Н.О. КОПАНИЦА, канд. техн. наук, Ю.С. САРКИСОВ, др техн. наук,
А.Б. РЫЖИКОВ, аспирант (Томский государственный архитектурностроительный
Проблема энергосбережения в строительстве многопланова. Значительная роль отводится комплексному и рациональному использованию местного органоминерального сырья и низкотемпературным процессам формирования структур твердения при изготовлении эффективных теплоизоляционных стеновых материалов.
Сибирь богата природным сырьем, промышленное производство сопровождается образованием отходов, пригодных для изготовления из них эффективных материалов ограждающих конструкций в малоэтажном и сельскохозяйственном строительстве.
Широкие потенциальные возможности торфа для использования в различных областях обусловлены особенностями его состава и строения. Торф является уникальным природным образованием, состоящим из отложений органического происхождения и неорганических соединений.
Томская область имеет самую высокую в России степень заторфо-ванности (35,5%). На ее территории выявлено и учтено около 1505 торфяных месторождений. Детально исследовано 74 месторождения, и общее количество запасов составляет 871,3 млн т. Торфяные ресурсы позволяют добывать торф в количестве 50 млн т ежегодно.
Опыт применения этого материала в строительстве в основном связан с использованием верхового торфа, обладающего вяжущими свойствами в естественном состоянии [1, 2]. Однако низкая степень разложения верхового торфа предполагает его высокую биологическую активность, что приводит к снижению долговечности строительных материалов на его основе. Верховые торфа востребованы в других отраслях народного хозяйства, поэтому запасы его со временем уменьшаются.
Малоизученным является направление по использованию в строительстве низинных торфов, имеющих значительное содержание минеральной части и высокую степень разложения. Низинные высокозольные торфа по сравнению с верховыми характеризуются меньшей влажностью, большей однородностью гранулометрического состава, значительно меньшей кислотностью (рН = 6—8), но уступают по вяжущим свойствам.
Низинные торфа использовались в основном как наполнитель в композициях с минеральными вяжущими или органическими связующими веществами (цемент, гипс, известь, битум, полимеры) [3]. Значительные запасы низинных торфов, невостребованность их в других отраслях, а также наличие в составе активных функциональных групп, обеспечивающих потенциальные возможности физико-химического модифицирования, позволяют отнести низинные торфы к перспективным местным природным сырьевым материалам.
Представленные ниже результаты исследований показывают возможность создания эффективного, экологически чистого стенового материала для ограждающих конструкций зданий с повышенной теплозащитой на основе местного торфодревесного сырья.
Физическую модель создаваемого теплоизоляционного материала можно представить как каркасный пори-зованный композит, в котором каркасообразующим элементом являются отходы лесопиления, а вяжущим — модифицированная торфяная суспензия. Хорошее сродство на контакте древесных опилок и торфяного вяжущего предопределяет благоприятные условия для объемного структурообразования отформованных изделий. Для уменьшения средней плотности и повышения теплозащитных свойств торфяное вяжущее поризуют различными добавками.
Для оценки структурообразующих возможностей низинного торфа были проведены исследования влияния различных способов активации (химического, термического, механического, физического, комбинированных) на параметры прочности и плотности торфодревесного композита. Соответственно использовались различные способы модифицирующего воздействия на торф — химический, термический, механический, электрофизический и комбинированные.
С позиций термодинамики указанные воздействия являются энергетическими, приводящими к изменению свойств и состояния торфяной системы в целом. При физикохимических воздействиях разрушается природная коагуляционная структура торфа и активизируются функциональные группы, формирующие структуру ТДК.
Сравнение результатов показывает, что одним из эффективных способов улучшения структурных характеристик вяжущего из низинного торфа является его механохимическая активация, при которой в торфе разрываются структурообразующие слабые связи, диспергируются агрегаты, что приводит к ускорению химических процессов. Были исследованы факторы, влияющие на формирование структуры торфовяжущего, — режимы активации, удельная поверхность торфа, время твердения [1].
Основные свойства композиционного материала (прочность, плотность и др.) существенно зависят от физико-механических параметров каркасообразующего компонента, степени упаковки и формирующейся пустотности, в связи с чем были проведены исследования по определению влияния крупности и зернового состава древесного заполнителя — опилок на свойства ТДК. Установлено, что на прочность торфодревесного композита в основном влияет гранулометрический состав и степень упаковки, и в меньшей мере его дисперсность.
Важным фактором, влияющим на процесс формирования структуры торфовяжущего, является температурное воздействие. В зависимости от диапазона температур обработки в торфяном вяжущем развиваются реакции конденсации ароматических веществ (с последующим их спеканием), плавления и размягчения смол, битумов, некоторых водорастворимых соединений и лигнина. При нагревании торфа в стесненных условиях происходит термическое расщепление растительных остатков, выделение органических кислот, поликонденсация образующихся химических соединений и их взаимодействия с лигнином. Это может способствовать получению прочных изделий, не требующих введения специальных вяжущих [4].
Рис. 1. Влияние модифицирующих добавок на водопоглощение ТДК (над водой при Wотн = 90%). 1 — ТДК без добавок, 2 — ТДК с 10% «Аквасил», 3 — ТДК с 5% СКС-65Г, 4 — ТДК с 5 % ЭБК-2, 5 -ТДК с 3% ГКЖ-94
Рис. 2. Влияние пенообразующей добавки на плотность ТДК. 1 — «Неопор», 2 — «ТЕАС»
Рис. 3. Влияние пенообразующей добавки на коэффициент конструктивного качества. 1 — «Неопор», 2 — «ТЕАС»
Максимальная прочность торфодревесных композитов обеспечивается при температуре обработки образцов 85оС, а процесс формирования структур твердения заканчивается практически к 24 ч тепловой обработки.
Важное значение для рекомендаций по использованию теплоизоляционных торфодревесных плит и для оценки их долговечности имеет оценка их эксплуатационных свойств — водостойкость, теплопроводность, деформативность. Для улучшения этих параметров было изучено влияние модифицирующих добавок (гидрофобизирующих, по-рообразующих) на свойства изделий. Влияние гидрофобизирующих добавок оценивалось по изменению показателя капиллярной влажности торфодревесных плит по времени (рис. 1).
Оптимальное количество гидро-фобизирующей добавки определялось в предварительных исследованиях. Образцы, обработанные различными гидрофобизаторами, выдерживались в ванне с гидравлическим затвором в течение 24 ч (рис. 1).
Одним их важных показателей качества для теплоизоляционных материалов является теплопроводность. Значение этого показателя зависит от плотности материала, величины и структуры пор. Оптимизировать структуру пор, а также снизить плотность изделий возможно при введении широкоизвестных пенообразующих добавок «Неопор» и «ТЕАС». Полученные результаты приведены на рис. 2.
Значительное снижение плотности до 170 кг/м3 путем поризации вяжущего позволяет снизить коэффициент теплопроводности изделий до 0,04 Вт/(моС). Дальнейшее увеличение содержания порообра-зующих добавок нецелесообразно ввиду значительного снижения механической прочности изделий. Оптимальное соотношение между прочностью и плотностью можно оценить по коэффициенту конструктивного качества (ККК), значения которого в зависимости от содержания и вида поризующей добавки приведены на рис. 3.
В результате выполненных исследований были получены торфодревесные композиционные материалы, имеющие следующие параметры: средняя плотность — 170—300 кг/м3, прочность при сжатии 0,53—0,58 МПа, прочность при изгибе 0,33—0,35 МПа, теплопроводность 0,04—0,08 Вт/(моС).
Полученные результаты исследований использованы при разработке технологии получения эффективных материалов для ограждающих конструкций с повышенной теплозащитой и составления технологического регламента.
Список литературы
- Кудяков А.И., Копаница Н.О., Романюк Т.Ф., Завьялов И.И. Торфяные модифицированные композиты для эффективных стеновых конструкций // Вестник ТГАСУ. 2000. № 2. С. 162-170.
- Каминская Т.Я. и др. Изменение химического состава торфа при диспергировании // Химия твердого топлива. 1997. № 1. С. 14-24.
- Кудяков А.И., Пименова Л.Н., Романюк Т.Ф., Аниканова Л.А., Шарова В.В. Структурообразование бесцементных вяжущих в композициях с древесным заполнителем // Изв. вузов. Строительство. 1996. № 8. С. 26-30.
- Кудяков А.И, Копаница Н.О., Завьялов И.И. Формирование прочности активированного торфяного вяжущего в торфодревесных композитах // Изв. вузов. Строительство. 2001. № 7. С. 43-46.
Статья взята из журнала «Строительные материалы»
