Блог Шаблон

---

Электронный журнал

Предотвращение аварий зданий и сооружений

Перспективы использования энергоэффективных материалов из кремнистых пород в ограждающих конструкциях зданий

Использование строительных пенопластов (главным образом пенополистирола), минерало- и стекловатных утеплителей при возведении энергоэффективных ограждающих конструкций зданий оказывается экономически оправданным в конструкциях с утеплителем в наружном слое ремонтопригодных конструкций или в облегченных ненесущих ограждающих конструкциях каркасных зданий. При проектировании конструкций с применением минераловатных и стекловатных теплоизоляционных материалов необходимо учитывать их способность слеживаться с течением времени.

В качестве утепляющих материалов, расположенных во внутренних слоях наружных стен гражданских зданий, предпочтительны экологически- и пожаробезопасные материалы, обладающие высокой долговечностью и стабильными теплотехническими свойствами в процессе длительной эксплуатации. К числу таких материалов можно отнести обжиговые керамические пористые материалы.

Прочность пористых керамических теплоизоляционных кирпича, камней и блоков позволяет использовать их при кладке стен с перевязкой или соединением гибкими металлическими связями с конструкционными несущими и защитными кирпичными или бетонными элементами, обеспечивая однородную (монолитную) конструкцию стены. Пористые керамические теплоизоляционные материалы также целесообразно использовать для устройства разделяющих преград в пожароопасных утеплителях.

Производство пористых керамических теплоизоляционных материалов может быть организовано на базе широко распространенного в нашей стране кремнеземсодержащего сырья, к которому относятся диатомит, трепел и опока. Эти породы состоят в основном (на 80-97% по массе) из различных модифика¬ций диоксида кремния и литологически связаны друг с дру¬гом в силу особенностей их образования.

Диатомитовые изделия плотностью 350-500 кг/м³ на протяжении длительного времени широко используются в качестве теплоизоляции промышленного оборудования, имеющего температуру изолируемой поверхности до 900^оС. До недавнего времени считалось проблематичным использование диатомитового кирпича, плит и блоков в кладке наружных стен в силу повышенного сорбционного увлажнения диатомита, приводящего к снижению прочности и увеличению теплопроводности. Так, природный диатомит при относительной влажности воздуха 97% имеет сорбционную влажность 12%. Представленные в [1] результаты исследований показали, что с повышением температуры обжига изделий из диатомита резко снижается их сорбционная влажность: пенодиатомитовый кирпич, обожженный при температуре 950^оС, имеет сорбционную влажность 6,1% при относительной влажности воздуха 97%. Экспериментальными и натурными исследованиями установлено, что влажность кладки из пенодиатомитового кирпича плотностью 465 кг/м³ на легком (теплоизоляционном) растворе плотностью 500–1000 кг/м³ при относительной влажности воздуха 97% не превышает 4,6 %, при этом теплопроводность кладки составляет 0,12 Вт/(м • оС). Ограждающая конструкция с использованием такого утеплителя толщиной 250 мм из пенодиатомитовых блоков в сочетании с наружными кирпичными слоями толщиной в пол кирпича (120 мм) будет иметь сопротивление теплопередаче около 3,18 (м2 • оС)/ Вт.

Сырьевой базой кремнеземсодержащего сырья для пористых керамических материалов в Республике Мордовия может служить Атемарское месторождение диатомитов и опок. Данное месторождение исследовано Камско-Волжской комплексной геологической экспедицией. Запасы по промышленным категориям составили: диатомита А+В+С – 5370,2 тыс.м³; опоки – 2477,7 тыс.м³.

В атемарском диатомите SiO₂ представлен своей аморфной разновидностью в виде опала (SiO₂*nH₂O) слагающего характерную первично-биогенную микроструктуру материала.

В кремнистой опоке Атемарского месторождения по данным дифрактометрического анализа наблюдается уменьшение, по сравнению с диатомитом, рентгеноаморфной разновидности за счет увеличения кристаллических модификаций -кварца, кристобалита, тридимита. Это подтверждает известное положение, что в зависимости от возраста и условий залегания первично-опаловый кремнезем метаморфизируется через метастабильную фазу опал-кристобалита в -кристобалит и далее в -кварц.

В одновозрастных генетически связанных породах (диатомит, опока) месторождения с примерно одинаковым химическим составом (на абсолютно сухое вещество) существенно различаются соотношением аморфной и кристаллических модификаций кремнезема и структурой (диатомит сложен малосвязанными кремнистыми остатками микроорганизмов, опока – сцементированными силикатным раствором глобулярными частицами кремнезема). Наряду с кремнистой составляющей в породах Атемарского месторождения наблюдается постоянное присутствие глинистых минералов (до 10 мас.%) и обломочного песчано-алевритового материала (до 5 мас.%), представленного кварцем.

Таким образом, диатомит можно рассматривать как породу, состоящую из формы проявления минерала кремнезема – опала. Опока же содержит промежуточные формы непрерывного ряда кремнеземистых минералов, члены которого имеют различное соотношение аморфной и кристаллической фаз SiO₂.

Для прогнозирования обжиговых свойств диатомита и опоки Атемарского месторождения определялась величина их физико-химической активности по традиционной методике (метод поглощения извести, ГОСТ 6269-63), а также методом дифференциальной микрокалориметрии на установке ТПИ-НИСИ. Установлено, что диатомит и опока Атемарского месторождения обладают высокой хемосорбционной активностью (количество поглощенного СаО за 30 суток составляет 183 мг/г для диатомита и 299 мг/г для опоки), обусловленной большим содержанием (75-90% по массе) водосодержащих физико-химически активных модификаций кремнезема.

По методикам, разработанным в проблемной лаборатории строительных материалов НИСИ им. В.В. Куйбышева [2], для исследуемых пород на установке ТПИ-НИСИ были определены теплоты смачивания полярной (водой) и неполярной (толуолом) жидкостями, вычислены удельные поверхности и коэффициенты фильности (коэффициент Ребиндера) (см. таблицу). Материалы гидрофильны ( > 1). Отмечены высокая теплота смачивания водой атемарской опоки (6,76 кДж/кг) сравнимая с теплотой смачивания атемарского диатомита (6,96 кДж/кг) при большой разнице их удельных поверхностей ? 22,1 м²/г против 36,2 м²/г, а также наибольший коэффициент фильности опоки.

Результаты микрокалориметрических исследований

Таким образом, с присутствием в опоке переходной метастабильной опал-кристобалитовой фазы следует связать ее более высокую, по сравнению с диатомитом, физико-химическую активность, оцененную методами поглощения извести и микрокалориметрии. Это позволяет прогнозировать высокую активность опоки в керамических массах при обжиге.

Эффективность применения пористых керамических материалов в утепляющем слое повышается при использовании их в виде крупноразмерных блоков или плит массой до 22 кг.

Библиографический список

1. Ананьев А. И., Можаев В. П., Никифоров Е. А., