автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Теплоизоляционно-конструкционные композиты с применением алюмосиликатных микросфер

На правах рукописи

САПЕЛИН Андрей Николаевич

Теплоизоляционно-конструкционные композиты с применением алюмосиликатных микросфер

05.23.05 — Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

БЕЛГОРОД-2014

005557678

005557678

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении «Научно-исследовательский институт строительной физики Российской Академии архитектуры и строительных наук» (НИИСФ РААСН)

Научный - Бессонов Игорь Вячеславович

руководитель кандидат технических наук, старший научный сотрудник Официальные - Орешкин Дмитрий Владимирович оппоненты доктор технических наук, профессор, Федеральное

государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет»,

заведующий кафедрой строительных материалов

- Кара Карина Александровна

кандидат технических наук, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова», старший преподаватель кафедры городского кадастра и инженерных изысканий

Ведущая - Государственный Ордена Трудового Красного Знамени

организация Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона им. А. А. Гвоздева (НИИЖБ)

Защита состоится « 23 » декабря 2014 года в 14-30 00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.014.01 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова по адресу: 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, ауд. 242 г.к.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова и на сайте http://gos att.bstu.ru/dis.

Автореферат разослан «21» октября 2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Снижение энергоёмкости валового продукта, которое является магистральной целью развития отечественной экономики, и ужесточение требований к повышению комфортности системы «человек - материал среда обитания» предполагают реализацию энергосберегающих мероприятий во всех сферах строительства. Одним из возможных путей повышения энергосбережения зданий является снижение эксплуатационной теплопроводности ограждений, в частности, несущих стен ограждающих конструкций.

Повышение термического сопротивления оболочки здания может достигаться двумя основными способами: использованием строительных систем, включающих функциональные слои различного назначения, и использованием эффективных теплоизоляционно-конструкционных материалов.

Первый способ нашел применение в штукатурных фасадах с утеплителем, вентилируемых фасадах, слоистой кладке. При этом, как показывает практика, этот способ предполагает высокую культуру комплектации материалами, монтажа строительных систем и эксплуатации конструкций, что не всегда может быть обеспечено при массовом строительстве.

В связи с этим наблюдается повышение интереса к конструкционно-теплоизоляционным материалам, позволяющим улучшить

энергоэффективность зданий без применения дополнительных теплоизоляционных элементов. К подобным материалам, в первую очередь, относят ячеистый бетон автоклавного твердения, который является наиболее распространенным и качественным конструкционно-теплоизоляционным материалом. Однако, высокое сорбционное увлажнение и существенное ухудшение теплоизоляционных свойств в увлажнённом состоянии, являются его слабыми местами. Указанные проблемы в связи с климатическими изменениями приобрели особую остроту.

Решением обозначенных проблем является разработка эффективного конструкционно-теплоизоляционного материала с регулируемой пористостью на основе алюмосиликатных микросфер с повышенной прочностью и пониженной теплопроводностью при эксплуатационном увлажнении.

Диссертационная работа выполнена в рамках ФЗ №261 от 23 ноября 2009 года «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности».

Цель работы: разработка эффективных строительных материалов на основе алюмосиликатных микросфер для использования их в однослойных ограждающих конструкциях.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ показателей качества конструкционно-теплоизоляционных строительных материалов и изделий, а также основных свойств алюмосиликатных микросфер;

- разработка технологии производства конструкционно-теплоизоляционных строительных материалов на цементном вяжущем, жидкостекольном связующем, а также обжиговых композитов на основе алюмосиликатных микросфер;

- исследования тепловлажностных и физико-механических характеристик разработанных материалов и однослойных ограждающих конструкций на их основе;

- подготовка нормативных документов, практическая реализация результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна работы

1. Установлена возможность интенсификации процессов струюурообразования теплоизоляционно-конструкционных материалов за счёт варьирования количества и вида микросфер и вяжущего, условий формования и параметров синтеза, что позволяет создавать материалы для однослойных ограждающих конструкций со средней плотностью 500...700 кг/м3, пределом прочности при сжатии до 15,6 МПа (при рср=1400 кг/м3 - Ясж до 63 МПа), с низкой сорбцией и теплопроводностью в реальных условиях эксплуатации.

2. Выявлены особенности строения композитов с использованием алюмосиликатных микросфер в зависимости от вида вяжущего. Разрушение образцов на цементном вяжущем происходит по зоне контакта с микросферами, имеются в наличии макропоры 0,2... 0,4 мм. Разрушение обжиговых образцов с использованием глинистых пород происходит в основном по микросферам, что свидетельствует о высокой адгезии к ним цементирующих новообразований; структура контактная, микропористость незначительная, чем и объясняются особенности гидрофизических свойств и теплопроводности.

3. Установлен характер влияния увлажнения на механизм передачи тепла материалами на основе микросфер. В отличие от ячеистого бетона, где тепло идет по материалу каркаса, теплопроводность которого в разы больше, чем у воздуха, в материалах на микросферах тепло передается поочередно то по микросфере, то по связующему компонешу, а, учитывая, околонулевую сорбцию микросферы, увлажнение материала на микросферах влияет лишь на теплопроводность связующего компонента, что в слоистой конструкции (микросфера-связующее-микросфера-связующее) выражается в меньшем приращении теплопроводности на процент влажности.

4. Предложена методика проектирования теплоизоляционно-конструкционных материалов, учитывающая параметры матрицы, расположение, форму и размеры пор, которая напрямую связывает физические свойства и косвенно характеризует целый ряд эксплуатационных показателей. Применение определённых показателей позволяет

проектировать композиты с заранее заданными свойствами плотностью, прочностью, теплопроводностью при изменяющейся влажности и др. Использование данной методики позволило разработать широкую номенклатуру теплоизоляционно-конструкционных композитов с рср=500-1400 кг/м3 и прочностью до 63 МПа в зависимости от плотности.

Достоверность результатов работы и выводов обеспечена систематическими исследованиями с применением стандартных средств и методов измерения, использованием комплекса современных физико-химических методов анализа, реттенофазового и дифференциально-термического анализов, электронной микроскопии, достаточным объемом исходных данных и результатов исследований.

Практическое значение работы

- разработаны технологии получения конструкционно-теплоизоляционных строительных материалов с искусственной пористостью, создаваемой полыми алюмосшшкатными микросферами на основе различных вяжущих;

- предложены критерии оценки качества строительного материала, позволяющие судить о внутренней структуре и свойствах компонентов материала;

- изучен широкий спектр свойств материалов на основе алюмосиликатных микросфер, позволяющих находить более рациональные решения в строительстве;

- выпущена опытная партия скорлуп для трубопроводов на основе гидравлических вяжущих и микросфер;

- разработана однослойная строительная конструкция стены с применением материалов на основе микросфер;

- найдены оптимальные конструктивные параметры установки для измерения теплопроводности фрагментов строительных конструкций.

Внедрение результатов исследований

Для внедрения результатов исследований диссертационной работы разработаны следующие нормативно-технические документы: технические условия на скорлупы для трубопроводов на основе гидравлических вяжущих и микросфер.

На основании разработанной нормативной документации выпущена опытно-промышленная партия теплозащитных скорлуп для трубопроводов.

По результатам проведённых конструктивного и тепповлажностного расчётов, компьютерного моделирования новых типов конструкций с использованием материалов на основе микросфер, разработаны рекомендации по применению их в строительстве

Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены и используются в учебном процессе в НИИСФ РААСН в Научно-образовательном центре «Энергоэффективные и комфортные здания» при подготовке кадров и повышения их квалификации по программам «Энергоэффективность и энергосбережение» и «Благоприятная среда

обитания человека»

Результаты работы применены при подготовке Межгосударственного стандарта ГОСТ 25898-2012 «Материалы и изделия строительные. Методы определения паропроницаемости и сопротивления паропроницанию» и Национального стандарта ГОСТ Р 55338-2012 «Кладка каменная и изделия из неё. Методы определения расчетных значений показателей теплозащиты»

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на: III Академических чтениях, посвященных памяти академика РААСН Г.Л. Осипова "Актуальные вопросы строительной физики энергосбережение и экологическая безопасность" (Москва, 2011); XXVIII конференции и выставке "Москва: проблемы и пути повышения энергоэффективности" (Москва, 2011); IV академических чтениях, посвященных памяти академика РААСН Г.Л. Осипова "Актуальные вопросы строительной физики - энергосбережение, надежность и экологическая безопасность" (Москва, 2012); конференции и выставке «Москва -энергоэффективный город» (2012); Международной научно-практической конференции V Академические чтения «Актуальные вопросы строительной физики: энергосбережение. Надежность строительных конструкций и экологическая безопасность» (Москва, 2013).

Публикации

Результаты исследований и основные положения диссертационной работы, изложены в 12 научных публикациях, в том числе в 1 монографии и в 7 статьях ведущих рецензируемых изданий, рекомендуемых для публикации по диссертационным исследованиям. Получены два патента РФ.

Объём и структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, включающего 162 наименований, и 3 приложений. Работа изложена на 219 страницах текста, содержит 75 рисунка, 51 таблицу.

На защиту выносятся:

- теоретическое обоснование и технология получения конструкционно-теплоизоляционного строительного материала на основе алюмосиликатных микросфер с улучшенными прочностными и теплотехническими характеристиками;

- составы и свойства конструкционно-теплоизоляционных материалов на основе алюмосиликатных микросфер и вяжущих;

- коэффициенты качества строительного материала по прочности и по теплопроводности и результаты теплотехнического расчета однослойной ограждающей конструкции стены на основе материалов из микросфер.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Водопоглощение ячеистого бетона плотностью 400 кг/м3 может доходить до 80 % по объёму. Безусловно, в условиях реальной эксплуатации такая степень увлажнения материала может возникнуть только в чрезвычайных ситуациях (наводнение, аварии систем отопления и водоснабжения). Однако, повышение влажности газосиликата с 10 до 20 % (при плотности 500 кг/м3) приведёт к повышению его теплопроводности на 30... 40 %.

Основная идея заключается, с одной стороны в изоляции как можно большей части воздуха находящегося в поровом пространстве материала от взаимодействия с внешней средой, с другой стороны, обеспечение воздухопроницаемости материала. Наиболее совершенными материалами с точки зрения изоляции порового пространства является пеностекло, пемза, полимерные материалы; а по обеспечению воздухопроницаемости - ячеистые бетоны автоклавного твердения. Все вышеприведенные материалы обладают своими недостатками: незначительные запасы, стоимость, экологичность, неудовлетворительные физические характеристики. В связи с этим значительный интерес представляет разработка технологии производства теплоизоляционно-конструкционных материалов с низкой

теплопроводностью при эксплуатационном увлажнении на основе микросфер.

Алюмосиликатная микросфера (рис. 1), являющаяся основой разработанных материалов, представляет собой стеклокристаллический шарик, размером 20...500 мкм, с толщиной стенки 10 % от диаметра. Содержание алюмосиликатных микросфер в золошлаковых отходах от 0,1 % до 3 %. В химическом составе микросфер преобладают оксиды кремния и алюминия:

Оксиды ЗЮ2 А1 О 2 .1 СаО N^0 к?о N3,0 ТЮ2

Содержание, % 55+65 25+33 1+6 0,2+0,6 1+2 0,2+4 0,3+2 0,5+1

Рис. 1. Общий вид алюмосиликатных микросфер при увеличении: а) х200; б) х500.

Для оценки влияния пористости и геометрии пустот на прочность, были введены коэффициенты структуры по прочности Ken и теплопроводности КСт, определяющие качество материала с прочностной и теплотехнической стороны соответственно. Также представлен обобщающий коэффициент качества Копх, применимый непосредственно к конструкционно-теплоизоляционным материалам.

Формула для определения коэффициента структуры по прочности:

R ~ . Г.ПМН

= 6,74-Ю"'-a-R°

iß-пвГ

Правая часть уравнения (1) характеризует внутреннюю структуру материала, влияющую на его конечную прочность, а, следовательно, и на качество материала с прочностной стороны. Обозначим правую часть уравнения (1) как КСп~ коэффициент структуры по прочности:

К =_(2)

сп (р-116)112

Таким образом, зная прочность и плотность материала, можно определить качество его структуры, в виде совокупности внутренних свойств, выраженных одним коэффициентом Ken-

Формула для определения коэффициента структуры по теплопроводности:

/?- 0,848ЯД< 1Д2 (3)

/1 = Ав+-Щ-Р

Р.ч

В уравнении (3) множитель /?• 0,848ДЦ характеризует внутреннюю

„1,12 Ри

структуру материала, влияющую на его конечную теплопроводность, а, следовательно, и на качество материала с тегаюпроводящей стороны. Обозначим этот множитель как Кет - коэффициент структуры по теплопроводности:

X = 0,026 + Ксгр'Л2 или к = Л-0,026 (4)

ЫГ 1.12

Таким образом, зная теплопроводность и плотность материала, мы можем определить качество его структуры с теплопроводящей стороны в виде совокупности внутренних свойств, выраженных одним коэффициентом

Кст.

При выборе материала для ограждающих конструкций необходимо выбирать материалы с наибольшим коэффициентом структуры по прочности и наименьшим коэффициентом структуры по теплопроводности.

Knrrr —

Kcn _ Rpl" _R__(5)

Кст (Л- 0,026)(р -116)1'12 (Я-0,026Х1-П6¡Pf1'

где: R - прочность, МПа; X - теплопроводность, Вт/(м-К); р - плотность, кг/м3.

Чем выше критерий оптимизации по прочности и теплопроводности, тем качественнее материал.

Апробация теоретических исследований осуществлялась путём разработки материалов на алюмосиликатных микросферах для однослойной строительной конструкции зданий и сооружений. В ходе исследований были разработаны следующие материалы: на основе микросфер и глины (МСГ); на основе микросфер и жидкого стекла (МСЖС); на основе микросфер и цемента (МСЦ).

Теплоизоляционно-конструкционный композит с использованием микросфер и глины (МСГ).

Таблица 1. Характеристики материалов МСГ (на глиняном связующем)

Маркировка состава

Микросферы/

Давление прессования, МПа

Плотность, кг/м3

Прочность, МПа

Водопо-

глощение. %

Теплопроводность, Вт/(м'К)

Кс1г103КсгЮбК«п

Коэффициенты

МСГ-2

65/35

МСГ-3

70/30

МСГ-4

75/25

МСГ-5

65/35

МСГ-6

70/30

0,241

МСГ-7

75/25

Рис. 2 Микроструктура материала на глиняном связующем при увеличении: а) МСГ-3 х200; б) МСГ-3 хЗООО

Интеллектуальная собственность технологии защищена патентом РФ. Основные характеристики материалов МСГ приведены в табл. 1. Из рис. 2 видно, что материал имеет однородную структуру, с равномерным распределением микрозаполнителя. Макроскопические поры и другие дефекты отсутствуют. Обращает внимание большое количество

повреждённых микросфер на изломе. Данное явление типично для материалов на пористых заполнителях, и указывает на высокую адгезию матрицы к микросферам. Структуру материала можно охарактеризовать как контактную с частичным заполнением межзернового пространства. Морозостойкость материала составляет более 100 циклов.

Теплоизоляционно-конструкционные бетоны на основе цементного вяжущего и микросфер (МСЦ). Составы и основные свойства материалов МСЦ представлены в табл. 2.

Таблица 2. Свойства бетона МСЦ

Маркировка состава Вяжущее / микросфсры В/Ц Плотность, кг/м3 Прочность, МПа Водопогло -щснис, % Теплопроводность. Вт/(мК) Коэффициенты

Ксп-103 Кс-г Ю" Копт

МСЦ-1 2,8/0,6 0,25 1407 63,1 7,4 0,445 20,7 124,8 166

МСЦ-2 1,57 / 0,67 0,32 1076 35,1 12,8 0,380 16,0 142,4 113

МСЦ-3 1,15/0.74 0,55 864 22,1 19,8 0,301 13,4 141.4 94

МСЦ-4 0,78/0,84 1,07 677 8,9 36,8 0,200 7,4 117,6 63

МСЦ-5 0,64//0,96 1,37 575 6,6 39,5 0,175 6,9 120,9 57

Рис. 3 Микроструктура материала на цементном вяжущем при увеличении: а) МСЦ-4 х80; б) МСЦ-3 х40000 Из рис. 3 «а» видно, что материал имеет достаточно однородную структуру. Частицы микрозаполнителя достаточно компактно упакованы, полностью и равномерно покрыты новообразованиями, зона контакта смежных частиц расширена за счёт обрастания цементным камнем. Разлом происходит по контактной зоне цементного камня и частицы микрозаполнителя. Практически отсутствуют поврежденные микросферы. Величина адгезии цементного камня не превышает прочности частиц микрозаполнителя. На рис. 3 «б» отчётливо видно отсутствие прорастания кристаллов новобразований в стенку оболочки микросферы. В тоже время

поверхность микросфер служит отличной подложкой для роста кристаллов новообразований.

Материал на основе жидкого стекла и микросфер (МСЖС). Составы и основные свойства полученных материалов показаны в табл. 3. Свойства материалов МСЖС схожи с материалами МСГ, однако имеют более развитую микропористость и повышенные прочностные характеристики.

Таблица 3. Свойства и основные свойства МСЖС

Маркировка состава Микросферы / связующее Давление прессования, МПа Плотность. кг/м3 Прочность, МПа Водопо- глощение, % Теплопроводность, Вт/(мК) Коэффициенты

Ксп-103 Кст-106 Копт

МСЖС-1 65/35 1,6 507 6,5 65,2 0,143 8.1 109,3 74

МСЖС-2 65/35 3,2 612 12,8 49,9 0,179 12,3 115,8 106

МСЖС-3 70/30 3,2 597 11,0 51,2 0,177 10,9 117,5 93

МСЖС^ 75/25 3,2 605 6,3 53,0 0,177 6,1 115,7 53

МСЖС-5 65/35 5,0 715 15,6 42,0 0,210 12,1 116,9 103

МСЖС-6 70/30 5,0 715 15,5 40,8 0,222 12,0 124.6 96

МСЖС-7 75/25 5,0 709 9,5 39,3 0,215 7,4 121,3 61

Свойства материалов по пористости и по отношению к действию влаги и её паров (водопоглощению, паропроницаемости, коэффициенту абсорбции, сорбции) представлены в табл. 4.

Таблица 4. Свойства материалов на основе портландцемента (МСЦ-5), __жидкого стекла (МСЖС-3) и глины (МСГ-3)

Показатели МСЦ-5 МСЖС-3 МСГ-3

Пористость, м'/м3 0.615 0,477 0,592

Водопоглощение. % масс. 42,2 51,2 41.7

Водопоглощение. кг/м3 238,4 275,5 294,8

Паропроницаемость для сухого климата, мг/(м ч-Па) 0,0388 0,0747 0,111

Паропроницасмость для влажного климата, мг/(м-ч-Па) 0.0319 0,0664 0,106

Коэффициент абсорбции воды. кг/м2^ч 1,79 81,09 72.91

Сорбция (%) при 80% О.В.В. (экспериментальное знач.) 4,4 2.05 0,022

Сорбция (%) при 97% О.В.В. (экспериментальное знач.) 15,5 21,4 0,06

Увлажнение материала на микросферах влияет лишь на теплопроводность матрицы (связующего компонента), что в конструкции (микросфера-связующее-м икросфера-связующее) выражается в меньшем приращении теплопроводности на влажности, в сравнении с ячеистой структурой.

слоистой (рис. 4) процент

а б в г

Рис. 4. Модели структуры материала и расчётные схемы для материала на основе микросфер (а, б) и ячеистого бетона (в, г)

но1 о кирпич» и» псионе алюмосиликаты* микросфср и

ттт

На основании экспериментальных данных, получено математическое выражение зависимости теплопроводности от плотности (р, в кг/м3) и влажности (\у, %) для материалов на основе микросфер:

Х=3,397х10"4хр - 0,026 + 1,041 х 10"5хр - 1,798х 10 "3) (6)

Для внедрения результатов исследований были рассчитаны тепловлажностные и прочностные параметры нового типа строительной конструкции на основе материалов из микросфер (рис. 5):

- ограждающая конструкция (стена), состоящая го внутренней штукатурки, кладки из крупноформатного камня на основе алюмосиликатных микросфер и глины, наружной облицовки.

X

¿Клалка ш К крупноформа (

+20°С

Ф=55%

-10.2 С

а

Ф=84%

Внутренняя

штукатурка

189

Рис. 5. Конструкция стены с применением теплоизоляционно-конструкционных материалов на основе микросфер

Принятая конструкция стены удовлетворяет требованиям СНиП 23-02-2003 в отношении как недопустимости накопления влаги в стене конструкции за годовой период эксплуатации, так и из условия ограничения влаги в ограждающей конструкции за период с отрицательными средними

месячными температурами наружного воздуха. Более того, данная конструкция подсыхает до своих нормальных влажностей менее чем за 1 год.

Прочностной расчёт вышеописанной ограждающей конструкции для 6-ти этажного жилого здания по СНиП Н-22-81 показал, что стена удовлетворяет требованием по несущей способности более с чем двукратным запасом по прочности.

Изделия на основе микросфер и глины, в своем технологическом цикле изготовления имеют шаг формовочного прессования, а, следовательно, типоразмеры выпускаемых изделий будут зависеть от пресс-формы. Наиболее рационально в этом случае использовать пресс-форму, с выходом заготовки в виде кирпича. Это может быть как кирпич типоразмера 1 НФ (250x120x65 мм), так и камня 14,3 НФ (510x250x219 мм), причем в случае последнего, ввиду свойств материала на микросферах, нет необходимости дополнительного пустотообразования в виде воздушных щелей.

Для определения теплопроводности крупноформатных изделий и элементов конструкций предложена математическая модель установки повышенной точности, которая позволяет определять данный показатель при различной эксплуатационной влажности.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретически и практически подтверждена рабочая гипотеза о возможности получения высокоэффективных строительных материалов и изделий для новых типов строительных конструкций с заданной пористостью, создаваемой полыми алюмосиликатными микросферами.

2. Использование полых алюмосиликатных микросфер в качестве микрозаполнителя позволяет получать искусственные строительные конгломераты с равномерным распределением закрытых пор сферической формы, что проявляется в повышенной прочности и малых значениях теплопроводности при повышенной эксплуатационной влажности изделий.

3. Проведено теоретическое обоснование и получены зависимости коэффициентов структуры ячеистых материалов по прочности и по теплопроводности. Для оценки эффективности материалов предложен критерий оптимизации по прочности и теплопроводности. На основании оценки материалов по коэффициентам структуры и критерию оптимизации выявлены материалы, которые обладают наилучшими структурными характеристиками.

4. Разработаны конструкционно-теплоизоляционные материалы: обжиговый и гидратационного твердения на основе алюмосиликатных микросфер, имеющие повышенные прочностные характеристики по сравнению с функциональными аналогами. Установлены основные закономерности, позволяющие управлять их свойствами.

5. При изучении микроструктуры материалов на основе микросфер установлено, что их поровое пространство формируется из изолированного

объёма внутри микросфер, объясняющего существенно меньшую зависимость теплопроводности материала от степени увлажнения по сравнению с аналогами, и единого порового пространства, представляющего собой свободные от вяжущего промежутки между частицами микрозаполнителя, обуславливающего достаточно высокое водопоглощение и пористость материала.

6. Адгезия связующего к микросферам существенно выше у обжиговых материалов, в связи с чем, разрушение происходит по микросферам, вероятной причиной чего является наличие у них сродства структур. В материалах гидратационного твердения разрушение происходит по контактной зоне цементного камня и микрозаполнителя.

7. Установлено, что неразвитость поверхности единого порового пространства вне частиц заполнителя обжиговых материалов ввиду негидратационного характера получения материала, является причиной их низкой сорбционной активности, и делает их пригодными для эксплуатации во влажных условиях, не приводит к накоплению влаги внутри конструкций.

8. Материалы гидратационного твердения на основе микросфер имеют более развитую поверхность единого порового пространства ввиду наличия большого количества новообразований. Ввиду их компактного расположения на поверхности микросфер и заполнения ими значительной доли единого порового пространства, по показателям сорбции такие материалы незначительно уступают обжиговым композитам на основе микросфер.

9. Исследованы и проанализированы теплотехнические и физико-механические свойства материалов на основе микросфер для определения областей их рационального применения.

10. Выведена эмпирическая формула теплопроводности в зависимости от плотности и массовой влажности для материалов на основе алюмосиликатных микросфер, позволяющая прогнозировать теплопроводность материала при эксплуатации в конструкции.

11. Объяснен механизм передачи тепла в материалах на микросферах, который приводит к меньшему приращению теплопроводности на процент увлажнения и меньшему значению КТК21.

12. Разработана новая однослойная ограждающая строительная конструкция с применением материалов на основе микросфер, удовлетворяющая требованиям нормативных документов по тепловлажностным и прочностным характеристикам.

13. Разработаны технические условия на теплозащитные скорлупы для трубопроводов на основе алюмосиликатных микросфер.

14. Разработана математическая модель установки повышенной точности для определения теплопроводности фрагментов конструкции, а также элементов конструкции. Выведены зависимости погрешности измерения теплопроводности от различных параметров установки.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах

и изданиях

1. Сапелин А.Н., Сапелин H.A. Влияние структуры пустот на прочность силикатных строительных материалов / Строительные материалы. 2011. №5. С. 44-48.

2. Сапелин А.Н., Бессонов И.В. Коэффициенты структуры как критерий оценки теплотехнического качества строительных материалов. Журнал Строительные материалы. 2012. №6. С. 26-28.

3. Сапелин А.Н. Сорбционные свойства стеновых материалов с применением микросфер / Academia. Архитектура и строительство. 2013. №3. С. 101-104.

4. Сапелин А.Н., Елистраткин М.Ю. Лёгкие бетоны нового поколения / Вестаик БГТУ им. В.Г. Шухова. 2014. №4. С.79-83.

5. Сапелин А.Н., Жуков А.Д., Бессонов И.В., Боброва Е.Ю. Теплозащитные качества стен / Вестник МГСУ. 2014. №5. С.70-75.

6. Сапелин А.Н., Жуков А.Д., Бессонов И.В., Мустафаев P.M. Композиционные материалы с регулируемой пористостью / Промышленное и гражданское строительство. 2014. №6. С.58-61.

7. Сапелин А.Н., Жуков А.Д., Бессонов И.В., Наумова Н.В. Повышение энергоэффективности стеновых конструкций за счет материалов на основе алюмосиликатных микросфер / Вестник МГСУ. 2014. №7. С.93-100.

Публикации в других изданиях

8. Сапелин А.Н., Стеканов Д.И. Оптимизация технологических параметров производства извести из низкосортного карбонатного сырья / Технологии и бизнес на рынке сухих строительных смесей. 2012. №12. С2-3.

9. Sapelin A.N., Zhukov A.D., Bessonov I.V., Naumova N.V., Chkunin A.S., Composite wall materiali / Italian Science Review. 2014. P.2. №11. P. 155-157.

10. Патент на изобретение № 2455253 Способ получения конструкционно-теплоизоляционного строительного материала на основе алюмосиликатных микросфер. Зарегистрирован в Госреестре изобретений РФ 10 июля 2012 г. Сапелин А.Н., Бессонов И.В., Кордюков Н.П..

11. Патент на изобретение № 2473504 Сырьевая смесь для изготовления керамических строительных изделий. Зарегистрирован в Госреестре изобретений РФ 27 января 2013 г. Сапелин А.Н., Бессонов И.В., Кордюков Н.П., Четников Ю.Ю.

Монографии

12. Сапелин А.Н. Теплоизоляционно-конструкционные композиты с применением алюмосиликатных микросфер: монография / А.Н. Сапелин, И.В. Бессонов, М.Ю. Елистраткин. - Москва: НИИ строительной физики РААСН, 2014.-131 с.

САПЕЛИН Андрей Николаевич

Теплоизоляционно-конструкционные композиты с применением алюмосиликатных микросфер

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Подписано в печать 21.10.2014. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ №3223

Типография «ОПБ-Принт» ИНН 7715893757 107078, г.Москва, Мясницкий пр-д, д. 2/1 (495) 777 33 14 www.opb-print.ru