг, Аз - значения независимых переменных; Х\ - глина; Хг - ГДШ; Лг3 - пенобетон.

На основе построенных моделей получили диапазон возможных значений содержания сырьевых компонентов, удовлетворяющих требованиям ГОСТа к керамическому кирпичу марки М125: Х2 (шлак) -17-22 %, АТ, (пенобетон) - 17-23,8 %, X, (глина) - 68-54,2 %. Для дальнейших исследований в работе был принят состав с 20 %-м содержанием пенобетона и ГДШ. Результаты физико-механических исследований образцов представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-механические характеристики образцов кирпича

Состав, масс. % Водо-погло-ЩЄІШЄ по массе\У, % Сред- няя плот- ность, г/см3 Предел прочности, МПа Коэф. теплопроводности X, Вт/(м*К) Отно- шение Дшг Лсж. Цвет черепка

при изгибе ^шг. при сжатии Дсж

Состав 2: глина - 60 бой тонкомолотого пенобетона - 20 песок- 20 20,9 1,54 Ср. 1,8 Мин. 1,7 Ср. 11,1 Мин. 10,2 0,29 0,16 Светло- бежевый

Состав 3: глина - 60 бой тонкомолотого пенобетона - 20 ГДШ- 20 22,0 1,52 Ср. 4,2 Мин. 3,9 Ср. 15,3 Мин. 13,2 0,24 0,28 Светло- бежевый

Анализ полученных физико-механических характеристик позволяет сделать вывод, что, как и предполагалось, совместное введение ГДШ и тонкомолотого пенобетона позволяет получить светло-бежевый цвет черепка, уменьшить коэффициент теплопроводности на 23 % и увеличить коэффициент конструктивного качества на 22 % по сравнению с контрольным образцом. В системе «глина - пенобетон - ГДШ» при обжиге дополнительно кристаллизуются фазы геленита 2Са0'А1203-8Ю2 (-ДН°298 = 3958,8 кДж/моль, М = 274,2 г/моль), окерманита

2СаО\Г^О-25Ю2 (-ДН°298 = 3837,4 кДж/моль, М = 272,7 г/моль), волластонита р-СаО БЮг (-ДН°298 =: 1634,2 кДж/моль, М = 116,1 г/моль), и мервинита ЗСа0-М§0-25Ю2 (-АН°298 = 4425,53 кДж/моль, М = 328,5 г/моль), что приводит к упрочнению керамической матрицы, а также оказывает влияние на снижение коэффициента теплопроводности.

Характеристика пористости, определенная методом ртутной порометрии, представлена на рисунке 2 и в таблице 3. Анализ полученных результатов показал, что в образцах с тонкомолотым пенобетоном

(составы 2 и 3) наблюдается преимущественный прирост объема пор размером 1-5 мкм, в то время как в контрольном образце объем пор такого размера практически не увеличивается.

Щф, где с) - диаметр пор. А

Рисунок 2 - Интегральные кривые распределения пор по размерам:

1 - контрольный образец; 2 - образец с песком и пенобетоном; 3 — образец со шлаком и пенобетоном

Кривая 1, отражающая прирост объема пор в контрольном образце, -плавная, что говорит о распределении пор всех размеров равномерно по всему объему материала. Кривые 2 и 3, отражающие прирост объема пор в образцах с тонкомолотым пенобетоном, имеют скачок в интервале размера пор от 1 до 5 мкм, что говорит о преобладании пор данного размера в общем объеме пор. Рост кривой 2 (состав с песком) в данном диапазоне менее значителен, чем рост кривой 3 (состав с ГДИ1), что объясняется увеличением объема пор размером от 1 до 5 мкм в составе 3 по сравнению с составом 2.

