Аэрированные легкие и тепло-огнезащитные бетоны и растворы с применением вспученного вермикулита и перлита и изделия на их основе

Тихонов, Юрий Михайлович

Строительные материалы и изделия

автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Аэрированные легкие и тепло-огнезащитные бетоны и растворы с применением вспученного вермикулита и перлита и изделия на их основе

доктора технических наук: Тихонов, Юрий Михайлович
город: Санкт-Петербург
год: 2005
специальность ВАК РФ: 05.23.05
цена: 450 рублей

Диссертация по строительству на тему «Аэрированные легкие и тепло-огнезащитные бетоны и растворы с применением вспученного вермикулита и перлита и изделия на их основе»

Автореферат диссертации по теме "Аэрированные легкие и тепло-огнезащитные бетоны и растворы с применением вспученного вермикулита и перлита и изделия на их основе"

На правах рукописи

АЭРИРОВАННЫЕ ЛЕГКИЕ И ТЕПЛО-ОГНЕЗАЩИТНЫЕ БЕТОНЫ И РАСТВОРЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВСПУЧЕННОГО ВЕРМИКУЛИТА И ПЕРЛИТА И ИЗДЕЛИЯ НА ИХ ОСНОВЕ

Специальность 05.23.05 — строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена на кафедре «Строительные материалы» ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительного университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Мещеряков Юрий Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Инчик Всеволод Владимирович;

доктор технических наук, профессор Кудяков Александр Иванович;

доктор технических наук, профессор Парийский Александр Александрович

Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Санкт-

Петербургский зональный научно-исследовательский и проектный институт жилищно-гражданских зданий» (ОАО СПбЗНИИПИ)

Защита состоится 28 июня 2005 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.223.01 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д.4, ауд. 206 А.

Телефакс: (812) 316-58-72

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Автореферат разослан^ мая 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Бадьин Г. М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. «Концепция развития приоритетных направлений промышленности строительных материалов и стройиндустрии на 2001 -2005 годы» призвана создать условия для реализации целей и задач, намеченных Федеральной целевой программой «Жилище». По данным Федераль-

,1ЛГ,Л —____ .. My-irv .. -1Л1Л _________________

1 И.л ui^ni^ioa i IV n iv ¿,\J L\l 1 иду J 1 ДсШЬНСИШСС

развитие производство теплоизоляционных материалов, эффективных стеновых материалов и сухих смесей различного назначения.

Актуальность темы диссертационной работы определяется также современными требованиями по повышению теплозащитных свойств наружных ограждений гражданских зданий согласно Изменению №3 СНиП 11 -3-79** «Строительная теплотехника».

Россия и страны СНГ обладают значительными запасами вермикулита и перлита. Оба материала относятся к особолегким высокопористым сыпучим заполнителям с низкой теплопроводностью, отличаются биостойкостью, не токсичны, не горючи и долговечны. Характерные особенности вспученного вермикулита - чешуйчатое строение, высокая открытая пористость, значительная упругая деформативность. Особенности вспученного перлита -форма зерен, близкая к сферической, аморфная структура и сравнительно невысокое водопоглощение.

Большой вклад в исследования вермикулита-сырца, а также вспученного вермикулита, материалов и изделий на его основе внесли отечественные ученые А. П. Афанасьев, Я. А. Ахтямов, П. П. Боровиков, Б. С. Бобров, Г. В. Геммерлинг, К. Н. Дубенецкий, Ю. С. Дьяконов, Н. Н. Кальянов, А. М. Корчагин, И. А. Львова, А. П. Пожнин, П. П. Ступаченко, В. И. Терновой, П. П. Токмаков, С. И. Хвостенков и др., а из иностранных ученых Г. Ф. Уокер, И. Баршад, В. А. Бассет, И. В. Грунер и др.

Исследованиями перлита, материалов и изделий на его основе посвящены фундаментальные работы П. П. Будникова, А. В. Жукова, И. Э. Го-ряйнова, В. Р. Исраэляна, С. П. Каменского, М. П. Мерзляка, В. П. Петрова, М. В. Симонова, М. Ф. Сухарева и др.

Исследования, результаты которых приведены в диссертационной работе, посвящены разработке и внедрению материалов на основе вермикулита и перлита. Являясь универсальными высокопористыми заполнителями, они позволяют получать легкие композиционные материалы многоцелевого назначения, в том числе методом аэрирования.

Вопросам аэрированных и поризованных растворов и бетонов посвящены значительные работы Ю. М. Баженова, П. Г. Комохова, А. В. Сатал-кина, А. М. Сергеева, В. И. Соломатова, В. А. Солнцевой, А. В. Соколовского, В. В. Стольникова, Г. П. Сахарова, Ю. Д. Чистова и др.

К середине 60-х годов XX века провфёйырйботнвпв.'ИЗМЧ^даю вермикулитов самого крупного в Европе Ковдо4скогсМ1§ДОДМв1*ния «Мурманс-

з Í

кая область) и крупнейшего в Азии Потанинского месторождения на Урале (Челябинская область). Одной из задач наших исследований было изучение вермикулитов таких новых малоизученных месторождений как Инаглинс-кое в Якутии и Каратас-Алтынтасское в Казахстане с разработкой промышленного производства вспученного вермикулита и материалов на их основе.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является решение проблемы широкого использования Бермикули 1 а. и перли I а в производстве конструктивно-теплоизоляционных, теплоизоляционных, тепло-огнезащитных бетонов и растворов, а также разработка концепции формирования поровой структуры и технических свойств этих материалов методом аэрирования; внедрение технологии производства стеновых камней, плит перегородок, тепло-огнезащитных покрытий и «теплых» стяжек полов на основе вспученного вермикулита, перлита и других пористых заполнителей.

При этом решались следующие задачи:

1. Разработка технологии обогащения и обжига вермикулитов Инаг-линского и Каратасского месторождений, а также получение товарного вспученного вермикулита и перлита на промышленных установках.

2. Исследование технических свойств высокопористых заполнителей: вспученного вермикулита и перлита, а также побочных продуктов промышленного производства - хвойных опилок и отходов пенополистирола (ППС).

3. Разработка расчетно-экспериментального способа подбора составов аэрированного легкого бетона (АЛБ) методом поровых объемов.

4. Разработка составов аэрированных тепло-огнезащитных материалов и изделий на основе вспученного вермикулита, перлита и волокнистых наполнителей со средней плотностью 150 + 600 кг/м5 и температурой применения - до 800 ч-1200 °С.

5. Исследование АЛБ со средней плотностью 600-1200 кг/м3, классов по прочности В1-В7,5 с использованием высокопористых заполнителей, оценка их технических свойств.

6. Разработка составов легких, в том числе аэрированных растворов (АЛР) со средней плотностью 1000-1300 кг/м3 классов по прочности В3,5 -BIO с использованием вспученного перлита и вермикулита, изучение технических свойств легких растворов, разработка технологии изготовления «теплых» оснований полов на их основе.

7. Подбор составов и исследование свойств сухих строительных смесей на основе вспученного перлита и вермикулита (кладочные и штукатурные смеси).

8. Разработка технологии производства стеновых камней и плит перегородок из аэрированных легких бетонов с применением высокопористых заполнителей (вспученного перлита и вермикулита, хвойных опилок и отходов ППС).

9. Натурные испытания стеновых ограждений с применением вспученного вермикулдта и «перлита. >

• "1*", ' 4

Объект исследования: высокопористые заполнители для легких, тепло-огнезащитных бетонов и растворов; составы бетонов и растворов и изделия на их основе; технология производства стеновых камней и плит перегородок; тепло-огнезащитных покрытий и «теплых» стяжек полов.

Предмет исследования: разработка технологии производства вспученного вермикулита, подбор составов и исследование свойств аэрированных ле! ких и тепло-огнезащитных бетонов, растворов и сухих кладочных и штукатурных смесей на основе высокопористых заполнителей; разработка технологии и оптимизация режимов работы опытных цехов по производству стеновых камней и перегородок из АЛБ.

Методика исследований: анализ литературы, составление методических карт испытаний, математическое планирование экспериментов, разработка методик исследований материалов и изделий, теоретические и экспериментальные исследования режимов изготовления и применения АЛБ-сме-сей в производстве изделий, моделирование технологических процессов.

Достоверность результатов исследований подтверждается значительным объемом проведенных экспериментов, использованием стандартных методик и оборудования, применением современных методов исследований, хорошим соответствием результатов испытаний, полученных в лабораторных и производственных условиях.

Научная новизна. Разработана и внедрена технология обогащения и обжига вермикулита Инаглинского и Каратас-Алтынтасского месторождений по сухой схеме производства.

Изучены механические, акустические и теплофизические свойства вспученного вермикулита и перлита (в том числе доли передачи тепла в материалах кондукцией, конвекцией и лучеиспусканием), а так же технические свойства хвойных опилок и отходов ППС, взятые в сравнении.

Исследованы недостаточно изученные ранее свойства высокопористых заполнителей: теплопроводность в зависимости от температуры, разряжения газовой среды, от размера и формы зерен, их отражательной способности, влияние поровой составляющей на их свойства.

С учетом характерных особенностей вермикулита и перлита выявлены наиболее перспективные области их применения в строительстве.

Разработан новый способ изготовления безусадочных конструкций с засыпкой из вспученного вермикулита.

Разработана методика подбора состава аэрированных легких бетонов и растворов с использованием высокопористых заполнителей («метод поро-вых объемов»). Изучено влияние поровой составляющей на свойства АЛБ и АЛ Р.

Подобраны составы, исследованы свойства и разработана технология изготовления тепло- и огнезащитных покрытий на основе вспученного вермикулита, перлита и волокнистых наполнителей со средней плотностью 150250 кг/м3и температурой применения - 800-1100 °С.

Разработаны и исследованы аэрированные легкие растворы на основе вспученного вермикулита и перлита для производства «теплых» оснований полов, сухие кладочные и штукатурные смеси.

Предложены и исследованы аэрированные легкие бетоны со средней плотностью 800-1200 кг/м\ классов В3,5 -=- BIO по прочности с использованием вспученного перлита и вермикулита, хвойных опилок, отходов пено-полистирола и золы-уноса для производства стеновых камней и плит перегородок.

Проведен сравнительный анализ свойств растворов и бетонов на основе вспученного перлита и вермикулита.

Осуществлен способ двухступенчатого приготовления аэрированных растворных и бетонных смесей в быстроходном смесителе. В начале готовится смесь воды, воздухововлекающего ПАВ, природного песка, а вспученный заполнитель вводится последним при низкой скорости перемешивания.

Исследованы факторы, обеспечивающие оптимизацию технологии производства теплоизоляционных и конструктивно-теплоизоляционных аэрированных бетонов и растворов.

Систематизированы и проанализированы основные производственные факторы, влияющие на технические свойства изделий из легких аэрированных бетонов и разработан алгоритм оптимизации технологии их производства.

Новизна разработок подтверждена авторскими свидетельствами и патентами, техническими условиями, инструкциями. Результатов исследований автора вошла в монографию, 3 справочных издания, 3 учебных пособия и используются в учебном процессе по дисциплинам: «Строительные материалы», «Архитектурное материаловедение», «Современные строительные материалы» для студентов специальности 2903 «Промышленное и гражданское строительство» и 2905 «Архитектура».

Практическая значимость и реализация результатов работы

Разработана сухая схема обогащения вермикулитовых пород Инаглин-ского и Каратас-Алтынтасского месторождений с внедрением на объектах треста «Алданстрой» (Якутия) и ППСО «Актюбнефтегазстроя». Показана эффективность обжига вермикулита и перлита в шахтных печах.

Предложены и разработаны составы, исследованы свойства АЛБ с использованием пористых заполнителей, подобрано оборудование (скоростные аэросмесители турбулентного типа и др.), разработана технология производства стеновых камней и плит перегородок из АЛБ в условиях экспериментальных цехов.

Разработаны ТУ 5741-001-0206880-96 «Стеновые камни из аэрированного легкого бетона с пористым наполнителем», ТУ 5741-004-02068580-02 «Стеновые камни и плиты перегородок из аэрированного легкого бетона на пористых заполнителях», технологические регламенты для цехов производительностью по 5000 м2 стеновых камней в год. Изделия, изготовленные по

разработанной технологии, используются при строительстве коттеджей и садовых домов в Санкт-Петербурге, Ленинградской области и г. Ак-тобе (Казахстан) с ежегодным объемом производства стеновых камней из АЛБ, равным 10-15 тыс. м1.

Теплоизоляционные штукатурные растворы на основе вспученного вермикулита и перлита внедрены на строительных объектах Санкт-Петербурга, Алдана и Магадана. Выпуск легких сухих строительных смесей по разработанной рецептуре освоили ООО «Петроперлит» и ЗАО «Магаданперлит».

Разработаны составы, исследованы свойства и технология изготовления аэрированных легких растворов на основе высокопористых заполнителей (вермикулит, перлит, хвойные опилки) для устройства стяжек оснований полов. Технология внедрена на объектах «Главзапстроя» (тресты 16 и 35), треста «Ленотделстрой», ЗАО «АСЭРП», ЗАО «Стройимпульс» с ежегодным объемом производства 30 - 50 тыс. м2 при строительстве жилых домов и гражданских зданий, в том числе таких как Национальная публичная библиотека (Санкт-Петербург), здание ВАМИ, областная больница в г. Сестрорецке и др. Разработаны нормативные документы «Указания по устройству полов с теплозвукоизоляцией на основе вспученного вермикулита и с покрытием из пластика», ВСН-137, Ленинград, Главленинградстрой, 1970; «Руководство по устройству полов с применением «теплых» аэрированных растворов и механизированной подачей к месту укладки», Ленинград, Главзапсгрой, 1976; «Руководство по устройству полов с применением «теплых» перлитопесча-ных растворов», г. Нальчик, Минжилгражданстрой, 1980.

На промышленных установках, теплообменник аппаратах испытаны и внедрены теплозащитные материалы на основе вспученного вермикулита, перлита, каолиновой ваты и органосиликатных композиций (СКБ «Турбина», ЦНИИМ).

На основании комплексных испытаний разработаны ТУ «Огнезащитное вермикулитовое покрытие - ОВП-1 для стальных строительных конструкций», «Мостострой», М. 1990. Покрытие внедрено на многих объектах, в том числе при реконструкции Казанского вокзала (Москва), на объектах ЦЭТИ «Союззнерготеплоизоляция», Концертном зале «Октябрьский», а так же в ряде кинотеатров Санкт-Петербурга.

На защиту выносятся следующие вопросы:

1. Технология получения и результаты исследований свойств вспученного вермикулита Инаглинского и Каратас-Алтынтасского, а также Ковдор-ского месторождений.

2. Исследования процессов структурообразования легких и теплоизоляционных аэрированных бетонов и растворов с применением высокопористых заполнителей (вспученный вермикулит, вспученный перлит, хвойные опилки и отходы ППС).

3. Методика подбора состава аэрированных легких бетонов с использованием высокопористых заполнителей («метод поровых объемов»),

4. Совокупность экспериментальных данных о свойствах аэрированных легких бетонов и растворов специального назначения - огнезащитных, теплозащитных, декоративно-звукопоглощающих, теплоизоляционных и для устройства «теплых» стяжек полов.

5. Результаты исследований легких и теплоизоляционных сухих смесей на основе вспученного вермикулита и перлита.

