Исследование теплоизоляционных материалов с использованием заполнителей на основе вспененных природных силикатов

Актуальным в гражданском и промышленном строительстве является уменьшение материалоемкости строительных конструкций и снижение теплопроводности строительных материалов при сохранении достаточной прочности.

Целью работы является исследование плотности, теплопроводности и прочности теплоизоляционных материалов и мелкозернистых бетонов на цементном вяжущем с применением вспененных силикатов. Для получения пористых заполнителей использовались вермикулит Татарского месторождения (Красноярский край), перлиты Хасынского (Магаданская область) и Мухор-Талинского (Республика Бурятия) месторождений, трепел Потанинского месторождения (Челябинская область).

Результаты. Установлено, что прочность материалов на цементном вяжущем с использованием вспененных силикатов определяется прочностью цементного камня, заполнителя и прочностью контактной зоны цементного камня с заполнителем. Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов на основе вспененных гранул природного дисперсного сырья (вермикулит, перлит, трепел) на цементной связке (23,5 % об.) находится в границах 0,112–0,181 Вт/(м·K), что в 1,5–1,6 раза больше по сравнению с коэффициентом теплопроводности насыпанного слоя гранул.

Предел прочности при сжатии полученных материалов составляет 2,0–4,0 МПа. Прочность при сжатии легких мелкозернистых бетонов при дополнительном введении кварцевого песка до 32 % об. с использованием пластификатора возрастает до 8,5 МПа в композициях с вермикулитом и до 9,4 МПа в композициях с перлитом Мухор-Талинского месторождения.

В зависимости от содержания кварцевого песка плотность бетонов со вспененным вермикулитом меняется от 1100 до 1400 кг/м³, а со вспененным перлитом – от 1300 до 1600 кг/м³. При этом коэффициенты теплопроводности для бетонов с минимальными плотностями соответствуют значениям 0,193 Вт/(м·K) в композиции с вермикулитом и 0,286 Вт/(м·K) в композиции с перлитом. При максимальных плотностях мелкозернистых бетонов коэффициенты теплопроводности увеличиваются до значений 0,277 и 0,411 Вт/(м·K) соответственно.

1. Искусственные пористые заполнители и легкие бетоны на их основе : справочное пособие / под ред. Ю.П. Горлова. Москва : Стройиздат, 1987. 304 с.

2. Сапелин А.Н. Лёгкие бетоны нового поколения // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2014. № 4. С. 79–83.

3. Muhtar. Performance-based experimental study into quality zones of lightweight concrete using pumice aggregates // Case Studies in Construction Materials. 2023. V. 18. e01960. URL: https://doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e01960

4. Karthika R.B., Vidyapriya V., Nandhini Sri K.V., Beaula K.M.G., Harini R., Sriram M. Experimental study on lightweight concrete using pumice aggregate // Materials Today: Proceedings. 2021. 43. P. 1606–1613. URL: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.09.762

5. Hariyadi H.T. Enhancing the performance of porous concrete by utilizing the pumice aggregate // Procedia Engineering. 2015. V. 125. P. 732–738. URL: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.11.116.

6. Shannag M.J., Charif A., Dghaither S. Developing structural lightweight concrete using volcanic scoria available in Saudi Arabia // Arabian Journal for Science and Engineering. 2014. V. 39. P. 3525–3534. URL: https://doi.org/10.1007/s13369-014-1019-5

7. Rashad A.M. A short manual on natural pumice as a lightweight aggregate // Journal of Building Engineering. 2019. V. 25. P.100802. URL: https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.100802

8. Rajeswari S., George S. Experimental study of light weight concrete by partial replacement of coarse aggregate using pumice aggregate // International Journal of Scientific Engineering and Research. 2015. V. 4. № 5. P. 50–53. URL: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.09.762

9. Гладких И.В., Волынкина Е.П. Утилизация зольных микросфер Западно-Сибирской ТЭЦ при получении безобжиговых композиционных материалов // Экология и промышленность России. 2009. № 2. С. 32–36.

10. Мальцев Е.В., Козлов А.В., Каклюгин А.В., Козлов Г.А. Ячеистые бетоны на основе зольных микросфер Новочеркасской ТЭС // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2003. № 5-2. С. 404–405.

11. Мальцева И.В., Мальцев Е.В. Мелкозернистые конструкционно-теплоизоляционные легкие бетоны на заполнителе из зольных микросфер // Научное обозрение. 2015. № 20. С. 120–123.

12. Теряева Т.Н., Костенко О.В., Исмагилов З.Р., Шикина Н.В., Рудина Н.А., Антипова В.А. Физико-химические свойства алюмосиликатных полых микросфер // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2013. № 5 (99). С. 86–90.

13. Енджиевская И.Г., Василовская Н.Г., Гофман О.В., Игнатьев Г.В. Композиционный материал на основе вспученного вермикулита для огнезащитных покрытий // Фундаментальные исследования. 2016. № 2–1. С. 48–53. URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39878

14. Лотов В.А., Кутугин В.А. Использование термической поризации смесей при получении плит из вспученного вермикулита // Строительные материалы. 2015. № 5. С. 89–91.

15. Жерновой Ф.Е., Мирошников Е.В., Жерновая Н.Ф. Перлит Мухор-Талы как стекольное сырье // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2012. № 3. С. 32–36.

16. Никитин А.И., Стороженко Г.И., Казанцева Л.К., Верещагин В.И. Теплоизоляционные материалы и изделия на основе трепелов Потанинского месторождения // Строительные материалы. 2014. № 8. С. 34–36.

17. Казанцева Л.К., Юсупов Т.С., Лыгина Т.З., Шумская Л.Г., Цыплаков Д.С. Пеностекло из механоактивированных бедных цеолитсодержащих пород // Стекло и керамика. 2013. № 10. С. 18–22.

18. Казанцева Л.К. Особенности изготовления пеностекла из цеолитщелочной шихты // Стекло и керамика. 2013. № 8. С. 3–7.

19. Казьмина О.В., Верещагин В.И., Семухин Б.С., Абияка А.Н. Низкотемпературный синтез стеклогранулята из шихт на основе кремнеземсодержащих компонентов для получения пеноматериалов // Стекло и керамика. 2009. № 10. С. 5–8.