Состав шихты Средняя плотность, г/см'’ Удельная поверхность пор, м2/г Суммарный объем пор, см3/г Объем пор размером 1—5 мкм от суммарного объема

см3/г %

Контрольный состав 1,86 32,44 0,183 0,009 4,9

Состав 2 1,54 13,22 0,217 0,106 48,8

Состав 3 1,52 7,53 0,258 0,188 72,8

Объем пор размером 1 - 5 мкм растет (см. таблицу 3) в ряду образцов

12

контрольный —> состав 2 —> состав 3. В этой же последовательности усложняется структура материала, что должно привести к соответствующему уменьшению теплопроводности черепка. Измеренные коэффициенты теплопроводности образцов при стационарном тепловом режиме (ГОСТ 7076-99) подтверждают выявленную зависимость.

Сопоставляя имеющиеся данные по снижению теплопроводности в образцах составов 2, 3 и контрольном, а также полученные данные по распределению пор, можно сделать вывод, что максимальный вклад в улучшение теплозащитных свойств керамического материала привносят поры диаметром от 1 до 5 мкм.

Исследования микроструктуры керамического образца состава 3 позволили обнаружить, что образец с добавкой тонкомолотого пенобетона и Г ДТП характеризуется аморфизированной, комбинированной пористой структурой. На рисунке 3 (а, б) показаны зерно шлака (Ш) со сфероидальными порами и включения пенобетона (ТТ), образующие канальную пористость в глиняной матрице и имеющие собственную капиллярную пористость (рисунок 3 в).

Достигнутые результаты по улучшению эксплуатационных свойств эффективного керамического кирпича с выбранным техногенным сырьем представлены в сводной таблице 4.

Рисунок 3 — Микроструктура образца состава 3 после обжига: а — зерно шлака (Ш); б - частицы пенобетона (И) в керамической матрице; в — зерно пенобетона с собственной капиллярной пористостью

В пятой главе представлены результаты оценки экологоэкономической эффективности использования пористого

силикатсодержащего техногенного сырья.

При работе керамического завода мощностью 45 млн шт. кирпича в год с разной номенклатурой кирпича (полнотелый, пустотелый) предотвращенный экологический ущерб, рассчитанный по временной методике определения предотвращенного экологического ущерба (М., 1999), составит 1 805 440 руб. Расчет экономической эффективности

использования ГДШ и пенобетона взамен природного сырья показал, что себестоимость производства кирпича снижается на 8 %.

Теплотехнический расчет сопротивления теплопередаче Л, м2-°С/Вт, конструкции наружной стены - вентилируемый фасад; утеплитель (минеральная плита) 90 мм; кирпичная кладка из полнотелого кирпича; штукатурка из сложного раствора 20 мм - показал, что нормативное значение К = 2,51 м2-°С/Вт (для общественных зданий) достигается при толщине кирпичной кладки 295 мм из кирпича контрольного состава, а при использовании кирпича состава 1 толщина кирпичной кладки составляет 200 мм, состава 3 - 250 мм. Таким образом, толщина кирпичной кладки может быть уменьшена с 380 до 250 мм, что позволит уменьшить толщину стены, снизить вес ограждающих конструкций и сократить расход основных стройматериалов.

Основные ВЫВОДЫ ‘

1. Научно обоснованы критерии оценки пригодности техногенного сырья для получения эффективного кирпича, учитывающие его химическую и энергетическую природу, а также поровую структуру. В качестве таких критериев выбраны размер пор и их количество, значения мольных масс и стандартных энтальпий образования основных фаз техногенного сырья.

2. Доказана возможность использования пористого

силикатсодержащего сырья для снижения теплопроводности керамического черепка. Примером такого сырья является гранулированный доменный шлак и бой ячеистого бетона, имеющие поровую структуру с преимущественным размером пор менее 10 мкм и сложный минеральный состав с высокими значениями мольных масс и низкими значениями стандартных энтальпий образования основных фаз по сравнению с кварцевым песком.

3. Установлено, что использование пенобетона с размером частиц менее 1 мм вместо кварцевого песка приводит к увеличению общей пористости и образованию канальной поровой структуры с кристаллизацией фаз волластонита и мелилита, характеризующихся бесцветными или белыми кристаллами с более высокими значениями мольных масс и более низкими значениями стандартных энтальпий образования. Это позволило разработать состав шихты для получения керамического кирпича с пониженным в два раза коэффициентом теплопроводности по сравнению с контрольным составом, светло-бежевым тоном лицевой поверхности и эксплуатационными характеристиками, удовлетворяющими требованиям ГОСТа.

Таблица 4 — Результаты достигнутого улучшения физико-механических характеристик лабораторных образцов эффективного кирпича с выбранным техногенным сырьем

Разработанные составы эффективного керамического кирпича Основной минеральный состав шихты до обжига Основные идентифицированные фазы новообразований после обжига Физико-механические характеристики полученного материала

Средняя плотность, г/см3 Коэффициент теплопровод- ности, Вт/(м*Ю Отнош енне Кж. Цвет лицевой поверхности Коэффициент конструктивного качества

Контрольный с песком Гидро слюда, бейделлит, кварц Анортит (СаОА12Ог25Ю2), Кварц (5Ю2) 1,91 0,31 0,25 Кирпично- красный 8,3

СГДШи тонкомолотым боем пенобетона вместо песка и части глины Гидрослюда, бейделлит, кварц, тоберморит, ксонотлит, геленит, окерманит Анортит (СаОА12Ог23Ю2), Волластошгг (р-СаО-8Ю2), Г елшшт (2СаОА12Оз-8Ю2), Окерманит (2Са0-М§0-28Ю2), Мервинит ЗСаОМ^О-28Ю2 1,52 0,24 0,28 Светло- бежевый 10,1

С боем пенобетона с размером частиц менее 1мм в качестве отощителя Гидро слюда, бейделлит, кварц, тоберморит, ксонотлит Анортит (Са0А1203-28Ю2), Волластошгг (Р-СаОБЮг), Мелилит (Са2СЛШэ,51)5ь07) 1,41 0,15 0,26 Светло- бежевый 8,7

4. Разработан оптимальный состав эффективного керамического кирпича на основе ГДШ и тонкомолотого пенобетона с коэффициентом теплопроводности, сниженным более чем на 20 %, и улучшенными прочностными характеристиками по сравнению с контрольным образцом.

5. Выявлены особенности структурно-фазовых изменений, происходящих при обжиге керамической шихты с использованием ГДШ и тонкомолотого пенобетона, характеризующихся формированием комбинированной поровой структуры с увеличением объема пор размером от 1 до 5 мкм и кристаллизацией гелинита, окерманита, мелилита.

6. Экспериментально доказана зависимость снижения теплопроводности керамического материала от увеличения суммарного объема пор и усложнения структуры. Показано, что коэффициент теплопроводности керамического материала с использованием выбранного техногенного сырья снижается тем значительнее, чем больше доля пор размером от 1 до 5 мкм в суммарном объеме.

7. Доказана экологическая и экономическая эффективность

использования техногенного сырья. Рассчитанный предотвращенный экологический ущерб составил 1805440 руб. Экономическая

эффективность выражается в снижении себестоимости производства кирпича на 8 % за счет замены природного сырья на техногенное.

8. Установлена возможность уменьшения толщины кирпичной кладки в конструкции наружной стены с 380 до 250 мм для общественных зданий на основе проведенного теплотехнического расчета при использовании эффективного кирпича разработанных составов.

9. Обосновано расширение сырьевой и номенклатурной базы

эффективных строительных материалов. Опытно-промышленная

апробация результатов подтверждает возможность получения эффективного кирпича с эксплуатационными характеристиками, удовлетворяющими требованиям ГОСТ 530-2007.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Славина, А. М. Геоэкологические решения по созданию эффективной строительной керамики на базе техногенного силикатного сырья [Текст] / Н. А. Бабак, Л. Л. Масленникова, А. М. Славина // Известия Петербургского государственного университета путей сообщения. - СПб: ПГУПС, 2010. -Вып. 2-С. 220 - 230.

2. Кривокульская, А. М. Особенности получения автоклавного пенобетона по резательной технологии и утилизация образующихся отходов [Текст] /

А. М. Сычева, Н. А. Бабак, Д. И. Дробышев, А. М. Кривокульская // Бетон и железобетон. - 2009. - № 2. - С. 20 — 22.

3. Славина, А. М. Геоэкологический резерв технологий, материалов и конструкций в строительстве при использовании промышленных

минеральных отходов [Текст]: Монография / Л. Л. Масленникова, Н. А. Бабак, А.М. Славина.-СПб.: ПГУПС, 2011. - 86 с.

4. Патент № 2281925 Российская Федерация МПК С04В 33/02 33/16. Керамическая масса [Текст] / Л. Б. Сватовская, Л. Л. Масленникова, И. В. Васильева, С. В. Мякин, М. Абу-Хасан, А. М. Кривокульская, патентозаявитель и патентообладатель ПГУПС. - № 2004139152/03; заявл. 31.12.2004; опубл. 20.08.2006, Бюл. №23.

5. Патент № 2354625 Российская Федерация МПК С04В 33/132.

Керамическая масса светлого тона для лицевого кирпича [Текст] / Л. Б. Сватовская, Л. Л. Масленникова, А. М. Кривокульская,

E. Р. Дементьева, А. Е. Иванов; патентозаявитель и патентообладатель ПГУПС.-№2007138516/03; заявл. 16.10.2007; опубл. 10.05.2009, Бюл. № 13.

6. Патент № 2397153 Российская Федерация МПК С04В 33/138.

Керамическая масса светлого тона для лицевого кирпича [Текст] / Л. Б. Сватовская, Л. Л. Масленникова, Н. А. Бабак, А. М. Славина; патентозаявитель и патентообладатель ПГУПС. — № 2009125271/03; заявл. 01.07.2009; опубл. 20.08.2010, Бюл. № 23.

7. Патент № 2412131 Российская Федерация МПК С04В 33/138. Шихта для изготовления керамического кирпича [Текст] / Л. Б. Сватовская, Л. Л. Масленникова, Н. А. Бабак, А. М. Славина; патентозаявитель и патентообладатель ПГУПС. - № 2009143286/03; заявл. 23.11.2009; опубл. 20.02.2011, Бюл. №5.

8. Кривокульская, А. М. Влияние активности поверхности отощителя на прочностные свойства керамического материала [Текст] / А. Г. Кияшко, А. М. Кривокульская // Межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: сб. науч. трудов. — СПб.: ПГУПС, 2003.-С. 91-94.

9. Кривокульская, А. М. Строительная керамика с использованием отходов производства [Текст] / А. М. Кривокульская // XVII международная интернет-конференция молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения (МИКМУС-2005). - М., 2005. - С. 260.

10. Кривокульская, А. М. Building ceramic with using industrial wastes [Текст] / Л. Л. Масленникова, М. Абу-Хасан, II. И. Якимова, Д. Н. Бухарина,

A. М. Кривокульская // IBAUSIL. 16 Internationale baustofftagung band 2. — Weimar, 2006.-S. 0813.

11. Кривокульская, A. М, Использование твердых отходов пенобетона в производстве керамического кирпича [Текст] / А. М. Кривокульская,

B. В, Суконников, E. Р. Дементьева // «Пенобетон-2007»: материалы междунар. науч.-практ. конф. - СПб: ПГУПС, 2007. - С. 176 - 179.

12. Кривокульская, А. М. Получение кирпича светлых тонов с использованием некондиционного пенобетона [Текст] / А. М. Кривокульская // Новые исследования в материаловедении и экологии: сб. науч. ст. — СПб.: ПГУПС, 2007. - Вып. 7. - С. 62.

13. Кривокульская, А. М. Строительные материалы с прогнозируемыми эксплуатационными свойствами на основе промышленных отходов [Текст] /

17

Н. А. Бабак, А. М. Кривокульская // «Техносфера и экологическая безопасность на транспорте»: материалы междунар. науч.-практ. конф. -СПб.: ГТГУПС, 2008. - С. 40 - 42. ’

14. Кривокульская, А. М. Новые теплоизоляционные материалы с использованием техногенного сырья [Текст] / Л. Л. Масленникова, А. М. Кривокульская // Новые исследования в материаловедении и экологии: сб. науч. ст. - СПб.: ПГУПС, 2008. - Вып. 8. - С. 50 - 52.

15. Славина, А. М. Обжиговые строительные материалы на техногенном сырье с улучшенными теплозащитными свойствами [Текст] / А. М. Славина // Известия Петербургского государственного университета путей сообщения. — СПб.: ПГУПС, 2009. - Вып. 3. - С.197 - 207.

16. Славина, А. М. Использование отходов ячеистых бетонов при получении керамических материалов с улучшенными теплозащитными свойствами [Текст] / Л. Л. Масленникова, А. М. Славина И Популярное бетоноведение. -2009. - Вып. 6 (32). - С. 30 - 35.

Подписано к печати 23.01.2012 г. Печ. я. -1,0

Печать - ризография. Бумага для множит, апп. Формат 60x84 1/16

Тираж 100 экз.___________________Заказ № 47._____________________________________________

Тип. ПГУПС 1900031, С.-Петербург, Московский пр., д. 9

61 12-5/1908

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения»

На правах рукописи

СЛАВИНА Анна Мирославовна

ЭФФЕКТИВНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ КИРПИЧ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОРИСТОГО СИЛИКАТСОДЕРЖАЩЕГО ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ

Специальность: 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Масленникова Людмила Леонидовна

с

о,

Санкт-Петербург - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ,................................................................................4

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ........6

1.1. Современные способы получения эффективного керамического кирпича ......................................................................................6

1.2. Применение техногенных продуктов при конструировании обжиговых строительных материалов.....................................................12

1.3. Некоторые выводы, обобщения, постановка задачи.................19

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫБОРА СЫРЬЯ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ОБЖИГОВЫХ МАТЕРИАЛОВ...............20

РАБОЧАЯ ГИПОТЕЗА..................................................................30

ЦЕЛЬ РАБОТЫ...........................................................................31

ГЛАВА 3 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ...........................32

3.1. Стандартные методы и методики исследования.32

3.2. Физико-химические методы исследования....,.........................32

3.3. Определение пористости методом ртутной порометрии ............36

3.4. Исследование микроструктуры материалов..............................37

3.5. Применение вероятно-статистических методов исследований.......39

3.6 Характеристика используемого природного и техногенного сырья 43 3.7. Выводы по главе 3............................................................51

ГЛАВА 4. ЭФФЕКТИВНЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ КИРПИЧ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ ................................................52

4.1. Рядовой эффективный кирпич с гранулированным доменным шлаком в качестве отощителя............................................................... 52

4.2. Эффективный керамический кирпич светлого тона с боем пенобетона в качестве отощителя...............................................................63

4.3. Эффективный кирпич с улучшенными прочностными показателями............................................................................................. 81

4.4. Выводы по главе 4

102

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОРИСТОГО СИЛИКАТСОДЕРЖАЩЕГО ТЕХНО-

ГЕННОГО СЫРЬЯ ........................................................................104

5.1. Оценка экологической эффективности применения техногенного сырья .......................................................................................104

5.2. Теплотехнический расчет толщины ограждающей стены из эффективного кирпича..............................................................................................112

5.3. Расчет экономической эффективности использования техногенного сырья ........................................................................................116

5.4. Выводы по главе 5...........................................................119

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ......................................................120

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................123

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................136

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Реализуемая: в последние годы государственная политика повышения энергосбережения и энергоэффективности делает актуальными вопросы улучшения теплозащитных свойств строительных материалов и изделий, в том числе керамического кирпича.

В настоящее время снижение коэффициента теплопроводности керамического кирпича достигается следующими основными способами: повышением пустотыости, использованием выгорающих добавок и увеличением размера самого изделия. Однако резервы в этих направлениях практически исчерпаны, поэтому необходимы новые нетрадиционные подходы, например, использование пористого силикатного техногенного сырья.

Известны многочисленные примеры успешного введения в керамическую шихту различных техногенных компонентов, в то время как их влияние на теплозащитные характеристики материала с учетом собственной пористости, а также химической и энергетической природы изучено недостаточно и содержит определенный резерв.

В этой связи исследования, направленные на снижение теплопроводности керамического кирпича за счет привлечения пористых силикатсодержащих техногенных компонентов, являются актуальными, т.к. позволяют комплексно решить вопросы ресурсо- и энергосбережения, охраны окружающей среды и дефицита отдельных сырьевых материалов.

Цель работы: разработка и исследование составов эффективного керамического кирпича с использованием силикатсодержащего пористого техногенного сырья.

Задачи и цель исследования:

- определить критерии оценки и обосновать выбор пористого техногенного сырья для получения эффективного керамического кирпича;

- разработать оптимальный состав керамического кирпича с применением выбранного техногенного сырья;

- установить закономерности влияния вводимого силикатсодержащего гю~ ристого техногенного сырья на норовую структуру, коэффициент теплопровод™ ности и другие физико-механические характеристики полученного материала. Научная новизна

1. Впервые разработаны критерии оценки пористого силикатсодержащего техногенного сырья, учитывающие его норовую структуру, а также энергетическую и химическую природу основных фаз для получения эффективного керамического кирпича.

2. Научно обоснована возможность снижения коэффициента теплопроводности керамического черепка за счет введения в шихту силикатсодержащего техногенного сырья, имеющего собственную пористость с преимущественным размером пор менее 10 мкм, минеральный состав, характеризующийся более высокими значениями мольных масс и более низкими значениями стандартных энтальпий образования основных, фаз по сравнению с кварцевым песком, применяемым в качестве отощителя.

3. Показано, что использование дробленого боя пенобетона с размером частиц менее 1 мм вместо кварцевого песка снижает коэффициент теплопроводности материала в два раза по сравнению с составом традиционного кирпича за счет структурно-фазовых превращений, характеризующихся формированием канальной пористости, кристаллизацией анортита, медидита, волластонита.

4. Впервые выявлены особенности структурно-фазовых изменений, происходящих при обжиге шихты, содержащей кембрийскую глину, гранулированный доменный: шлак (ГДЩ) и тонкомолотый бой пенобетона с размером частиц менее 0,14 мм. В черепке при обжиге происходит кристаллизация геленита, мер-винита, окерманита и формируется комбинированная норовая структура с увеличением до 70 % объема пор размером от 1 до 5 мкм.

5. Определена зависимость снижения коэффициента теплопроводности керамической матрицы с выбранным техногенным сырьем от увеличения доли пор размером: от 1 до 5 мкм в суммарном: объеме.

Практическая значимость работы:

1. Обосновано эффективное применение пористого силикатсодержащего техногенного сырья - ГДШ в керамической шихте в качестве отощающей добавки.

2. Предложено новое направление использования отходов ячеистых бетонов в составах керамических масс для снижения теплопроводности материала.

3. Разработан состав керамической шихты на основе кембрийской глины и отощающей добавки из дробленого пенобетона с размером частиц менее 1 мм для получения эффективного кирпича со светло-бежевым цветом черепка и сниженным: коэффициентом теплопроводности. По эксплуатационным характеристикам полученный состав удовлетворяет требованиям ГОСТа.

4. Разработан: оптимальный состав эффективного керамического кирпича с использованием тонкомолотого пенобетона (размер частиц менее 0,14 мм) и ГДШ с пониженным: на 20 и более процентов коэффициентом теплопроводности и светло-бежевым тоном лицевой поверхности. Полученный материал характеризуется более высокими коэффициентом: конструктивного качества и прочностью при изгибе.

5. Теплотехническими расчетами ограждающих конструкций для: общественных зданий доказана возможность уменьшения толщины кирпичной кладки с 380 до 250 мм при использовании разработанных составов с учетом размера кирпича.

6. Расширена сырьевая база для получения эффективного керамического кирпича за счет техногенного силикатсо держащего сырья: ГДШ, находящегося в отвалах: боя ячеистых бетонов, образующегося в виде брака как на стадии изготовления, так и на этапе утилизации: при разборке зданий и сооружений.

На защиту выносятся:

1. Критерии оценки и обоснование выбора пористого силикатсо держащего техногенного сырья для получения эффективного кирпича.

2. Результаты исследований влияния техногенного сырья на основные физико-химические и физико-механические свойства, а также поровую структуру полученных материалов.

3. Составы эффективного керамического кирпича с улучшенными теплотехническими характеристиками.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Современные способы получения эффективного керамического кирпича

Рациональное ресурсо- и энергопотребление является в настоящее время одной из важнейших национальных задач. Высокая стоимость топливно-энергетических ресурсов и неудовлетворительное состояние окружающей среды, приводит к необходимости поиска решений по их экономии.

В то же время: для строительной отрасли, работающей в современных рыночных условиях, характерны вопросы снижения себестоимости производства работ и материалов, повышение эффективности работы, и, как следствие, повышение конкурентоспособности продукции. Это достигается, в том числе за счет создания строительных материалов полифункционального на' значения, одновременного являющихся конструкционными, облицовочными и теплоизоляционными.

По разным данным через стены зданий и сооружений теряется от 40 до 60 процентов тепла. Проблема повышения тепловой эффективности зданий стала активно разрабатываться в СССР только в середине семидесятых годов прошлого века. В этом направлении проводились широкомасштабные работы, среди которых необходимо отметить повышение уровня тепловой защиты зданий, переход к многослойным ограждающим конструкциям с эффективной теплоизоляцией и: выпуск главы: СНиП 11-3-79 «Строительная теплотехника» [126]. В этом СНиПе впервые была дана методика определения экономически целесообразного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций.

В настоящее время в стране действует СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», где впервые указано, что «требования к повышению тепловой 1 защиты зданий и сооружений, основных потребителей энергии, являются

важным объектом: государственного регулирования в большинстве стран ми-

ра. Эти требования рассматриваются также с точки, зрения охраны окружающей среды, рационального использования невозобновляемых природных ресурсов и уменьшения влияния «парникового» эффекта и сокращения выделений двуокиси углерода и других вредных веществ в атмосферу» [125].

При использовании традиционных материалов увеличение термического сопротивления стен для удовлетворения требований по теплозащите, предъявляемым новым СНиП 23»02-2003, приводит к увеличению материалоемкости конструкций, что ведет к увеличению нагрузки на фундамент и удорожанию строительства.

В связи с этим целесообразнее использовать эффективные строительные материалы:, позволяющие снизить потери тепла через ограждающие конструкции зданий, сооружений и промышленного оборудования без увеличения толщины конструкции.

Современный рынок предлагает большое разнообразие энергосберегающих стеновых материалов (разнообразные виды утеплителей, стекловат-ные изделия, различные пенопласты), однако, по-прежнему актуальным остается получение эффективных конструкционных материалов, таких как керамический кирпич.

В жилищном строительстве в настоящее время типовые проекты панельных домов уступают свое место кирпично-монолитным домам, выполняемых по индивидуально разработанным: проектам. Внутренние стены таких домов выполняются из железобетона, а кирпич применяется в качестве внешнего облицовочного слоя.

Кирпичные и каменные здания: лидируют по части: долговечности выполнения своих фуикций. Именно поэтому кирпич остается привлекательным и востребованным материалом в строительстве.

В соответствии с классификаций по ГОСТ 530-2007 кирпич и камни керамические по назначению подразделяют на рядовые и лицевые. Кирпич рядовой - изделие, обеспечивающее эксплуатационные характеристики клад-

ки. Кирпич лицевой - изделие, обеспечивающее эксплуатационные характеристики кладки и выполняющее функции декоративного материала.

По теплотехническим" характеристикам изделия в зависимости от класса средней плотности подразделяют на группы:

- высокой эффективности с плотностью до 800 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности кладки в сухом состоянии А до 0,2 Вт/(м-°С);

- повышенной эффективности с плотностью 801-1000 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности кладки в сухом состоянии л 0,2-0,24 Вт/(м*°С);

- эффективные с плотностью 1001-1200 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности кладки в сухом состоянии л 0,24-0,36 Вт/(м-°С);

-условно-эффективные с плотностью 1201-1400 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности кладки в сухом: состоянии X 0,36 - 0,46 Вт/(м-°С);

- малоэффективные (.обыкновенныеj с плотностью свыше 1400 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности кладки в сухом состоянии Л свыше 0,46 Вт/(м*°С).

Применение эффективных и: условно-эффективных керамических изделий приводит к снижению теплопроводности ограждающих конструкций зданий и позволяет уменьшить их толщину по сравнению с толщиной стен выполненных из обыкновенного кирпича, а значит снизить затраты на утепление стены, снижая тем: самым сроки и стоимость строительства,

В настоящее время улучшение теплозащитных свойств можно достигать двумя, способами: создавая кирпич с рациональной пустотностью и снижением теплопроводности керамического черепка.

В пустотелом кирпиче, имеющим сквозные (или несквозные) круглые или прямоугольные (щелевидные) отверстия, содержание технологических пустот находится на уровне 18-45%, что существенно снижает вес и теплопроводность кирпича (по сравнению с полнотелым). Долгое время традиционным являлся. 8-щелевой кирпич, теплозащитные свойства которого, замеренные вне кладки, были, почти на 30% лучше, чем: у полнотелого. Однако как показали исследования ученого Ананьева АЛ [8], теплозащитные свой-

ства стен зданий, облицованным 8-щелевым кирпичом или камнем ниже возведенных полностью из полнотелого кирпича. Ученый объясняет это затеканием кладочного раствора в пустоты, плотностью 1900-2000 кг/м" и коэффициентом теплопроводности Х=0,95 Вт/м*°С, что приводит не только к увеличению его расхода на 25-40%, но и снижению теплозащитных качеств стены. Заполнению пустот раствором способствовала слишком большая их ширина - 12 мм. Своими исследованиями ученый показал, что для улучшения теплозащитных свойств наружных стен рациональней применять кирпич с шириной пустот 8-9 мм. Автором был предложен 30-ти пустотный кирпич с более рациональным равномерным расположением пустот, как в перпендикулярном, так и в параллельном тепловому потоку направлениях. Стоит отметить, что рациональное расположение пустот способствует не только улучшению теплозащитных, свойств, но также предотвращает преждевременное разрушение облицовочного слоя наружных стен, что было установлено Ананьевым A.A. [7].

Однако как показывают исследования структурной механики разрушения кирпичной кладки [64, 142], пустотностъ ухудшает качество кирпича как конструкционного материала. Снижается прочность как за счет уменьшения толщины стенок, так и: за счет расклинивающего действия кладочного раствора, частично затекающего в пустоты в процессе кладки кладочного раствора, который вызывает напряжения в изделиях и снижает прочность изделий.

В настоящее время резерв увеличения пустотности как средства уменьшения теплопроводности кирпича практически исчерпан, и поэтому для дальнейшего улучшения теплозащитных, характеристик необходимо снижать коэффициент теплопроводности самого черепка.

Традиционно это достигается путем увеличения пористости керамической матрицы. Принципиальное отличие поризованной керамики о г обычной заключается в особой структуре материала. Современная: технология позволяет создавать пустотелый керамический камень, в массе которого образует-

ся множество мелких пор. Плотность поризованного камня меньше и теплотехнические показатели выше. Это означает целый комплекс потребительских преимуществ. Снижается общий вес такого камня, а значит можно производить крупноформатные блоки, которые по размеру превосходят обычный кирпич в несколько раз, что способствует сокращению сроков возведения кладки и сокращение расхода строительного раствора. Также значительно сокращается количество так называемых «мостиков холода», что вместе с низкой т