Г Т, . . - - „ . _ _____. т*. ........ ,, „ ,, , , —____

и. 1 ЬАпили! пл и^^гиоиД^хол */1Ы1иОШЛ лат^п м плги ги

аэрированных легких бетонов, технология устройства огнезащитных, теплозащитных покрытий на основе вспученного вермикулита и перлита путем напыления.

7. Результаты натурных теплофизических и акустических испытаний материалов и конструкций с применением вермикулита и перлита.

8. Технико-экономические расчеты и результаты внедрения разработанных материалов и технологий.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 80 печатных трудах, а также на Всесоюзных совещаниях по проблеме «Вермикулит» в КФ АН СССР (г. Аппатиты) 1967, 1971 гг., на координационных совещаниях по теплоизоляционным и акустическим материалам во ВНИИ теплоизоляции (г. Вильнюс, 1973); Гипронинеметалло-руд (г. Ленинград, 1982); УралНИИстромпроект (г. Челябинск, 1980), Теп-лопроект (1986), Всероссийской конференции (Белгород, 1991), на международных симпозиумах: «Реконструкция Ленинграда - 2000», «Реконструкция и строительство Санкт-Петербурга (2001), юбилейных конференциях, посвященных 100-летию кафедры «Строительные материалы», СПб (2000); 100-летию со дня рождения П. И. Боженова (2004), международных конференциях «Ваигшх» (2001, 2002, 2003 гг.), а также на научных конференциях ЛИСИ - СПбГАСУ в 1965-1982 и 1986-2004 гг.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 362 страницах, включает 86 таблиц и 90 рисунков. Список литературы содержит 351 наименование.

В главе 1 рассматриваются происхождение, структура и физико-химические свойства вермикулита и перлита, а также технологии их обжига. На основании данных, опубликованных в литературе, приведены структуры и кри-сталлохимичесике формулы гидратированных слюд, а также данные рентгеновского фазового и комплексного термического анализов (ДТА и ТГ); рассматриваются вопросы генезиса гидрослюд. Особое внимание уделено вермикулитам Инаглинского и Каратас-Алтынтасского месторождений, в исследовании и разработке технологии вспучивания которых принимал участие автор

Инаглинское месторождение расположено в Якутии, утвержденные запасы вермикулита - 202 тыс. т., Каратас-Алтынтасское месторождение находится в северном Казахстане, запасы вермикулита - 300 тыс. т. Химический состав вермикулитов приведен в табл. 1.

Таблица /

Химический состав инаглинского и каратасского вермикулитов

1 Наименование Содержание компонентов, %

^ вермикулита ЗЮ2 ТЮ2 А120, Ре2Оч -»-РеО СаО МгО Ыа20 КгО р2о5 ЭОз п л п

И нагл и некий 41,22 0,69 17,42 3,99 4,09 21,68 0,16 0,11 - 0,07 10,84

Каратасский 49,46 1,48 18,83 9,39 6,16 5,25 3,75 2,1 0,44 0,1 3,75

Приведены также микрофотографии вермикулитов, данные ДТА, рентгенограммы, результаты определений минералогического и зернового состава вермикулитовых руд.

Испытания показали, что вермикулит Инаглинского месторождения представлен магниевым вермикулитом, так называемой «золотисто-коричневой разностью» - высокогидратированным вермикулитом, развитым по флогопиту, имеет характерные эндоэффекты при температурах 190, 300 и 830 °С. Он отличается значительным содержанием химически связанной воды, высоким коэффициентом вспучивания. Вмещающая порода представлена хромдиопсидами, пироксенами, амфиболами, полевыми шпатами. Инаглин-скую породу можно отнести к крупнозернистой (содержание фракции более 5 мм составляет 37,4-40 %). Вспучивающиеся слюдистые минералы каратас-ской породы, как показали комплексные исследования, представлены вермикулитом и гидрослюдой, находящимися в тесном срастании и предположительно развитыми по биотиту. Коэффициент вспучивания каратасского вермикулита 3,8-7,5, что ниже аналогичного показателя, чем у инаглинского равного - 6-9. Это объясняется меньшей степенью вермикулитизации слюды Каратас-Алтынтасского месторождения.

Анализ схемы воздухораспределения установки НИИСМИ по обжигу перлита, теоретические расчеты скорости витания частиц вермикулита и пустой породы позволили определить условия, при которых зерна вспученного вермикулита направляются в циклон, а частицы пустой породы попадают в зольник. Производственные опыты показали, что шахтную печь НИИСМИ можно применять для обжига как грубых вермикулитовых концентратов с содержанием сырца 30-40 %, так и промышленных, когда требуется получить вспученный вермикулит кубообразной формы.

900 980 1050 1100

Темпропгуос оьгига ^ С

125 100

А.

900 980 1050 1100 1150

Темпеоатэро обжито 1 "с

Рис 1. Изменение коэффициента вспучивания (слева) и насыпной плотности вспученного вермикулита (справа) в зависимости от температуры обжига в шахтной печи

НИИСМИ:

1 - инаглинская порода, 2 - ковдорский концентрат, 3 - инаглинский полуконцентрат

2.5

, 3

О 3 5 5.0 7.5 10,0 Интгноеностъ эогоузки СЫРЬЯ, л/мин

5 10 15 20 25 30 35 <0 <5 Температура обжито, "С

Рис 2. Зависимость коэффициента вспучивания (1) и производительности шахтной печи (2) от интенсивности загрузки сырья (слева) и содержание пустой породы (справа) инаглинского полуконцентрата

Испытания показали (рис. 1), что максимальное вспучивание ковдорс-кого концентрата происходит при температуре обжига 980-1100 "С, а инаглинского вермикулита - при 900-1050 "С. Большая насыпная плотность обожженной инаглинской породы в сравнении с аналогичным показателем обожженного ковдорского концентрата объясняется наличием в ней мелких фракций пустой породы, которые плохо отделяются в процессе обжига.

Полученные данные (рис. 2) свидетельствуют о том, что с увеличением интенсивности подачи сырья в печь производительность ее возрастает, но при этом снижается коэффициент вспучивания, так как увеличиваются потери сырья (часть вермикулита-сырца не успевает вспучиться и вместе с пустой породой попадает в зольник).

Насыпная плотность практически не зависит от интенсивности подачи сырья и находится в пределах р = 120-130 кг/м1. С увеличением содержания пустой породы производительность печи падает, уменьшается и выход обожженного продукта (К понижается от 7,8 до 6).

Для богатой по содержанию вермикулита-сырца инаглинской породы

предложены и внедрены схемы обогащения и обжига по «сухому» способу Она включает дробление, рассев на ситах с последующим обжигом грубого концентрата и сепарацией пустой породы при обжиге. По рекомендованной автором технологии было налажено производство вспученного вермикулита на промбазе треста «Алданстрой» с годовой производительностью 10 тыс. м3.

Впервые для промышленного получения каратасского вспученного вермикулита была разрабо I ала 1акже «сухая» схема uuui ащении, иредусма1 ри--вающая электромагнитную сепарацию пустой породы. С применением электромагнитной сепарации мелких фракций (0,6 - 0,16 мм) получен полуконцентрат с содержанием слюдяных минералов - 53,4 % при извлечении, равном 82,2 %.

С целью получения товарного вспученного перлита автором проведен производственный обжиг перлита-сырца в вертикальной печи МВУ-2, установленной на Слюдяной фабрике, г. Колпино и предназначенной для производства вспученного вермикулита. В случае оптимального режима работы печи (температура обжига 700-800 °С, давление воздуха на эжектор - 2,5 атм.), получен обожженный продукт с насыпной плотностью 115-150 кг/м3, что отвечает требованиям ГОСТ 10832-91 к вспученному перлитовому песку М-150.

Во второй главе приведены результаты исследований вермикулита и перлита, определены технические свойства: насыпная плотность и теплопроводность, исследовано влияние зернового состава сыпучих материалов на насыпную плотность и пористость (табл. 2).

Таблица 2

Зависимость насыпной плотности, пористости и пустотности вспученных заполнителей

от их зернового состава

Заполнитель Свойства Фракции, мм

2,5-5,0 1,252,5 0,631,25 0,3150,63 0,140,315 менее 0,14

Вспученный арагацкий перлит Насыпная плотность, кг/м3 142 92 65 70 93 136

Пористость, % 94,0 86,1 97,2 97,0 96,1 94,3

Межзерновая пустотность,% 55,0 56,6 62,6 60,4 51,8 50,0

Вспученный ковдорский гидрофлогопит Насыпная плотность, кг/м5 106 116 127 150 252 450

Пористость, % 95,5 95,2 94,7 96,0 89,5 81,3

Межзерновая пустотность, % 82,4 76,2 63,1 69,6 72,4 75,0

Показано, что мелкие фракции вспученного вермикулита и перлита (менее 0,315 мм) не соответствуют требованиям стандарта по насыпной плотности, что обусловлено примесями. Рекомендовано удалять мелкие фракции рассевом или с помощью батарейных циклонов.

Определена пористость вспученных материалов методом ртутной по-рометрии. Высокая пористость вспученных вермикулита и перлита обусловливает сравнительно низкую их теплопроводность. Исследовано влияние зернового состава на теплопроводность вспученных вермикулитов различных месторождений (рис. 3).

Размер фракции, мм

Рис 3 Зависимость теплопроводности вспученного вермикулита от фракционного состава-1 — ковдорский гидрофлогопит, обожженный в шахтной печи;

2 — ковдорский гидрофлогопит, обожженный в сушильно-печном агрегате;

3 — инаглинский вермикулит, обожженный в сушильно-печном агрегате

Повышенная теплопроводность крупных и мелких фракций обусловлена увеличением доли конвективного теплообмена и примесями.

Определена зависимость теплопроводности от температуры в интервале от 20 до 600 °С. Показано, что теплопроводность вспученного вермикулита с повышением температуры изменяется мало, это связано с высоким коэффициентом отражения его частиц, Отмечено значительное снижение теплопроводности в вакууме, что объясняется уменьшением доли конвективного теплообмена. Предложена вермикулитовая вакуум-порошковая засыпная изоляция.

Поскольку форма зерен вспученного вермикулита существенно влияет на его свойства, а также растворов и бетонов на его основе, рекомендуется технические условия ГОСТ 12865 дополнить требованием подразделять вспученный вермикулит на две группы: с зернами кубообразной и пластинчатой формы.

Определены сорбционная влажность засыпки из вспученных вермикулита и перлита и ее изменение во времени, звукопоглощение, а также дефор-мативность и упругие свойства вспученного вермикулита и влияние на них степени уплотнения и вибрации.

В лабораторных условиях исследования проведены на фрагментах панелей размерами 2500х550х 150 мм, оборудованных датчиками напряжений. Влажность засыпки определялась радиометрическим методом. На фрагментах панелей определен характер изменения напряжений и деформации упру-

го-сжатой засыпки в процессе длительной эксплуатации, а также изменение ее влажности.

Доказано, что вспученный вермикулит можно использовать в трехслойных стеновых панелях. С целью отработки технологии и исследования теп-лофизических свойств были изготовлены трехслойные панели с упруго-сжатой вермикулитовой засыпкой и с использованием железобетонных скорлуп домов серии Э-33-60, разработанных «Ленпроектом».

Испытания панелей проведены в ноябре - декабре (осеннее-зимний период) и в феврале (зимний период).

Определены теплотехнические свойства экспериментальных панелей:

1. Температура воздуха внутри панели и внутренней поверхности.

2. Разность температур воздуха внутри помещений на расстоянии 15 и 10 см от пола.

3. Нормируемые перепады температуры воздуха внутри помещения и внутренней поверхности панели.

4. Сопротивление панели теплопередаче.

5. Влажность материалов панели и ее изменение по сечению панели.

Панели успешно прошли испытания на динамические (транспортные)

нагрузки.

Основные технические показатели панели приведены в табл. 3.

Длительные испытания показали, что трехслойные экспериментальные панели с упруго-сжатой вермикулитовой засыпкой по всем основным характеристикам соответствуют требованиям СНиП, а по ряду показателей (массе панели, термическому сопротивлению и др.) превосходят аналогичные конструкции из легкого керамзитобетона. По наблюдениям, проводившимся в течение 40 лет, осадка упруго-сжатой засыпки не обнаружена.

В главе 3 представлены исследования теплоизоляционных асбесто-вер-микулитовых изделий (АВИ), аэрированных тепло-огнезащитных растворов с использованием вспученного вермикулита, перлита и волокнистых минеральных наполнителей: каолиновой ваты и хризотил-асбеста. Особое внимание было уделено разработке огнезащитной изоляции деревянных, армо-цементных и стальных конструкций, в гом числе нанесенной методом напыления, а также вспучивающимся тепло-огнезащитным покрытиям.

По результатам работ в технологию производства АВИ на Слюдяной фабрике (г. Колпино) был внесен ряд изменений (табл. 4-5). Двухступенчатая распушка асбеста (бегун + голлендер), обеспечившей 95-98 % распушку, позволило перейти на использование асбеста IV с (вместо V с). Изделия, удовлетворяющие ГОСТ 13450-68 и ТУ 21-25-61-70, получены заваркой крахмала не в голове технологического процесса, а при сушке изделий; бентонитовая глина была заменена огнеупорной (часовьярской) и кембрийской.

Таблица 3

Основные технические показатели трехслойных стеновых панелей с вермикулитовым и минераловатным утеплителем н однослойных керамзитобстонных

(по литературным данным) _

Трехслойные панели

с утеплителем Однослойная

Показатели из упругосжатои вермикулито-вой изоляции из минераловат-ных матов керамзито-бетонная панель

Средняя плотность основных

материалов панелей (утеплителя и

керамзитобетона), кг/м3 160 100 1200

Толщина панели, мм 200 200 300

Масса панели без оконного блока, кг 1025 1045 1890

Сопротивление теплопередаче,

м2-К 1,59 1,85 1,02

Вт

Теплопроводность утеплителей и керамзитобетона, м-К

0,083 0,079 0,40

Влажность по массе утеплителя к

концу периода влагонакопления, % 4,5 6,5 10,0

Сопротивление паропроницанию,

м2 • ч■мм рт. ст. г 32,7 28,9 20,5

Коэффициент паропроницаемости

утеплителей и керамзитобетона,

м - ч - мм рт. ст. 0,040 0,065 0,018

Коэффициент теплоутойчивости

панелей 11,1 13,4 -

При применении воздухововлекающих и пластифицирующих ПАВ и приготовление формовочной смеси в скоростном аэросмесителе турбулентного типа выход формовочной смеси увеличился на 10-20%, при повышении к.к.к. на 50-80 %, снизилась влажность отформованных изделий, что ускорило процесса сушки АВИ и снизило их себестоимость.

При введении в формовочную смесь латекса СКС-65 и ГКЖ-10 капиллярный подсос уменьшается в 3-5 раз, а сорбционная влажность - в 2 раза по сравнению с влажностью контрольных образцов. При поверхностной пропитке гидрофобизаторами капиллярный подсос уменьшается в 3-10 раз, а сорбционная влажность - почти вдвое, при поверхностной пропитке гидрофобизаторами эти показатели снизились в 2—4 раза соответственно по сравнению с аналогичными показателями контрольных образцов.

Таблица 4

Характеристика асбестовермикулятовых изделия (АВИ) с использованием поливинилацетатной эмульсии и кембрийской глины

Влажность Средняя Предел

Состав, % по массе т ж свежеотформованных плотность,

образцов, % кг/м' МО-'МПа

Вспученный вермикулит- 66

Распушенный асбест Ус - 17 1 '2,2 212 257 1,9

Кембрийская глина - 10 1 :2,4 235 248 2,1

Эмульсия ПВА - 7 1:2,6 258 238 2,4

Абиетат натрия - 0,1

Вспученный вермикулит- 63

Распушенный асбест Ус - 17 Г 2,2 215 265 2,2

Кембрийская глина -10 1 .2,4 238 260 2,4

Эмульсия ПВА -10 1 .2,6 255 256 2,7

Абиетат натрия - 0,1

Проведен подбор составов, исследованы свойства, предложена технология изготовления теплозащитных покрытий (ТЗП) на основе вспученного вермикулита и перлита корпусов вращающихся теплообменников, включая метод напыления (табл. 6), отработаны на примере экспериментальной установки эжекторного типа режимы нанесения напыляемой изоляции на строительные конструкции, исходя из скорости витания частиц.

Таблица 5

Влияние фракционного состава вспученного вермикулита и плотности жидкого стекла на технические свойства напыляемой теплоизоляции Состав по массе; вспученный вермикулит -80 %, распушенный асбест 20 %, Т: Ж = 1:2,6

Размер фракций, мм Плотность жидкого стекла, г/см3 Средняя плотность, кг/м3 Предел прочности при изгибе, 1-10"'МПа Теплопроводность, Вт/(мК)

0,63-1,25 1,25-2,5 2,5-5 1,2 295 270 280 3,1 3.6 3.7 0,078 0,069 0,074

0,63-1,25 1,25-2,5 2,5-5 и и 285 285 290 3,9 3,9 2,0 0,078 0,071 0,076

0,63-1,25 1,25-2,5 2,5-5,0 1,4 360 310 330 4,6 5,8 4,2 0,086 0,081 0,082

Таблица 6

Результаты испытаний образцов теплоизоляции, напыленных с различного расстояния Состав: вспученный вермикулит фракции 1,25-2,5 мм —80 %, распушенный асбест — 20 %, жидкое стекло плотностью 1,3 г/см3, Т: Ж = 1:2,5

Расстояние пистолета-распылителя до изолируемой поверхности, мм Средняя плотность, кг/м3 Теплопроводность, Вт/(мК) Предел прочности при сжатии, 1 10~'мПа Технологические потери, % по массе

300 356 0,082 5,8 2,0

500 310 0,078 4,6 1,8

700 245 0,072 3,9 2,7

1000 260 0,068 2,5 6,6

Разработанная напыляемая теплоизоляция использовалась для огнезащиты армоцементных конструкций и тепловой изоляции энергоблока ЛАЭС.

Таблица 7

Результаты испытаний бетонов на термостойкость

Характеристика бетона

до обжига после обжига и охлаждения

Вид бетона Роб, кг/м3 Ясж., МПа Снижение Объемная усадка, % Потери массы, %

Аэрированный вермикулитобетон 720 610 500 4,37 2.46 1.47 72.0 64,3 57.1 10,0 8,6 7,3 9.1 8.2 6,9

950 7,0 76,0 9,8 8,3

Вермикулитобетон 860 675 4,9 2,46 73.5 65.6 8,1 8,0 7,5 7,0

Пенобетон автоклавного твердения 730 610 400 5,92 3,53 58,9 76,1 69,5 20,7 21,6 21,7 10,1 9,6 8,9

Повышенная термостойкость вермикулитобетонов связана с отсутствием кварцевого песка, упругими свойствами зерен вермикулита, его высокой отражательной способностью (табл. 7).

Проведенные во ВНИИПО огневые испытания армоцементных плит с защитными вермикулитосодержащими покрытиями, показали, что предел огнестойкости армоцементных плит с покрытиями увеличился с 0,5 часа до 3 часов.

Совместно с ЦНИИСК разработаны «Огнезащитные вермикулитовые покрытия» типа ОВП-1. Эти покрытия широко используются в строитель-

Таблица 4

Характеристика асбестовермикулитовых изделий (АВИ) с использованием поливинилацетатной эмульсии и кембрийской глины

Состав, % по массе т ж Влажность свежеотформованных образцов, % Средняя плотность, кг/м^ Предел прочности г;рм изгибе, М0"'МПа

Вспученный вермикулит- 66

Распушенный асбест Ус - 17 1 2,2 212 257 1,9

Кембрийская глина -10 1 2,4 235 248 2,1

Эмульсия Г1ВА - 7 Г 2,6 258 238 2,4

Абиетат натрия - 0,1

Вспученный вермикулит- 63 Распушенный асбест Ус - 17 Кембрийская глина - 10 Эмульсия ПВА -10 Абиетат натрия - 0,1 1 2,2 1 2,4 1:2,6 215 238 255 265 260 256 2,2 2,4 2,7

Таблица 5

Влияние фракционного состава вспученного вермикулита и плотности жидкого стекла на технические свойства напылисмой теплоизоляции Состав по массе; вспученный вермикулит - 80 %, распушенный асбест - 20 %, Т: Ж = 1 :2,6

Размер фракций, мм Плотность жидкого стекла, г/см3 Средняя плотность, кг/м3 Предел прочности при изгибе, МО-'МПа Теплопроводность, Вт/(м К)

0,63-1,25 1,25-2,5 2,5-5 1,2 295 270 280 3,1 3.6 3.7 0,078 0,069 0,074

0,63-1,25 1,25-2,5 2,5-5 и и 285 285 290 3,9 3,9 2,0 0,078 0,071 0,076

0,63-1,25 1,25-2,5 2,5-5,0 1,4 360 310 330 4,6 5,8 4,2 0,086 0,081 0,082

Таблица 6

Результаты испытаний образцов теплоизоляции, напыленных с различного расстояния Состав: вспученный вермикулит фракции 1,25-2,5 мм — 80 %, распушенный асбест — 20 %, жидкое стекло плотностью 1,3 г/см', Т: Ж = 1:2,5

Расстояние пистолета-распылителя до изолируемой поверхности, мм Средняя плотность, кг/м3 Теплопроводность, Вт/(мК) Предел прочности при сжатии, 1 10"'МПа Технологические потери, % по массе

300 356 0,082 5,8 2,0

500 310 0,078 4,6 1,8

700 245 0,072 3,9 2,7

1000 260 0,068 2,5 6,6

Таблица 7

Результаты испытаний бетонов на термостойкость

Характеристика бетона

до обжига после обжига и охлаждения

Вид бетона Роб, кг/м3 Ясж, МПа Снижение Ъш.,% Объемная усадка, % Потери массы, %

Аэрированный вермикулитобетон 720 610 500 4,37 2.46 1.47 72.0 64,3 57.1 10,0 8,6 7,3 9.1 8.2 6,9

950 7,0 76,0 9,8 8,3

Вермикулитобегон 860 675 4,9 2,46 73.5 65.6 8,1 8,0 7,5 7,0

Пенобетон автоклавного твердения 730 610 400 5,92 3,53 1,37 58,9 76,1 69,5 20,7 21,6 21,7 10,1 9,6 8,9

стве (Концертный зал «Октябрьский» в Санкт-Петербурге, Казанский вокзал в Москве, ряд кинотеатров и многие другие объекты).

Известно, что вспученные вермикулит и перлит имеют невысокую теплопроводность, равную 0,04-0,06 Вт/(м К). При тепловом ударе или при пожаре нагревание сырца приводит к испарению воды и поглощению тепловой энергии, поэтому необожженные вермикулит и перлит целесообразно исиользова1ь в 1ешю- и огнезащитных материалах.

В качестве связующего вещества было использовано жидкое стекло, обеспечивающее монтажную прочность изделий в нормальных условиях и спекание защитного покрытия при нагревании. С целью усиления роли процессов спекания и повышения прочности при высоких температурах смеси введено измельченное растворимое стекло (силикат-глыба). Для ускорения процессов коагуляции жидкого стекла вводился катализатор - кремнефто-рид натрия. Далее смесь затворялась жидким стеклом. Расход жидкого стекла и его плотность изменялись, так, чтобы получить пресспорошок, пригодный для формования под давлением 0,02-0,03 МПа. Образцы выдерживались в комнатно-сухих условиях в течение 1,3 и 7 суток. Далее производился обжиг образцов в лабораторной муфельной печи при температуре 800 "С в течение 3 мин и 2 ч. (второй вариант при испытании на длительное воздействие высоких температур). После испытаний определены потери массы, средняя плотность и предел прочности при изгибе. Испытания показали, что с увеличением доли необожженных вермикулита и перлита средняя плотность образцов повышается, поэтому в смеси вводились также вспученные пористые заполнители. После проведения предварительных исследований, влияние некоторых компонентов смеси на ее свойства исследовано методами математического планирования эксперимента.

С увеличением содержания в смеси невспученных вермикулита и перлита, а также измельченного растворимого стекла средняя плотность образцов растет. Снижение средней плотности может быть обеспечено введением вспученных легких заполнителей.

Оптимальные составы покрытий (% по массе): вспученные вермикулит и перлит - 20-40, фракции 0,6-5 мм; необожженные вермикулит и перлит - 20-40, фракции 0,3-0,6 мм; измельченное растворимое стекло - 5-15, фракции менее 0,14 мм; жидкое стекло - 20-32, р0 = 1,3 г/см3;

кремнефторид натрия - 2-3.

Техническая характеристика вспучивающихся тепло- и огнезащитных покрытий приведена в табл. 8.

Результаты исследований показали, что вспучивающиеся при обжиге вермикулит и перлит позволяют получать покрытия, имеющие температуру применения 800-1200 °С, отличающиеся высокой огнестойкостью, причем вермикулитосодержащие композиции более температуростойки. Характер-

ная особенность данного класса теплозащитных покрытий — уменьшение средней плотности на 25-30 % после теплового воздействия, что улучшает огне-, теплозащитную способность покрытия.

Таблица в

Характеристика тепло-огнезащитных покрытий

Расход материалов на 1 м2 изоляции, кг при толщине Средняя плотность, кг/м' предел прочности при изгибе, МПа Огнестойкость мин Температура применения, °С

после твердения в нормальных условиях после обжига после твердения в нормальных условиях после бжига

Перлит вспученный -80 Перлит невспученный - 80 Жидкое стекло - 185 Снликат-глыба - 4 Na2SiF6- 1,6 550 400 1,2 0,7 Более 45 8001000

Вермикулит

вспученный -120

Вермикулит - 120 600 420 1,0 0,8 Более 1000 -

Жидкое стекло - 240 45 1200

Силикат-глыба - 6

Na,SiFs - 2,4

Исследования показали также, что в смесях можно использовать мелкую (меньше 0,6 мм) фракцию вермикулита-сырца (в отвалах Ковдорского ГЭК'а находится более 30 млн. т такой фракции).

Определение теплопроводности теплозащитной изоляции при повышенных температурах (рис. 4) показало, что разработанные материалы более эффективно работают в зоне повышенных температур (200-400) °С, чем пеноасбест. Прирост теплопроводности у разработанных композитов значительно ниже, несмотря на большую среднюю плотность и теплопроводность при 20 °С.

Испытания теплоизоляции оптимальных составов, нанесенной на корпус теплообменника, показали, что изоляционный слой толщиной 12-15 мм выдержал перепад температур 210-230 °С, вибрационные воздействия с ускорением 18 g без разрушений и отслоений. Адгезия к алюминию составляла 0,3-0,16 МПа. Испытания показали, что вермикулитовая теплоизоляция обладает высокой теплостойкостью, радиационной стойкостью.

Изучены особенности твердения ТЗП на жидком стекле и органических вяжущих. Оптимизированы составы и изучены свойства теплозащитной изоляции, определено влияние способа приготовления (табл. 9); исследовано влияние эксплуатационных нагрузок на свойства ТЗП.

Температура, "С

Рис. 4. Зависимость теплопроводности теплозащитной изоляции от температуры 1 — каолиноперлитовая изоляция, р0 = 190 кг/м3; 2 — асбестовермикулитовая изоляция, р0 = 216 кг/м5; 3 — асбестоперлитовая изоляция, р0 = 210 кг/м3; 4 — каолиновермикулитовая изоляция, р0 = 202 кг/м3; 5 — пеноасбест,, р0 = 46 кг/м3

Таблица 9

Сравнительные характеристики ТЗП, полученного при различных способах

приготовления

Состав: вспученный заполнитель — 80 %, вспученный наполнитель — 20 %, жидкое каолиновое стекло + —15 %, Т: Ж ОП-7—ОД %

►

Способ приготовления Средняя плотность, кг/м3 Теплопрово дность, Вт/(мК) Предел прочности при изгибе, МО"' МПа К.КК —Х100 Po Осадка конуса СтройЦНИИЛ, см

В аэросмесителе »216 **190 0,058 0,050 3,8 2,7 1,75 1,42 12 14

В обычном расгворо- смесителе *285 0,070 2,1 0,85 8

Напыление ♦263 0,068 2,5 0,94 -

Примечание.

* - Отмечены составы, где пористый заполнитель - вспученный вермикулит М-100, волокнистый наполнитель - распушенный асбест 5П-50;

** - соответственно - пористый заполнитель - вспученный перлит М-75; волокнистый наполнитель — каолиновая вата.

Глава 4. В качестве «теплого» основания полов из полимерных мате-

риалов (линолеума и пластмассовых плиток) автором предложено использовать стяжку, выполненную из вермикулито- и перлитопесчаных растворов М-50-МЮ0 с р0не более 1300 кг/м1 (рис. 5, 6). Проведенные производственные испытания показали, что в качестве звукоизоляционной прослойки от ударно! о шума можно использовать слой вспученного вермикулита, находящийся в полиэтиленовых матах толщиной 3-5 см, а от воздушного - прослойку сухого песка. При усчройсше пила но иерскры 1 и ад над нешаПЛивае-мыми подпольями или проездами эффективным явлвется устройство теплоизоляции из вспученного вермикулита, помещенного в полиэтиленовые маты,

Средняя плотность, кг/м

Рис 5. Зона оптимального состава аэрированных легких растворов для «теплых»

стяжек полов

Разработаны составы и исследованы технические свойства аэрированных легких растворов (АЛР) на пористых заполнителях со средней плотностью 800-1400 кг/м3, прочностью при сжатии 3,5-10,0 МПа, теплопроводностью 0,25-0,35 Вт/(м-К), теплоусвоением менее 4,75 Вт/(м-К). Такие растворы соответствуют требованием СНиП И-В8-81 «Полы. Нормы проектирования» и применяются для устройства «теплых» оснований полов.

Сравнение технических свойств аэрированных растворов на основе вспученного вермикулита и перлита показало, что легкие перлитовые растворы имеют предел прочности при сжатии на 25-40 % выше, чем вермикулито-вые (при равной средней плотности). В то же время вермикулитовые растворы превосходят перлитовые по пределу прочности при изгибе на ! 5-25 %. Это связано с формой зерен и характером пористости вспученных заполнителей (овальная, близкая к сферической - у перлита и чешуйчатая - у верми-

кулита. АЛР смеси с перлитом имеют большую подвижность, чем с вермикулитом.

а) 6)

Ряс. 6. Интегральная (/) и дифференциальная (2) кривые распределения пор по размерам а) аэрированный вермикулитопесчаный б) аэрированный перлитопесчаный

раствор раствор

Аэрированные растворные смеси с применением вспученных заполнителей отличаются от применяемых керамзитобетонных ровной гладкой поверхностью, легко заглаживаются правилом и имеют значительно меньшие усадочные деформации в сравнении с пенобетонами (0,2-0,4 мм/м против 34 мм/м). Коэффициент конструктивного качества АЛР выше, чем у поризо-ванных такого же состава на 25-30 %, а подвижность АЛР-смесей возрастает на 2-3 см (по осадке конуса СтройЦНИЛ).

Натурные испытания и теплотехнические расчеты показали, что полы рекомендуемых конструкций отвечают нормативным требованиям, а по показателям звукоизоляции — значительно превосходят требования СНиП, предъявляемые к полам жилых и общественных зданий.

Изготовлены комплексные панели перекрытий с тепло- звукоизоляционным вермикулитосодержащим основанием пола. Они совмещают в себе функции несущей, ограждающей, тепло- звукоизолирующей конструкции; смонтированные в здание, они исключают трудоемкие процессы по устройству основания пола в построечных условиях.

На основе проведенных комплексных экспериментально-производственных исследований разработаны ведомственные строительные нормы (ВСН-137-70) «Указания по устройству полов с тепло- звукоизоляцией на основе вспученного вермикулита и с покрытием из пластика», «Главленинг-радстрой». 1970 г, «Руководства по устройству полов с применением «теплых» аэрированных растворов и механизированной подачей

к месту укладки», «Главзапстрой», 1978 г; «Руководство по устройству полов с применением «теплых» перлитопесчаных растворов», «Минжилграж-данстрой», 1980 г.

Внедрение осуществлялось на объектах гражданского строительства: трест «Ленотделстрой», трест 16«Главлснинградстроя»;трссг«Алданстрой», НПО «Актюбнефтегазстрой», тресты 32,35 и 39 «Главзапстроя», трест «Каб-

/г------------Ч ........- ') Л /Ч , А Г"ЛПП„ ч*л Л___у....________Г-

u<uijniuii,ip(jn», а шдлс jfikj «/-i^^jji ч/г, w^ipuMMMiiyjibv». ииьсм сжс-

годного производства «теплых» стяжек полов из легких вермикулито- перлитопесчаных растворов составил 50 тыс м2. Среди объектов внедрения полов с применением вспученного вермикулита и перлита - административные корпуса объединения «Ижорский завод»; Слюдяная фабрика (г. Колпино); здание областной больницы, г. Сестрорецк; здание Национальной публичной библиотеки, жилые дома в Санкт-Петербурге, Пушкине, Павловске.

Разработаны легкие сухие кладочные смеси (ЛСКС), предназначенные для получения растворов М-50-М-100, р0 = 1000-1300 кг/м3, X = 0,28-0,32 Вт/(м-К). Они готовятся с применением морского песка, портландцемента М500-Д0, извести-пушонки II сорта, вспученных перлита и вермикулита, воздуховов-лекающих и пластифицирующих добавок (сульфонола, синтепола) и отвечают требованиям ГОСТ 28013-98, предъявляемым к легким кладочным растворам.

Сравнение основных технических характеристик ЛСКС, полученных с использованием ПАВ, показывает, что выход растворной смеси одного и того же состава на сульфоноле выше на 20 %, чем с применением лигносульфона-та, при практически тех же показателях подвижности и водоудерживающей способности смеси. При этом установлено, что средняя плотность растворов несколько ниже, чем на сульфоноле (р0 = 1160-1180 кг/м3 против р0 = 13801390 кг/м3 на лигносульфонате). В то же время показатели прочности, наоборот, выше у состава с лигносульфонатом. Это может быть объяснено тем, что микропленки ПАВ, оседающие на поверхности зерен портландцемента, в случае применения сульфонола более гидрофобны, что замедляет гидратацию клинкерных минералов портландцемента в первый месяц твердения.

Исследования показали, что на основе вспученного вермикулита и минеральных вяжущих можно получать легкие штукатурные растворы, обладающие одновременно высокими теплоизоляционными, звукопоглощающими, огнезащитными и декоративными свойствами: р0= 250-700 кг/м3; Ясж = 2,5-13,5 10 1 МПа; Rmr = 2, 0-9,5 -10 1 МПа; X = 0,09-0,12 Вт/(м-К); ам = 0,3-0,7 при частоте звука 1000 Гц, IV - 2,9-6,0 %;

По техническим свойствам они не уступают, а по отношению к воздействию высоких температур и декоративности превосходят легкие штукатурки на других пористых заполнителях. Штукатурные теплоизоляционные и декоративные вермикулитовые растворы внедрены в тресте «Алданстрой» г. Алдан (Якутия), в тресте «Ленотделстрой» (Ленинград).

Легкие сухие кладочные и теплоизоляционные сухие смеси с примене-

нием перлита после лабораторных исследований прошли натурные тепло-физические испытания на фрагментах стеновых ограждений. Использование легкого кладочного раствора на вспученном перлите с (р0= 1200 кг/м1) в кирпичной стене повышает термическое сопротивление наружного ограждения на 15 %, создает однородное по всей глади стены температурное поле, исключая так называемые «мостики холода».

Испьиания фра) ментов кладки с дополнительным оштукатуриванием теплоизоляционных растворов с сухими строительными смесями (ССС) с р(|=: 500 кг/м3, X = 0,13 Вт/(мК), толщиной 50 мм показало, что термическое сопротивление ограждения увеличилось на 0,4 (м2-К)/Вт.

Сухие строительные смеси на основе вспученного перлита производства ООО «Петроперлита» и ЗАО «Магаданперлит» внедрены на объектах строительства.

В главе 5 представлены результаты исследований аэрированных легких бетонов (АЛБ) и изделий на их основе.

Технические свойства АЛБ, его пористость, средняя плотность, теплопроводность и другие, зависят от условий приготовления бетонной смеси: продолжительности перемешивания, частоты вращения вала смесителя. Формирование порового пространства АЛБ обусловлено следующими факторами:

1 - аэрированием (воздухововлечением) в скоростном аэросмесителе за счет введения ПАВ;

2 - поризацией за счет избыточной воды затворения;

3 - поризацией частицами высокопористого заполнителя.

Подбор состава АЛБ обычно производится методом последовательных приближений, что требует значительных затрат времени на приготовление пробных замесов и их испытания.

Предложенная методика подбора состава АЛБ позволяет существенно сократить продолжительность подбора составов и получать материалы с заданными строительно-техническими свойствами. При этом объем затвердевшего АЛБ рассматривается как суммарный объем его оставляющих,

Уб-У^+Умр-Уы+Уп +Уп3 + Ув3 +^ПАВ + ^пз. О)

где К^ ф -объем твердых компонентов бетона; Упор - объем пор; Кцк - объем цементного камня; Кп - объем песка; 3~ абсолютный объем пористого заполнителя; Квз - объем пор, образованный водой, введенной при затворении твердых компонентов; Г/ПАВ - объем воздуха, вовлеченного при

перемешивании в присутствии ПАВ; Ут~ объем пор в легком заполнителе.

Расчет производится на 1 м1 АЛБ в следующей последовательности:

1. Определяется расход цемента по формуле:

где Яддб - заданный предел прочности при сжатии АЛ Б; /?ц - марка портландцемента; К - коэффициент, учитывающий качество мелкого заполнителя (песка). Для мелкого песка К = 0,50-0,60. 2. Определяется пористость АЛБ.

у = Ряб ~ Ро

Кп6~ > (3)

Ро

где р0- заданная средняя плотность бетона, кг/м3; р^- истинная плотность твердых компонетов, определяемая по формуле:

ср _ Ри ак.ти.к. + Ри П тп + Ри п з тп.з.

Рп6 " „ 4-» +m ' W

где ри п, Ри ц к. Ри п з ~ истинная плотность природного песка, цементного камня, пористого заполнителя, кг/м3; т„, /иц к, тп 3 - масса вышеупомянутых материалов, кг.

3. Абсолютный объем твердых фаз (У*в ф) затвердевшего высушенного

до постоянной массы АЛБ можно рассматривать как сумму абсолютных объемов цементного камня, песка и пористого заполнителя; он расчитывается по формуле:

т/а - , Мп , тпз

—V р—' (5)

ГИЛ Рнпз

где ти к - масса цементного камня, рассматривается как суммарная масса цемента (Ц) и химически связанной воды после 28 суток нормального твердения. Содержание химически связанной воды принято равным 15 % массы негидратированного цемента и определяется по формуле

ти,к =Р-Ц» (6)

где Ц - расход цемента, кг; Р - принят равным 1,15. Объем цементного камня

у = , (7)

Ри Ц-К

где ри цк - истинная плотность цементного камня.

Масса (расход) пористого заполнителя назначается в зависимости от требуемой средней плотности АЛБ и по данным, опубликованным в литературе. В наших опытах объем пористого заполнителя изменялся в пределах от 300 до 500 л/м3 и определяется по формуле

"»пз =^пз Рпз> (8)

Масса песка определяется по уравнению

/П„ „ т

П = (9)

гнц-к гит

где ри „ - истинная плотность песка, кг/м3.

4. Определяется объем пор в АЛБ, образовавшихся при испарении воды, введенной с пористым заполнителем, и пор, полученных за счет вовлечения воздуха при перемешивании.

Объем пор, образовавшихся при испарении воды определяется:

= В)-г„с, (10)

где В - расход воды в л/м3, устанавливается по графику, исходя из заданной подвижности АЛБ-смееи.

Объем химически связанной воды после 28 суток твердения в нормальных условиях принят равным 15 % массы негидратированного цемента (а = 1,15).

Кхп = Ц X сс, (11)

Объем пористого заполнителя в 1 м3 АЛБ:

У-^. (12)

Нвпз

где та з - масса пористого заполнителя, кг; рн п 3 - его насыпная плотность, кг/м3.

Этот объем можно рассматривать как сумму

^,з = ^, + пм+п3, (13)

где У'г -абсолютный объем пористого заполнителя; Пм -объем межзерновых пустот заполнителя; П3 -объем пор в зернах пористого заполнителя.

Объем пор в АЛБ, формируемых зернами пористого заполнителя, можно определить по формуле:

г ч

Рн.пз Рн.пл Тогда объем пор от аэрирования составит:

(И)

Утл -У«-У*-У» (15)

Далее определяется расход ПАВ, необходимый для образования этого объема пор, и принимается равным 0,1 -0,15 % от массы цемента или по формуле

(16)

где Кплв - объем пор от аэрирования; к - выход пор-объем пены, получаемый из 1 кг воздухововлекагощего ПАВ, л/кг; а - коэффициент использования ПАВ, а = 0,85; V- объем АЛБ.

На рис. 7 и в табл. 10 приведены данные, характеризующие распределение пор в АЛБ в зависимости от условий их образования.

Диаметр пор, см

Рис. 7 Распределение пор по диаметрам 1 - вермикулитопесчаного раствора; 2 - аэрированного перлитопесчаного раствора; 3 - аэрированного вермикулитопесчаного раствора; 4 - пенобетона; все естественного твердения,

р„ = И 00 кг/м'

Характеристика поровой структуры АЛБ

Таблица 10

Средняя плотность, кг/м3 Пористость, общая, % Распределение пор, %, по условиям их образования

испарение воды воздухововлсчение поры легкого заполнителя

НПО АЛ !5 32,? 12 2

1200 54 18 26,8 9,2

На основании лабораторных исследований рекомендован состав АЛБ для производства стеновых камней (расход материалов на 1 м'):

Портландцемент М400 Д-20 - 270 кг;

Пористый заполнитель

(вспученный заполнитель или хвойные опилки) - 80 кг (400 л);

Кварцевый песок (Мкр 5 2,0) - 600 кг,

Вода -216 л;

Пенообразователь ОП-7 - 0,75 кг.

Исследованиями, проведенными в лабораторных и опытно-промышленных условиях, установлено, что при перемешивании в скоростном смесителе повышается температура смеси (рис. 8), что приводит к ускорению процессов гидратации, схватывания и твердения

Рис. 8. Зависимость температуры АЛБ-смеси от времени перемешивания 1 - аэрированный перлитобетон; 2 - аэрированный вермикулитобетон; 3 - опилкобетон, приготовленный в обычном смесителе, 4 - аэрированный опилкобетон

Результаты определений рН жидкой фазы приведены на рис. 9. После двух минут перемешивания смеси на ПЦ-400-Д20 рН возрастает с 7 до 12, а в

обычном - только до 9 Это свидетельствует о более высокой скорости гидратации вяжущего в аэросмесителе. Как следствие, прочность АЛБ растет быстрее по сравнению с аналогом — неаэрированным легким бетоном.

0 2 4 6 Время, мин

Рис 9. Зависимость рН жидкой фазы от продолжительности перемешивания бетонной

смеси

1 - перлитобетонная смесь, приготовленная в аэросмесителе;

2 - вермикулитобетонная смесь, приготовленная в аэросмесителе;

3 - опилкобегонная смесь, приготовленная в аэросмесителе,

4 - опилкобегонная смесь, приготовленная в обычном смесителе

Изучено влияние ряда технологических факторов на кинетику изменения пластической прочности (ПП) АЛБ-смесей, когда достигается так называемая распалубочная прочность, достаточная для удаления бортовой оснастки (рис. 10).

Введение жидкого стекла и кремнефторида натрия в АЛБ сокращает продолжительность выдержки изделия в форме перед распалубкой, стабилизирует пену. При этом происходит, в случае применения хвойных опилок, минерализация и их антисептирование.

Разработаны составы, и исследованы свойства АЛБ с применением вспученного перлита, вспученного вермикулита, хвойных опилок для производства стеновых камней. Получены материалы, отвечающие требованиям ГОСТ 26820-83 «Бетоны легкие. Технические условия», ГОСТ 6133-84 «Камни бетонные стеновые» и ТУ 5741-001-02068580-02. Основные свойства:

- средняя плотность 800-1200 кг/м3;

- предел прочности при сжатии 5,0-10,0 МПа (класс АЛБ по прочности - В3,5-В7,5);

- теплопроводность - 0,25-0,33 Вт/(м К);

- сорбционная влажность - 6-8%;

- морозостойкость - 25-35 циклов.

т \ о

л ь о о х

о а с

о; о х о

5 I-О О

с; с

Время, мин

Рис. 10. Кинетика изменения пластической прочности легкобетонной смеси 1 - АЛБ, приготовленный в аэросмесителе; 2 - то же с подогревом воды затворения до

60 °С, 3 - приготовление в растворосмесителе; 4 - АЛБ, приготовленный в аэросмесителе с добавлением 5 % жидкого стекла; 5 - то же с добавлением Ма2Э1Р6 (состав: п/цемент - 270 кг, песок- 600 кг, хвойные опилки - 60 кг, вода- 260 л,

ОП-7 - 0,75 л)

Характерными особенностями АЛБ также являются: малые усадочные деформации при твердении (менее 0,4мм/м), высокая ударная прочность.

Подобраны составы и определены технические свойства АЛБ с использованием отходов пенополистирола. Составы со средней плотностью р0 = 600-1800 кг/м3 предназначены для производства плит межкомнатных перегородок.

В главе приведены данные по производству изделий из аэрированного бетона, согласно ТУ 5741-001-02068580-02 «Стеновые камни и плиты перегородок из аэрированного легкого бетона на пористых заполнителях» и технологический регламент работы цеха.

Технические характеристики стеновых камней из аэрированных легких бетонов (СКАБ) и плит перегородок приведены в табл. 11.

Разработана технологическая схема производства СКАБ с применением пористых заполнителей, пущены в эксплуатацию цеха производительностью 5,1 тыс. м} изделий в год, работающие по поточно-агрегатной технологии. Способ изготовления изделий - пластическое формование.

Техническая характеристика СКАБ

Таблица II

Наименование показателя Значение показателей Методика определения показателя

Средняя плотность, kt/mj 1000,1100,1200, ГОСТ 12730 1-78

То же с учетом пустот 800,900,

Класс по прочности В 3,5-7,5 ГОСТ 10180-78 (с изменениями)

Предел прочности при изгибе, МПа 1,5-3,0

Теплопроводность, Вт/(мК) 0,2-0,35 ГОСТ 30256-94

Отпускная влажность, % по массе, не более 10 ГОСТ 12730 2-78

Морозостойкость, цикл, не менее 25 ГОСТ 10060 2-95

Водопоглощение, % по массе 10-20 ГОСТ 127303-78

Средняя плотность бетонной смеси, кг/м3 1050-1400 ГОСТ 12730 1-78

Подвижность бетонной смеси (o.k.), см 8-10 ГОСТ 28013-78

Подобрано и спроектировано нестандартное оборудование: самоходный скоростной аэросмеситель турбулентного типа (скорость вращения ротора 740 об/мин, две системы лопастей), формооснастка.

Схема производства СКАБ (рис. 11) включает следующие агрегаты: 1 - силос для хранения портландцемента; 2 - шнековый питатель для транспортировки портландцемента; 3 - объемный дозатор портландцемента; 4 - склад для природного песка; 5 - транспортер песка; 6 - объемный дозатор песка; 7 - склад пористого заполнителя (опилки, вспученный перлит, вспученный вермикулит, крошка пенополистирола); 8 - транспортер пористого заполнителя в объемный дозатор пористого заполнителя; 9 - емкость для воздухововлекаюшей добавки; 10 - аэросмеситель скоростной турбулентного типа; 11 -формы металлические; 12-формообразующие рамки; 13 - дозатор воды; 14 - емкость для смазки форм; 15 - тельфер; 16 - пропарочная камера; 17 - автопогрузчик.

Анализ работы экспериментального цеха по производству СКАБ позволил систематизировать производственные факторы, влияющие на технические свойства АЛБ, и разработать алгоритм построения оптимальной тех- ' нологии производства изделий из АЛБ.

Исходя из материальных затрат при строительстве опытного цеха СКАБ по производству стеновых камней из аэрированного легкого бетона на пористых заполнителях, были определены структура капитальных вложений на его строительство и технико-экономические показатели. При годовой программе цеха 5100 м1 изделий в год окупаемость составляет 1,83 года при уровне рентабельности 23,07 %. Отпускная цена — 1177,2 руб/м3. Это ниже цены на изделия из ячеистого бетона или керамзитбетона.

- теплопроводность - 0,25-0,33 Вт/(м К);

- сорбционная влажность - 6-8%;

- морозостойкость - 25-35 циклов.

£ X. X

л ^

о о

X О

а с

к о X о 0>

X н о

о с; с:

Время, мин

60 °С; 3 - приготовление в расгтворосмесителе; 4 - АЛБ, приготовленный в аэросмесителе с добавлением 5 % жидкого стекла; 5 - то же с добавлением N8^1 Р6 (состав: п/цемент - 270 кг, песок- 600 кг, хвойные опилки - 60 кг, вода- 260 л,

ОП-7 - 0,75 л)

Разработана технологическая схема производства СКАБ с применением пористых заполнителей, пущены в эксплуатацию цеха производительностью 5,1 тыс. м' изделий в год, работающие по поточно-агрегатной технологии. Способ изготовления изделий - пластическое формование.

Техническая характеристика СКАБ

Таблица 11

Наименование показателя Значение показателей Методика определения показателя

Средняя плотность, кг/иг1 1000, 1100,1200, ГПГТ ПТ!П 1.78

То же с учетом пустот 800,900,

Класс по прочности В 3,5-7,5 ГОСТ 10180-78 (с изменениями)

Предел прочности при изгибе, МПа 1,5-3,0

Теплопроводность, Вт/(мК) 0,2-0,35 ГОСТ 30256-94

Отпускная влажность, % по массе, не более 10 ГОСТ 12730.2-78

Морозостойкость, цикл, не менее 25 ГОСТ 100602-95

Водопоглощение, % по массе 10-20 ГОСТ 127303-78

Средняя плотность бетонной смеси, кг/м3 1050-1400 ГОСТ 12730 1-78

Подвижность бетонной смеси (o.k.), см 8-10 ГОСТ 28013-78

Схема производства СКАБ (рис. И) включает следующие агрегаты: 1 - силос для хранения портландцемента; 2 - шнековый питатель для транспортировки портландцемента; 3 - объемный дозатор портландцемента; 4 - склад для природного песка; 5 - транспортер песка; 6 - объемный дозатор песка; 7 - склад пористого заполнителя (опилки, вспученный перлит, вспученный вермикулит, крошка пенополистирола); 8 - транспортер пористого заполнителя в объемный дозатор пористого заполнителя; 9 - емкость для воздухововлекаюшей добавки; 10 - аэросмеситель скоростной турбулентного типа; 11 -формы металлические; 12 - формообразующие рамки; 13 - дозатор воды; 14 - емкость для смазки форм; 15 - тельфер; 16 - пропарочная камера; 17 - автопогрузчик.

Анализ работы экспериментального цеха по производству СКАБ позволил систематизировать производственные факторы, влияющие на технические свойства АЛБ, и разработать алгоритм построения оптимальной технологии производства изделий из АЛБ.

Исходя из материальных затрат при строительстве опытного цеха СКАБ по производству стеновых камней из аэрированного легкого бетона на пористых заполнителях, были определены структура капитальных вложений на его строительство и технико-экономические показатели. При годовой программе цеха 5100 м* изделий в год окупаемость составляет 1,83 года при уровне рентабельности 23,07 %. Отпускная цена — 1177,2 руб/м3. Это ниже цены на изделия из ячеистого бетона или керамзитбетона.

Рис. 11. Схема производства стеновых камней из аэрированного легкого бетона (СКАБ) с применением пористых заполнителей

Общие выводы

1 Объектами исследования автора были вермикулиты трех месторождений' малоизученных, но перспективных Инаглинского (близ г. Алдана) и Каратас-Алтынтасского (Казахстан), а также крупнейшего в Европе Ков-дорского (Мурманская обл.). Установлено, что исследуемый вермикулит-сырец Икагликского месторождения является типичным п^-вермикули юм, образовавшимся из флогопита. Слюдистый минерал Каратас-Алтынтасского месторождения представлен смешанослойным вермикулитом, предположительно развитым по биотиту. Исследуемый промышленный концентрат Ковдорского месторождения состоит из смешаннослойного высокогидрати-рованного гидрофлогопита.

Теоретические расчеты и заводские опыты позволили установить, что для обжига вермикулитового концентрата и вермикулитосодержащей породы может использоваться шахтная печь конструкции НИИСМИ АС и АУ ССР, предназначенная для обжига перлита. Она позволяет получать вспученный вермикулит кубообразной формы высокого качества, обеспечивает непосредственно в процессе обжига удаление пустой породы (фракций до 0,63 мм), которые не отделяются в воздушных сепараторах, сблокированных с трубчатыми печами.

Разработана технология получения вспученного вермикулита из породы Инаглинского и Каратас-Алтынтасского месторождений по «сухому» способу.

Показана возможность получения вспученного перлита в вертикальной печи МВУ-2, предназначенной для производства вспученного вермикулита.

2. Определены технические свойства вспученного вермикулита и перлита, такие как высокая общая пористость (81,3-95,5%) и, как следствие, низкая теплопроводность (X = 0,050-0,07 Вт/(м-К)), малая насыпная плотность (ра = 70-150 кг/м3), высокая отражательная способность. Эти свойства реализуются в теплозащитных засыпных конструкциях. Предложена вакуум-порошковая вермикулитовая изоляция.

Многолетними экспериментальными натурными испытаниями на крупноразмерных образцах-фрагментах, а затем и самих стеновых панелях с вер-микулитовой изоляцией установлено, что вермикулит, находясь в упругос-жатом состоянии, осадки не дает, а напряжения в изоляционном слое остаются практически постоянными. Осадка упругосжатой вермикулитовой засыпки не происходит как при увлажнении вермикулита, так и при его сушке, а также при транспортировке панелей и их эксплуатации.

3. Предложены аэрированные легкие бетоны и растворы на вспученных заполнителях - гетерогенные системы, в которых поровая составляющая формируется в значительной степени за счет активного воздухововлече-ния в скоростном аэросмесителе турбулентного действия, а также за счет

избыточной воды затворения и пористого заполнителя.

Исследованы теплоизоляционные аэрированные растворы на основе вспученных заполнителей (вермикулита и перлита), волокнистых заполнителей со средней плотностью 180-350 кг/м3, прочностью при изгибе 0,3-10 МПа, теплопроводностью 0,08-0,12 Вт/(м-К) и водопоглощением не более 4 %.

Огневые испытания во ВНИИПО армоцементных плит с огнезащитной всрмикулиювой изоляцией показали, чш предел 01 нестойкой и армо-цемента повышается с 0,5 час до 3 час в случае использования огнезащитной изоляции на основе вспученного вермикулита.

Подобраны и испытаны тепло-огнезащитные композиции на основе вспученного и невспученного заполнителей и молотых силикатов щелочных металлов со средней плотностью 350-450 кг/м3.

Испытания показали, что слой теплозащитного покрытия толщиной 12-15 мм, нанесенный на теплообменник напылением или в виде мастичной теплоизоляции, выдерживает вибрационные воздействия до 18 Температурный перепад составляет 230-240 °С при эксплуатационной температуре изоляции не менее 400 °С.

Вт

водностью 0,3-0,35 Вт/(мК) и с коэффициентом теплоусвоения менее 5^м

что соответствуют требованиям СНиП И-В8-81 «Полы».

Установлено, что в зависимости от формы зерен и характера пористости вспученных заполнителей меняются свойства растворов. Перлитопесча-ные имеют предел прочности при сжатии на 25-40% выше, чем вермикулито-вые (при равной средней плотности). В то же время вермикулитовые растворы превосходят перлитовые по пределу прочности при изгибе на 10-25 %.

Растворные смеси на вспученных заполнителях для «теплых» стяжек полов в отличие от керамзитобетонных не требуют выравнивающих мастик, а в сравнении с пенобетонными имеют малые усадочные деформации (менее 0,4 мм/м).

Исследования показали, что на основе вспученного вермикулита и минеральных вяжущих можно получать штукатурные растворы, обладающие одновременно высокими теплоизоляционными, звукопоглощающими, огнезащитными и декоративными свойствами. По техническим свойствам они не уступают, а по отношению к воздействию высоких температур и декоративности превосходят легкие штукатурки на других пористых заполнителях.

Легкие сухие кладочные и теплоизоляционные штукатурные смеси на вспученном перлите после т^пртгпгутпш иттрияний прошли натурные теплофизические испытания. Укладки из пори-

в*6ЛИОГЕКл

СПтмт

зованных керамических камней и пустотелого облицовочного кирпича на легком кладочном перлитопесчаном растворе с р0= 1200 кг/м'имеют термическое сопротивление больше на 15%, чем на обычном «холодном» цементном растворе.

Испытания фрагментов кладки из керамического камня и облицовочного кирпича на легком перлитовом растворе и с дополнительным оштука-

______' и ЛП \

туриванием теплоизоляционным pací вором из (юлщинии jи мм) ника-зали увеличение термического сопротивления ограждения на 0,4 (м2-К)/Вт. При этом исключается так называемые «мостики холода».

5. Впервые предложены и исследованы составы аэрированных легких бетонов с использованием высокопористых заполнителей (вспученного вермикулита и перлита, а также хвойных опилок и отходов ППС) с р0= 8001200 кг/м3, В-3,5-10, X = 0,2-0,28 Вт/(м»К), для получения стеновых камней и плит перегородок на их основе разработана заводская технология их производства.

Установлено, что за счет скоростного перемешивания в аэросмесителе (V = 740 об/мин) по сравнению с приготовлением АЛБ-смеси в традиционных смесителях, растет рН среды, температура смеси (за счет абразивного действия природного песка на зерна вяжущего) ускоряется процесс набора пластической прочности твердеющих изделий из АЛБ. Коэффициент конструктивного качества АЛБ в 1,5-1,8 раза выше, чем у пенобетона и поризо-ванных легких бетонов на пористых заполнителях.

Изучено влияние ряда технологических факторов (введение ускорителей схватывания и твердения, затворения горячей водой, повышение температуры АЛБ-смеси за счет абразивного действия песка) на кинетику изменения пластической прочности, достаточной для быстрого удаления бортовой оснастки (через 30-45 мин с момента формования).

6. Разработки автора, доведенные до стадии практического внедрения: технология получения вспученного вермикулита (внедрена на ЗЖБИ треста «Адцанстрой» и на промбазе ППО «Актюбнефтегазстрой»); вермикулито-вые засыпки, огнезащитные краски и растворы, напыляемая огнезащитная изоляция, теплозащитные покрытия теплообменников и теплоизоляционные изделия (плиты и скорлупы) на основе вермикулита, указанные разработки внедрены в СКБ «Турбина», ЦНИИМ, на Слюдяной фабрике, г. Колпино; АЛР для «теплых» стяжек основания полов (внедрены на объектах строительства треста «Ленотделстрой», треста «Ижорстрой» Главзапсгроя и др.); стеновые камни и плиты перегородок из аэрированных легких бетонов с применением вспученных вермикулита и перлита и других высокопористых заполнителей.

Легкие сухие строительные смеси на перлите по рецептуре автора выпускаются в промышленных объемах ООО «Петроперлит» и ЗАО «Мага-данперлит» для нужд строихелей-ба^нсг-Петербурга, Москвы, Магадана и

ДРУГИХ ГОрОДОВ. «HOfv"1' í

л *

Опыт работы экспериментальных цехов по производству СКАБ: ООО «Тектон», ООО «СКАБ», ЗАО «Стройсервис», ЗАО «Новая технология», Санкт-Петербург.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах автора:

1. Определение вла1 осодержания вермикулита в стеновых панелях радиометрическим методом. Сб. докладов XXIII научной конференции ЛИСИ, Л., 1965. С. 77-79 (соавтор Яблонский К. В.).

2. Свойства вермикулитовых засыпок и бетонов с заполнителем из вспученного вермикулита. Сб. докладов XXIII научной конференции ЛИСИ, Л., 1965. С. 39 -42 (соавторы: Дубенецкий К. Н., Никольский Г. Г., Пожнин А. П.).

3. Исследование работы трехслойной стеновой панели с вермикули-товым утеплителем в условиях жилого дома. Сб. докладов XXV научной конференции ЛИСИ, Л„ 1967. С. 21-24 (соавторы: Дубенецкий К. Н., Пожнин А. П.).

4. Исследование работы шахтной печи конструкции НИИСМИ АСиА УССР по обжигу вермикулита. Сб. докладов XXV научной конференции ЛИСИ, Л., 1967. С. 24-26 (соавторы: Дубенецкий К. Н., Пожнин А. П., Крашенинников О. Н.).

5. Новый изоляционный материал. Пожарное дело, 1967. №6 (соавторы: Дубенецкий К. Н., Пожнин А. П.).

6. Применение вермикулита для изготовления строительных конструкций и материалов. Материалы юбилейной научно-технической конференции, ДВПИ, Владивосток, 1968. С. 39-40 (соавторы: Дубенецкий К. Н., Пожнин А. П., Крашенинников О. Н.).

7. Свойства и применение строительных растворов с заполнителем из вермикулита. Сб. докладов XXVI научной конференции ЛИСИ, Л., 1968. С. 14-17 (соавторы: Дубенецкий К. Н., Пожнин А. П.).

8. Инаглинский вермикулит, растворы и бетоны на его основе. Сб. докладов XXVII научной конференции ЛИСИ, Л., 1969. С. 15-18 (соавторы: Дубенецкий К. Н., Пожнин А. П.).

9. Трехслойные стеновые панели с упругосжатой вермикулитовой изоляцией. Труды совещания по проблеме изучения и применения вермикулита. Л.: Наука, 1969. С. 159-164 (соавторы: Дубенецкий К. Н., Пожнин А. П.).

10. Инаглинский вермикулит, растворы и бетоны на его основе. — Сб. трудов XXVII научной конференции ЛИСИ. —Л., 1969. С. 15-18 (соавторы: Дубенецкий К. Н., Пожнин А. П.).

11. Вермикулитовые строительные растворы. — Сборник «Исследование и применение вермикулита». — Л.: Наука, 1970. С. 186-190 (соавторы: Дубенецкий К. Н., Пожнин А П.).

12. Указания по устройству полов с тепло- звукоизоляцией на основе

вспученного вермикулита и с покрытием из пластика. ВСН-137-70. — Л.: Главленинградстрой, 1970. 14 с.

13. Применение вспученного вермикулита в конструкциях полов. Сб. докладов XXIX научной конференции ЛИСИ, Л., 1971. С. 40—41 (соавтор Пожнин А. П.).

14. Новая сырьевая база для производства вермикулита. «Строительные ма!ериалы», 1972. №3 (соавшры. Боженов П. Р!., Пожнин А. П.).

15. Вермикулитовые засыпки: свойства и применение в строительных конструкциях. Сб. «Строительные материалы из попутных продуктов промышленности», №85, Л , ЛИСИ, 1973. С 11-14(соавтор Пожнин А П.).

16. Полы с применением вермикулита. — Жилищное строительство, 1974. № 6 (соавтор Пожнин А. П.).

17. К вопросу комплексного использования сырья вермикулитовых месторождений. Сб. «Строительные материалы из попутных продуктов промышленности», ЛИСИ, Л., 1975. С. 101-108 (соавтор Пожнин А. П.).

18. Перспективы применения каратасского вермикулита в строительстве. Реферативная информация, серия «Промышленность керамических, стеновых материалов и пористых заполнителей», вып.4, ВНИИЭСМ, М., 1976. С 20- 22 (соавтор Пожнин А. П.).

19. Руководство по устройству полов с применением «теплых» аэрированных растворов с механизированной подачей к месту укладки. — Л.: Глав-запстрой, 1976.21 с.

20. Теплоизоляционные асбестовермикулитовые изделия. Сб. трудов: Строительные материалы из попутных продуктов промышленности». —Л.: ЛИСИ, 1976. С. 80-86 (соавторы: Пожнин А. П., Веселов В. Г.).

21. Технологическая инструкция по изготовлению монолитной напыляемой вермикулитовой теплоизоляции на строительных конструкциях. Л,: ЛИСИ, 1977. 11 с.

22. Аэрированные растворы с применением золы-унос и вспученного вермикулита. В кн.: строительные материалы из попутных продуктов промышленности. Сборник статей. — Л.: ЛИСИ, 1978. С. 127-130.

23. Гидрофобизированные асбестовермикулитовые плиты. Информ. №824-78, ЦНТИ, Л., 1978. 2 с (соавтор Пожнин А. П., Веселов В. Г., Соколова 3. И., Чистяков Б. 3.).

24. Пол с «теплой» стяжкой из аэрированного раствора. Реф. ин., вып. 8, ВНИИЭСМ, 1978. С. 4-7 (соавтор Томашевич П. Ф.).

25. Технологическая инструкция по изготовлению и восстановлению монолитной тепловой изоляции корпусов вращающихся теплообменников. Л., ЛИСИ-ЦНИИМ. 1979. 18 с.

26. Перлитопесчаные растворы с золой ТЭЦ для устройства оснований полов. В кн.: Строительные материалы из попутных продуктов промышленности. Сборник статей. — Л.: ЛИСИ, 1980. С. 115-118 (соавтор Аубаки-рова И. У.).

27. Перлитопесчаные растворы с золой ТЭЦ для устройства оснований полов. Сб «Строительные материалы из попутных продуктов промышленности», Л.: ЛИСИ, 1980. С. 115-118.

28. Применение вспученного вермикулита для производства теплоизоляционных изделий и в строительных конструкциях. Сб. «Производство вермикулита и пути его эффективного использования», Челябинск, 1980. С. 19-

П /______- Г Т ....... Д п ч

¿.i (^иаыир нижний /л. п.).

29. Руководство по устройству полов с применением «теплых» перли-топесчаных растворов. - Нальчик: Минжилгражданстрой, 1980. - 14 с.

30. Теплоизоляционные и акустические материалы и изделия. Методическое пособие. Л., ЛИСИ. 1980. 68 с (соавтор Пожнин А. П.).

31. А. с. №802230. Строительный аэрированный раствор, (соавторы: Пожнин А. П., Томашевич П.Ф. и др.) / Б. И. №5,1981.

33. А. с. №876586. Способ приготовления строительного раствора. / (соавторы: Боженов П. И., Аубакирова И. У., Куршев В. И.) / Б. И. №40, 1981.

33. A.c. №859332. Способ получения теплоизоляционного материала. / (соавторы: Боженов П. И., Мирзоев Р. Г. и др.) / Б.И. №32, 1981.

34. А. с. №1032724. Бункер-питатель./ (соавторы: Боженов П. И., Са-лов Ю. 3., Татаров М. Н.)/ Б.И. № 38,1981.

35. Исследование свойств и технологии изготовления специальной теплоизоляции на основе вспученного вермикулита и перлита. В. кн.: Строительные материалы из попутных продуктов промышленности. Межвуз. те-мат. сб. тр. — Л.: ЛИСИ. 1981. С. 47-53.

36. Основные направления использования вспученного вермикулита в строительстве. Сб. «Применение вермикулита в народном хозяйстве», Л , НТО Стройиндустрия, 1982. С. 6-8 (соавторы: Боженов П. И., Пожнин А. П.).

37. Применение вермикулита для специальной изоляции. В сб: «Применение вермикулита в народном хозяйстве». — Л.: Стройиндустрия. 1982. С. 61-62 (соавторы: Пожнин А. П., Аубакирова И. У.).

38. Способ приготовления бетонов на легких заполнителях. — Жилищное строительство. 1982. № 3 (соавтор Аубакирова И. У.).

39. Исследование процессов твердения теплоизоляционных материалов на основе вспученного вермикулита. Сб. «Строительные материалы из попутных продуктов промышленности», ЛИСИ, Л., 1983. С. 108-112 (соавтор Супрунова М. В.).

40. А. с. №1143737. Теплоизоляционная органосиликатная масса. / (соавторы: Аубакирова И. У., Боженов П. И. и др.)./ Б.И. №12,1984.

41. Исследование свойств и технологии изготовления специальной теплоизоляции на основе вспученного вермикулита и перлита. Сб. «Строительные материалы из попутных продуктов промышленности», ЛИСИ, Л., 1987.

С. 57-60.

42. Аэрированные бетоны и растворы с использованием зол ТЭЦ и пористых заполнителей. / В кн.: Использование резервов экономии топливно-энергетических и сырьевых ресурсов в повышении качества строительных материалов и конструкций. — Л.: ЛДНТП, 1988. С. 50-53.

43. Теплозащитный материал на основе вспученного вермикулита или перлита. Информ. л. №426-88 Л.: ЛенЦНТИМ, 1988. 3 с (ы^и i оры. Аубаки-рова И. У., Боженов П. И.).

44. Легкие аэрированные бетоны для малоэтажного строительства. Сб. докладов 46-ой научной конференции ЛИСИ. СПб.: 1989. С. 53-55 (соавтор Аубакирова И. У.).

45. Огнезащитное вермикулитовое покрытие ОВП-1 для стальных строительных конструкций. ВТУ-89, Главмосстрой, 1989.12 с.

46. «Теплые» стяжки из перлитопесчаных растворов под линолеумные полы. Информ. л. №5-89, Нальчик, ИНТИ. 1989. 3 с (соавтор Куршев В. И.).

47. Аэрирование как способ формирования поровой структуры легких бетонов. — Сб.: ЛИСИ, 1990. С. 64-66 (соавтор Аубакирова И. У.).

48. Применение аэрированных «теплых» растворов с пористыми заполнителями в полах гражданских зданий. — Л.: ЛДНТП, 1990. 28 с.

49. А. с. №1668583. Теплоизоляционный мат. / Б. И. № 29, 1991.

50. Расчет поровой структуры аэрированных лёгких бетонов. Сборник статей. — Л.: ЛИСИ, 1991. С. 55-57.

51. Стеновые камни из легкого аэрированного бетона на базе попутных продуктов промышленности. I В кн.: Строительные материалы и изделия из технологического сырья. Межвузовский тематический сборник трудов — Л.: ЛИСИ, 1991. С. 64-67 (соавторы: Аубакирова И. У., Макбузов А. С.).

52. Формирование поровой структуры аэрированных легких бетонов. В кн.: Теоретические проблемы строительного материаловедения и эффективные стеновые материалы. Всесоюзная конференция. — Белгород, 1991. С. 25-27 (соавторы: Аубакирова И. У., Макбузов А. С.).

53. Формирование поровой структуры аэрированных бетонов. Труды Всесоюзной конференции «Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии». — Белгород, 1991. С. 10-12 (соавторы: Аубакирова И. У., Макбузов А. С.).

54. Концепция формирования поровой структуры аэрированных легких бетонов. Труды конференции «Реконструкция СПб. — 2000». СПб.: 1994. С. 10-14 (соавтор Пожнин А. П.).

55. Аэрированные легкие бетоны для стеновых ограждений и «тёплых» стяжек полов. В кн.: Труды международной конференции «Строительство в СПб». — Департамент стр-ва СПб, 1995. С. 19-20.

55. Технические условия «Камни стеновые из аэрированного легкого бетона с наполнителем». ТУ 5741-001-020068580-95. 11 с.

57. Аэрированные легкие бетоны для стеновых ограждений и «теплых»

стяжек полов. Труды Международной конференции «Реконструкция и строительство в СПб», Департамент стр-ва СПб, 1996. С. 8-9 (соавтор Пожнин А. П.).

58. Материалы на основе бумажного наполнителя. Труды 53 научной конференции СПбГАСУ. СПб.: СПбГАСУ, 1996 С. 125 (соавторы: Аубаки-рова И. У., Платонова H. М.).

• 59. Патент РФ 2.070.874 «Способ приготовления смеси для аэрированного легкого бетона и аэросмеси!ель гурбулешною действия» / Б. M. .N«36, 1996. С. 12-14.

60. Подбор состава легких аэрированных бетонов. Методическое пособие, СПб.: СПбГАСУ, 1996 16 с (соавторы: Зверев В. Б., Аубакирова И. У).

61. Применение аэрированных легких бетонов (АЛБ) в современном строительстве. Труды конференции «Строительство и реконструкция СПб в рамках подготовки к Олимпиаде 2004 г.», «Каскад», 1996. С. 15-16.

62. Стеновые камни из аэрированного легкого бетона. — Жилищное строительство. 1996. №5.

63. Стеновые камни из аэрированного легкого бетона с использованием бумажного наполнителя. — «Строительные материалы». — M.: 1996. № 8 (соавторы: Аубакирова И. У., Платонова H. М.).

64. Путеводитель по строительным материалам, № 1. CD-Rom, СПб.: Спаеро, 1998, 650 МгБ (соавторы: Панибратов Ю. П., Зверев В. Б.).

65. Расчет состава легких аэрированных бетонов методом поровых объемов. Вестник Актюб. ун-та. №2. 1999.4 с (соавтор Макбузов А. С.).

66. Исследования в области теплоизоляционных материалов и лёгких бетонов. — В кн.: Юбилейный сборник трудов к 100-летию кафедры «Строительные материалы». — СПб.: СПбГАСУ, 2000. С. 30-38 (соавтор Пожнин А. П.).

67. Концепция формирования поровой структуры аэрированных лёгких бетонов с использованием пористых заполнителей. — В кн.: Юбилейный сборник трудов к 100-летию кафедры «Строительные материалы». — СПб : СПбГАСУ, 2000. С. 63-70 (соавторы: Коломиец И.В., Платонова H. М.).

68. Применение аэрированных легких бетонов в производстве стеновых камней, плит перегородок и «теплых» стяжек полов. — В кн.: Доклады

57-ой научной конференции. — СПб.: СПбГАСУ, 2000. С. 123-124 (соавтор f Коломиец И. В.).

69. Аэрированные легкие бетоны с использованием пористых местных заполнителей. — Межвузовский тематический сборник трудов. Доклады

58-ой научной конференции. — СПб.: СПбГАСУ, 2001. С. 119-120 (соавтор

* Коломиец И. В.).

70. Энергосберегающие системы наружных стен. Петербургский строительный рынок. 2001. №4.

71. Путеводитель по строительным материалам, № 2. CD-Rom, СПб.: Спаеро, 2002, 630 МгБ (соавторы- Панибратов Ю. П , Зверев В Б ).

72 Разработка рецептуры легких сухих растворных смесей (ЛСРС) на

основе вспученного перлита и вермикулита. / Сборник тезисов. II международная конференция ВаЬпшх «Сухие строительные смеси для XXI в.: технологии и бизнес». — СПб.: Союз производителей сухих смесей, 2002. С. 26-28 (соавторы: Коломиец И. В., Городецкий М. С.).

73. Теплоизоляционные материалы и легкие бетоны. Строительство и реконструкция № 2. — СПб.: Каскад, 2002. С. 21-22.

74. Ячеистые бетоны. - Стройпрофиль, 2002. № 5.

75. Легкие и теплоизоляционные сухие смеси на основе вспученного перлита и примеры их применения. I Сборник тезисов III международной конференции Ва^гшх «Сухие строительные смеси для XXI в ■ технология и бизнес».—СПб.: Союз производителей сухих смесей, 2003. С. 23-24 (соавторы: Коломиец И. В., Бахтин А. А.).

76. Аэрирование как эффективный способ формирования поровой структуры конструктивно-теплоизоляционных и теплоизоляционных бетонов и растворов. Сб. докладов 61-й конференции профессоров, преподавателей, научных работников, инженеров и аспирантов университета, ч. I, СПбГАСУ, СПб, 2004. С. 108-110.

77. Аэрированные легкие бетоны и изделия на их основе. — Достижения строительного материаловедения: Сб. научных статей, посвященный 100-летию со дня рождения П. И. Боженова, — СПб: ОМ-Пресс, 2004. С. 35-39 (соавтор Коломиец И. В.).

78. Аэрированные легкие растворы и бетоны с высокопористыми заполнителями. — Строительные материалы. 2004, № 11 (соавтор Коломиец И. В.).

79. Сухие строительные смеси (ССС) на основе вспученного перлита и их применение. Ч I. СПб.: СПбГАСУ. 2004. С. 79-82 (соавтор Коломиец И. В.).

80. Патент РФ №2251539. Сухая смесь для легкого строительного раствора. / Б. И. №13. 2005.

Подписано к печати 14 05.05. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная Усл. печ. л. 2,0. Тираж 150 экз. Заказ 103.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.

Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.

»11118

РЫБ Русский фонд

2006-4 6310

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Тихонов, Юрий Михайлович

Введение.

Глава 1. Геология, сырьевая база и производство вермикулита и перлита.

1.1. Условия образования и свойства вермикулита-сырца.

1. 2. Геология и сырьевая база вермикулита.

1.2. 1. Вермикулит Ковдорского месторождения.

1. 2. 2. Вермикулит Инаглинского месторождения.

1. 2. 3. Вермикулит Каратас-Алтынтасского месторождения.

1. 3. Некоторые особенности технологии производства вспученного вермикулита.

1. 3. 1. Анализ способов обогащения породы с целью получения вермикулитового концентрата-сырца.

1.3.2 Технология производства вспученного вермикулита.

1.3.3. Анализ работы обжиговых установок по производству вспученного вермикулита.

1. 3. 4. Исследование режимов обжига вермикулита-сырца в шахтной печи

НИИСМИ АС и А УССР.

1. 3. 5. Особенности производства вспученного вермикулита Инаглинского месторождения.

1. 3. 6. Особенности производства вспученного вермикулита Каратас

Алтынтасского месторождения.

1. 4. Сырьевая база и производство вспученного перлита.

1.4. 1. Сырьевая база перлита.

1. 4. 2. Производство вспученного перлита.

Выводы.

Глава 2. Исследование свойств вспученного вермикулита и перлита и их ф применение в засыпных конструкциях.

2.1. Насыпная плотность, зерновой состав, пористость и межзерновая пустотность.

2.2. Теплопроводность.

2. 2. 1. Влияние повышенных температур на теплопроводность.

2. 2. 2. Влияние отражательной способности на теплопроводность.

2.2. 3.Определение теплопроводности вспученных заполнителей в вакууме.

2.3. Вакуумно-порошковая засыпная теплоизоляция.

2. 4. Водопоглощение и сорбционная влажность.

2. 5. Звукопоглощение вспученного вермикулита.

2. 6. Деформативность и упругие свойства вспученного вермикулита.

2. 6. 1. Испытания упруго-сжатой засыпки на фрагментах панелей.

2. 6. 2. Влияние различных технологических факторов на напряженное состояние вермикулитовой засыпки.

2. 6. 3. Изготовление трехслойных стеновых панелей с упруго-сжатой вермикулитовой засыпкой.

2. 6. 4. Натурные испытания экспериментальных стеновых панелей.

Выводы.

• Глава 3. Аэрированные тепло-огнезащитные растворы и изделия с использованием вспученного вермикулита, перлита, а также волокнистых минеральных наполнителей и изделий на их основе.

3.1. Анализ видов и технических свойств тепло-огнезащитных материалов.

3. 2. Теплоизоляционные асбестовермикулитовые изделия (АВИ).

3. 2. 1. Влияние состава и технологических факторов на свойства асбестовермикулитовых изделий (АВИ).

3. 2. 2. Влияние гидрофобных добавок на свойства асбестовермикулитовых изделий.

3. 3. Исследование напыляемой тепло-огнезащитной изоляции с использованием вспученного вермикулита, перлита и волокнистых минеральных наполнителей.

3. 3.1. Конструкция и рабочие параметры экспериментальной установки.

3. 3. 2. Отработка оптимальных режимов напыления тепловой изоляции. 160 3. 4. Вспучивающиеся тепло-огнезащитные покрытия на основе вермикулита и перлита.

3. 4. 1. Исследование огнезащитной изоляции на основе вермикулита и перлита.

3. 5. Исследование составов, свойств и технологии изготовления теплозащитных покрытий (ТПЗ) на основе вспученного вермикулита и перлита.

3. 5. 1. Некоторые особенности твердения теплоизоляции на жидком стекле и органосиликатных вяжущих.

3.5.2. Исследования специальных свойств ТЗП с учетом влияния эксплуатационных нагрузок.

3. 5. 5. Приготовление и нанесение теплоизоляции на корпуса ТО в производственных условиях.

Выводы.

Глава 4. Аэрированные легкие растворы и сухие смеси на основе вспученного вермикулита и перлита, их применение в строительных конструкциях.

4. 1. Аэрированные и поризованные легкие вермикулито-перлитопесчаные растворы для «теплых» стяжек полов.

4. 1. 1. Подбор составов и свойства легких растворов для «теплых» стяжек полов.

4. 1.2. Натурные испытания полов.

4. 2. Легкие сухие строительные смеси с использованием вспученного вермикулита и перлита.

4. 2. 1. Легкие сухие кладочные смеси (ЛСКС), теплоизоляционные сухие штукатурные смеси (ТСШС) и их особенности.

4. 2. 2. Поризованные штукатурные растворы.

4. 2. 3. Подбор составов и свойства легких сухих кладочных смесей (ЛСКС) и теплоизоляционных сухих штукатурных смесей (ТСШС) на основе вспученных перлита и вермикулита.

Выводы.

Глава 5. Аэрированные легкие бетоны (АЛБ) с применением высокопористых заполнителей, особенности производства стеновых камней и плит перегородок из них.

5. 1. Анализ технических свойств ячеистых бетонов и легких бетонов на пористых заполнителях.

5. 1. 1. Ячеистые бетоны и изделия из них.

5. 1.2. Легкие бетоны на минеральных пористых заполнителях и изделия из

5. 2. Исследование аэрированных легких бетонов на основе вспученного вермикулита и перлита, и других пористых заполнителей.

5. 2. 1. АЛБ с использованием золы-уноса ТЭЦ и обожженной вермикулитосодержащей породы.

5. 2. 2. Некоторые особенности получения АЛБ с использованием обожженной вермикулитосодержащей породы и золы уноса ТЭЦ.

5. 2. 3. АЛБ с применением бумажных наполнителей и отходов.

5. 3. Использование метода поровых объемов, применительно к расчету и подбору составов АЛБ.

5. 4. Основные свойства аэрированных легких бетонов.

5. 5. Разработка технологии производства стеновых камней и плит перегородок из АЛБ с применением высокопористых заполнителей, технико-экономические расчеты.

5.5. 1. Разработка технологического регламента производства стеновых камней из АЛБ.

5.5.2. Технологическая схема производства СКАБ с пористым заполнителем. .306 5. 5. 3. Технологический процесс производства СКАБ на пористых заполнителях и разработка формооснастки.

5. 5. 4. Факторы, влияющие на кинетику изменения пластической прочности АЛБ-смесей.

5.6. Особенности производства плит перегородок из АЛБ на пористых заполнителях.

5. 7. Алгоритм построения оптимальной структуры производства изделий из

АЛБ на пористых заполнителях.

5.8. Расчет экономической эффективности работы опытного цеха СКАБ.324 Выводы.

Введение 2005 год, диссертация по строительству, Тихонов, Юрий Михайлович

Актуальность темы диссертационного исследования

Концепция развития приоритетных направлений промышленности строительных материалов и стройиндустрии на 2001 - 2005 годы» призвана создать условия для реализации целей и задач, намеченных Федеральной целевой программой «Жилище» [133].

Непосредственным поводом к выбору темы диссертации послужили возрастающие противоречия: а) между наличием больших сырьевых ресурсов вермикулитового и перлитового сырья, значительным объемом побочных продуктов промышленного производства (например, золы уноса, # хвойных опилок, отходов пенополистирола) и незначительным объемом их использования в производстве строительных материалов и изделий; в) между возрастающей потребностью в использовании относительно дешевых местных стеновых и теплоизоляционных материалов хорошего качества и низкой покупательной способностью средних и бедных слоев населения; с) между огромным количеством садоводческих участков (только по Санкт-Петербургу и Ленинградской области около 500 тысяч) и малым числом современных, долговечных, красивых построек: коттеджей, усадебных домов, хозяйственных блоков, ф По нашему мнению, актуальным является расширение производства теплоизоляционных, огнезащитных бетонов и растворов, стеновых камней и плит перегородок для малоэтажного строительства. Создание небольших цехов мощностью 5-10 тыс. м на отечественном оборудовании по их производству из аэрированного легкого бетона на основе местных материалов, является одним из эффективных технико-экономических решений данной проблемы.

Актуальность темы диссертационной работы определяется также современными требованиями по повышению теплозащитных свойств наружных ограждений жилых домов согласно Изменению №3 СНиП 11-3*

79** «Строительная теплотехника». Поэтому оправданы исследования теплоизоляционных материалов и изделий, легких сухих смесей на высокопористых заполнителях, с целью их использования в легких штукатурных и кладочных растворах, снижения материалоемкости и теплопотерь ограждений. Так, например, при строительстве энергоблока АЭС с реактором РБМК объем теплоизоляционных работ достиг 15 % от общего объема строительно-монтажных работ; один кубический метр тепловой изоляции позволяет в строительных конструкциях сэкономить 2,5 тонны условного топлива или 300 кВт-ч энергии в год.

По данным Федерального агентства по строительству и ЖКХ к 2010 году получат дальнейшее развитие такие направления как; производство теплоизоляционных материалов, эффективных стеновых материалов, сухих смесей различного назначения. Об уровне производства теплоизоляционных материалов на душу населения в ряде других стран можно судить по данным табл. 1.

Таблица 1

Производство теплоизоляционных материалов на душу населения в промышленноразвитых странах на 1000 жителей, м3

Страна Всего В том числе волокнистых

США 500 240

Швеция 600 240

Финляндия 420 200

Япония 350 200

Россия 45 35

В России остро стоит вопрос противопожарной безопасности зданий: сгорают уникальные библиотеки, памятники архитектуры, детские учреждения. В стране широко применяются тонкостенные железобетонные, армоцементные, фибробетонные конструкции, а также немало деревянных, металлических строений, предел огнестойкости которых не превышает 30-40 мин. Комплексно вопросы огнезащиты указанных конструкций решаются с применением огнезащитных красок, обмазок, штукатурок, матов и плит.

Однако в настоящее время их использование является недостаточным. Часть наших исследований посвящена разработке и внедрению тепло-огнезащитных материалов на основе вермикулита и перлита. Эти материалы являются универсальными пористыми заполнителями и позволяют получать композиционные материалы многоцелевого назначения.

Россия и страны СНГ обладают значительными запасами вермикулита и перлита. Эти минералы после обжига позволяют получать высокопористые зернистые материалы многоцелевого назначения.

Оба заполнителя относятся к особолегким высокопористым сыпучим материалам с малой механической прочностью, отличаются биостойкостью, они не токсичны, не горючи и долговечны. Характерные особенности вспученного вермикулита - анизотропия его частиц, чешуйчатое строение, высокая открытая пористость, значительные упругие деформации. Особенности вспученного перлита - изотропность, форма зерен, близкая к сферической, аморфная структура и ячеистая форма пор близкая к сферической, более низкое водопоглощение, чем у вермикулита.

Исследованиями перлита, материалов и изделий на его основе посвящены фундаментальные работы П. П. Будникова, А. В. Жукова, И. Э. Горяйнова, В. Р. Исраэляна, С. П. Каменского, М. П. Мерзляка, В. П. Петрова, М. В. Симонова, М. Ф. Сухарева и др.

Вопросам аэрированных и поризованных растворов и бетонов посвящены значительные работы Ю. М. Баженова, П. Г. Комохова, А. В. Саталкина, А. М. Сергеева, В. И. Соломатова, В. А. Солнцевой, В. Т. Соколовского, В. В. Стольникова, Г. П. Сахарова, Ю. Д. Чистова и др.

К середине 60-х годов XX века были в основном проведены работы по изучению вермикулитов самого крупного в Европе Ковдорского месторождения (Мурманская область), и крупнейшего в Азии Потанинского месторождения на Урале (Челябинская область). Одной из задач наших исследований было изучение вермикулита таких новых малоизученных месторождений как Инаглинское (Якутия), Каратасское (Казахстан) с разработкой промышленного производства вспученного вермикулита этих месторождений.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является решение проблемы широкого использования вермикулита и перлита в производстве конструктивно-теплоизоляционных, теплоизоляционных, тепло-огнезащитных бетонов и растворов, а также разработка концепции формирования поровой структуры и технических свойств этих материалов методом аэрирования; внедрение технологии производства стеновых камней, плит перегородок, тепло-огнезащитных покрытий и «теплых» стяжек полов на основе вспученного вермикулита, перлита и других пористых заполнителей.

При этом решались следующие задачи:

1. Разработка технологии обогащения и обжига вермикулитов Инаглинского и Каратасского месторождений, а также получение товарного вспученного вермикулита и перлита на промышленных установках.

4. Разработка составов аэрированных тепло-огнезащитных материалов и изделий на основе вспученного вермикулита, перлита и волокнистых л наполнителей со средней плотностью 150 -т- 600 кг/м и температурой применения - до 800 -s- 1200 °С.

5. Исследование АЛБ со средней плотностью 600-1200 кг/м , классов по прочности В1-В7,5 с использованием высокопористых заполнителей, оценка их технических свойств.

6. Разработка составов легких, в том числе аэрированных растворов л

АЛР) со средней плотностью 1000-1300 кг/м классов по прочности В3,5 -BIO с использованием вспученного перлита и вермикулита, изучение технических свойств легких растворов, разработка технологии изготовления «теплых» оснований полов на их основе.

9. Натурные испытания стеновых ограждений с применением вспученного вермикулита и перлита.

Предмет исследования: Разработка технологии производства вспученного вермикулита, подбор составов и исследование свойств аэрированных легких и тепло-огнезащитных бетонов, растворов и сухих кладочных и штукатурных смесей на основе высокопористых заполнителей; разработка технологии и оптимальных режимов работы опытных цехов по производству стеновых камней и перегородок из АЛБ.

Методика исследований: анализ литературы, составление методических карт испытаний, математическое планирование экспериментов, разработка методик исследований материалов и изделий, теоретические и экспериментальные исследования режимов изготовления и применения АЛБ-смесей в производстве изделий, моделирование технологических процессов.

Исследованы недостаточно изученные ранее свойства высокопористых заполнителей: теплопроводность в зависимости от температуры, разряжения газовой среды, от размера и формы зерен, их отражательной способности, влияния поровой составляющей на их свойства.

Разработан новый способ изготовления безусадочных конструкций с засыпкой из вспученного вермикулита.

Разработана методика подбора состава аэрированных легких бетонов и растворов с использованием высокопористых заполнителей («метод поровых объемов»). Изучено влияние поровой составляющей на свойства АЛБ и АЛР.

Подобраны составы, исследованы свойства и разработана технология изготовления тепло- и огнезащитных покрытий на основе вспученного вермикулита, перлита и волокнистых наполнителей со средней плотностью 150-250 кг/м3 и температурой применения 800-1100 °С.

Разработаны и исследованы аэрированные легкие растворы на основе вспученного вермикулита и перлита для производства «теплых» оснований полов, сухие кладочные штукатурные смеси.

Предложены и исследованы аэрированные легкие бетоны со средней плотностью 800-1200 кг/м, классов В3,5 ч- BIO по прочности с использованием вспученного перлита и вермикулита, хвойных опилок, отходов пенополистирола и золы-уноса для производства стеновых камней и плит перегородок.

Проведен сравнительный анализ свойств растворов и бетонов на основе вспученного перлита и вермикулита.

Новизна разработок подтверждена авторскими свидетельствами и патентами, рядом технических условий, инструкций и руководств. Часть результатов исследований автора вошла в монографию, 3 справочных издания, 3 учебных пособия и используется в учебном процессе по дисциплинам: «Строительные материалы», «Архитектурное материаловедение», «Современные строительные материалы» для студентов специальности 2903 «Промышленное и гражданское строительство» и 2905 «Архитектура».

Практическая значимость и реализация результатов работы

Разработана сухая схема обогащения вермикулитовых пород Инаглинского и Каратас-Алтынтасского месторождений с внедрением на объектах треста «Алданстрой» (Якутия) и ППСО «Актюбнефтегазстроя». Показана эффективность обжига вермикулита и перлита в шахтных печах.

Разработаны ТУ 5741-001-0206880-96 «Стеновые камни из аэрированного легкого бетона с пористым наполнителем», ТУ 5741-00402068580-02 «Стеновые камни и плиты перегородок из аэрированного легкого бетона на пористых заполнителях», технологические регламенты для цехов производительностью по 5000 м2 стеновых камней в год. Изделия, изготовленные по разработанной технологии, используются при строительстве коттеджей, садовых домов и хозблоков в Санкт-Петербурге, Ленинградской области и г. Актобе (Казахстан) с ежегодным объемом производства стеновых камней из АЛБ, равным 10-15 тыс. м3.

Теплоизоляционные штукатурные растворы на основе вспученного вермикулита и перлита внедрены на строительных объектах Алдана, Магадана и Санкт-Петербурга. Выпуск легких сухих строительных смесей по разработанной рецептуре освоили ООО «Петроперлит» и ЗАО «Магаданперлит».

Разработаны составы, исследованы свойства и технология изготовления аэрированных легких растворов на основе высокопористых заполнителей (вермикулит, перлит, хвойные опилки) для устройства стяжек оснований полов. Технология внедрена на объектах «Главзапстроя» (тресты 16 и 35), треста «Ленотделстрой», ЗАО «АСЭРП», ЗАО «Стройимпульс» с л ежегодным объемом производства 30 — 50 тыс. м при строительстве жилых домов и гражданских зданий, в том числе таких как Национальная публичная библиотека (Санкт-Петербург), здание ВАМИ, областная больница в г. Сестрорецке и др. Разработаны нормативные документы «Указания по устройству полов с теплозвукоизоляцией на основе вспученного вермикулита и с покрытием из пластика», ВСН-137, Ленинград, Главленинградстрой, 1970; «Руководство по устройству полов с применением «теплых» аэрированных растворов и механизированной подачей к месту укладки», Ленинград, Главзапстрой, 1976; «Руководство по устройству полов с применением «теплых» перлитопесчаных растворов», г. Нальчик, Минжилгражданстрой, 1980).

На промышленных установках, теплообменных аппаратах испытаны и внедрены теплозащитные материалы на основе вспученного вермикулита, перлита, каолиновой ваты и органосиликатных композиций (СКБ «Турбина», ЦНИИМ).

На основании комплексных испытаний разработаны ТУ «Огнезащитное вермикулитовое покрытие - ОВП-1 для стальных строительных конструкций», «Мостострой», 1990. Покрытие внедрено на многих объектах, в том числе при реконструкции Казанского вокзала

Москва), на объектах ЦЭТИ «Союзэнерготеплоизоляция», Концертном зале «Октябрьский», а так же в ряде кинотеатров Санкт-Петербурга.

На защиту выносятся следующие вопросы:

1. Технология получения и результаты исследований свойств вспученного вермикулита Инаглинского и Каратас-Алтынтасского, а также Ковдорского месторождений.

2. Исследования процессов структурообразования в легких и теплоизоляционных аэрированных бетонах и растворах с применением высокопористых заполнителей (вспученный вермикулит, вспученный перлит, хвойные опилки и отходы ППС).

3. Методика подбора состава аэрированных легких бетонов с использованием высокопористых заполнителей («метод поровых объемов»).

6. Технология производства стеновых камней и плит перегородок из аэрированных легких бетонов, технология устройства огнезащитных, теплозащитных покрытий на основе вспученного вермикулита и перлита путем напыления.

8. Технико-экономические расчеты и результаты внедрения разработанных материалов.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 80 печатных трудах, а также на Всесоюзных совещаниях по проблеме «Вермикулит» в КФ АН СССР (г. Аппатиты) 1967, 1971 гг., на координационных совещаниях по теплоизоляционным и акустическим материалам во ВНИИ теплоизоляции (г. Вильнюс, 1973); Гипронинеметаллоруд (г. Ленинград, 1982); УралНИИстромпроект (г. Челябинск, 1980), Теплопроект (1986), Всероссийской конференции (Белгород, 1991), на международных симпозиумах: «Реконструкция Ленинграда — 2000», «Реконструкция и строительство Санкт-Петербурга (2001), юбилейных конференциях, посвященных 100-летию кафедры «Строительные материалы», СПб (2000); 100-летию со дня рождения П. И. Боженова (2004), международных конференциях «Вайгшх» (2001, 2002, 2003 гг.), а также на научных конференциях ЛИСИ - СПбГАСУ в 1965-1982 и 1986-2004 гг.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 362 страницах, включает 106 таблиц и 90 рисунков. Список литературы содержит 351 наименование.

Заключение диссертация на тему "Аэрированные легкие и тепло-огнезащитные бетоны и растворы с применением вспученного вермикулита и перлита и изделия на их основе"

Общие выводы

1. Объектами исследования автора были вермикулиты трех месторождений: малоизученных, но перспективных Инаглинского (близ г. Алдана) и Каратас-Алтынтасского (Казахстан), а также крупнейшего в Европе Ковдорского (Мурманская обл.). Установлено, что исследуемый вермикулит-сырец Инаглинского месторождения является типичным Mg-вермикулитом, образовавшимся из флогопита. Слюдистый минерал Каратас-Алтынтасского месторождения представлен смешанослойным вермикулитом, предположительно развитым по биотиту. Исследуемый промышленный концентрат Ковдорского месторождения состоит из смешаннослойного высокогидратированного гидрофлогопита.

2. Определены технические свойства вспученного вермикулита и перлита, такие как высокая общая пористость (81,3-95,5%) и, как следствие, низкая теплопроводность (А, = 0,050-0,07 Вт/(м-К)), малая насыпная плотность (рн = 70-150 кг/м3), высокая отражательная способность. Эти свойства реализуются в теплозащитных засыпных конструкциях. Предложена вакуум-порошковая вермикулитовая изоляция.

Многолетними экспериментальными натурными испытаниями на крупноразмерных образцах-фрагментах, а затем и самих стеновых панелях с вермикулитовой изоляцией установлено, что вермикулит, находясь в упругосжатом состоянии, осадки не дает, а напряжения в изоляционном слое остаются практически постоянными. Осадка упругосжатой вермикулитовой засыпки не происходит как при увлажнении вермикулита, так и при его сушке, а также при транспортировке панелей и их эксплуатации.

3. Предложены аэрированные легкие бетоны и растворы на вспученных заполнителях - гетерогенные системы, в которых поровая составляющая формируется в значительной степени за счет активного воздухововлечения в скоростном аэросмесителе турбулентного действия, а также за счет избыточной воды затворения и пористого заполнителя.

Исследованы теплоизоляционные аэрированные растворы на основе вспученных заполнителей (вермикулита и перлита), волокнистых л заполнителей со средней плотностью 180-350 кг/м , прочностью при изгибе 0,3-10 МПа, теплопроводностью 0,08-0,12 Вт/(м-К) и водопоглощением не более 4 %.

Огневые испытания во ВНИИПО армоцементных плит с огнезащитной вермикулитовой изоляцией показали, что предел огнестойкости армоцемента повышается с 0,5 час до 3 час в случае использования огнезащитной изоляции на основе вспученного вермикулита.

Подобраны и испытаны тепло-огнезащитные композиции на основе вспученного и невспученного заполнителей и молотых силикатов щелочных

•у металлов со средней плотностью 350—450 кг/м .

Испытания показали, что слой теплозащитного покрытия толщиной 12-15 мм, нанесенный на теплообменник напылением или в виде мастичной теплоизоляции, выдерживает вибрационные воздействия до 18 g. Температурный перепад составляет 230-240 °С при эксплуатационной температуре изоляции не менее 400 °С.

4. Разработаны составы, исследованы технические свойства и осуществлено практическое внедрение аэрированных и поризованных легких растворов со вспученным перлитом и вермикулитом со средней плотностью 900-1300 кг/м , с пределом прочности при сжатии 5,0-15,0 МПа, теплопроводностью 0,3-0,35 Вт/(м-К) и с коэффициентом теплоусвоения Вт менее 5<-, что соответствуют требованиям СНиП 2.03.13 «Полы». м-К)

Установлено, что в зависимости от формы зерен и характера пористости вспученных заполнителей меняются свойства растворов. Перлитопесчаные имеют предел прочности при сжатии на 25—40% выше, чем вермикулитовые (при равной средней плотности). В то же время вермикулитовые растворы превосходят перлитовые по пределу прочности при изгибе на 10-25 %.

Легкие сухие кладочные и теплоизоляционные штукатурные смеси на вспученном перлите после лабораторных исследований прошли натурные теплофизические испытания. Установлено, что фрагменты кладки из поризованных керамических камней и пустотелого облицовочного кирпича на легком кладочном перлитопесчаном растворе с р0 = 1200 кг/м имеют термическое сопротивление больше на 15%, чем на обычном «холодном» цементном растворе.

Испытания фрагментов кладки из керамического камня и облицовочного кирпича на легком перлитовом растворе и с дополнительным оштукатуриванием теплоизоляционным раствором из ССС (толщиной 50 мм) показали увеличение термического сопротивления ограждения на 0,4 (м2-К)/Вт. При этом исключаются так называемые «мостики холода».

1200 кг/м , В-3,5-10, X = 0,2-0,28 Вт/(м-К), для получения стеновых камней и плит перегородок на их основе разработана заводская технология их производства.

Установлено, что за счет скоростного перемешивания в аэросмесителе (V = 740 об/мин) по сравнению с приготовлением АЛБ-смеси в традиционных смесителях, растет рН среды, температура смеси (за счет абразивного действия природного песка на зерна вяжущего) ускоряется процесс набора пластической прочности твердеющих изделий из АЛБ. Коэффициент конструктивного качества АЛБ в 1,5-1,8 раза выше, чем у пенобетона и поризованных легких бетонов на пористых заполнителях.

Изучено влияние ряда технологических факторов (введение ускорителей схватывания и твердения, затворение горячей водой, повышение температуры АЛБ-смеси за счет абразивного действия песка) на кинетику изменения пластической прочности, достаточной для быстрого удаления бортовой оснастки (через 30-45 мин с момента формования).

6. Разработки автора, доведенные до стадии практического внедрения: технология получения вспученного вермикулита (внедрена на ЗЖБИ треста «Алданстрой» и на промбазе ППО «Актюбнефтегазстрой»); вермикулитовые засыпки, огнезащитные краски и растворы, напыляемая огнезащитная изоляция, теплозащитные покрытия теплообменников и теплоизоляционные изделия (плиты и скорлупы) на основе вермикулита, указанные разработки внедрены в СКБ «Турбина», ЦНИИМ, на Слюдяной фабрике, г. Колпино; АЛР для «теплых» стяжек основания полов (внедрены на объектах строительства треста «Ленотделстрой», треста «Ижорстрой» Главзапстроя и др.); стеновые камни и плиты перегородок из аэрированных легких бетонов с применением вспученных вермикулита и перлита и других высокопористых заполнителей.

Легкие сухие строительные смеси на перлите по рецептуре автора выпускаются в промышленных объемах ООО «Петроперлит» и ЗАО «Магаданперлит» для нужд строителей Санкт-Петербурга, Москвы, Магадана и других городов.

Опыт работы экспериментальных цехов по производству СКАБ: ООО «Тектон», ООО «СКАБ», ЗАО «Стройсервис», ЗАО «Новая технология», Санкт-Петербург (см. прил. 44- 45).

Библиография Тихонов, Юрий Михайлович, диссертация по теме Строительные материалы и изделия

1. А. С. 1032724. Бункер-питатель./ Тихонов Ю. М., Салов Ю. 3., Татаров1. М.Н./Б.И.43, 1983.

2. А. С. 114737. Теплоизоляционная органосиликатная масса. Тихонов Ю. М., Аубакирова И. У., Боженов П. И.

3. А. С. 151066. Теплоизоляционный материал / Тихонов Ю. М., Мерзоев Р. Г., Макшанцева А. К. / Б. И., 1979.

4. А. С. 802230. Строительный раствор. / Пожнин А. П., Тихонов Ю. М., Чистяков Б. 3., Томашевич П.Ф., Веселов В.Г./ Б. И. 5, 1981.

5. А. С. 876586. Способ приготовления строительного раствора./ Боженов П. И., Тихонов Ю. М., Аубакирова И. У., Куршев В. Ч. / Б. И. 40, 1981.

6. A.C. 4660218. Теплоизоляционный мат. / Тихонов Ю. М. / Б.И. 29, 1991.

7. A.C. 859332. Способ получения теплоизоляционного материала / ф Тихонов Ю. М., Боженов Л. И., Мирзоев Р. Г., Неклюдова Л. И. и др./1. Б.И. 32, 1981.

8. Акопян Г. Г., Исраелян В. Р. К изучению пористой структуры кислых водосодержащих вулканических стекол. — В сб.: Строительные материалы, детали, изделия. Вып. 6. — Киев: 1966. — С. 22-27

9. Акчабаев А. А. Основы прогрессивной технологии прессуемого арболита. / Автореферат докторской диссертации. — СПб.: СПбГАСУ, 1992. —41 с.

10. Алексеенко П. Д. Исследование процесса измельчения вермикулита на молотковой дробилке. Доклады XVIII научной конференции ЛИСИ. // — Л: i960. —С. 62-64.

11. Алибаев К. Ф., Касымбеков С. Н. Покрытие «Экран» / Пожарное дело, №7, 1976. —29 с.

12. Анализ мероприятий по огнезащите металлоконструкций, применяемых ^ в строительстве. II — Л.: Главзапстрой, 1984. — 25 с.

13. Аппен A.A. Температуроустойчивые неорганические покрытия. — Л.: Химия, 1976. —295 с.

14. Архипов В. В., Макбузов А. С. Лёгкие аэрированные бетоны на основе вермикулита. Строительство трубопроводов. — М.: Наука, 1991. — 26 с.

15. Атаманов А. В., Афанасьев А. П. Строение и типы руд Ковдорского вермикулитового месторождения. Сб. «Геология, свойства и применение вермикулита». — Изд. «Наука», 1967. — С. 45 49.

16. Аубакирова И. У. Аэрированные растворы с высокопористыми заполнителями для полов и специальной теплоизоляции. Автореферат кандидатской диссертации: — Л.: ЛИСИ, 1989. — 22 с.

17. Аубакирова И. У. Применение вермикулита и перлита для специальной изоляции. В кн.: Строительные материалы из попутных продуктов18

Похожие работы

Строительство
05.23.00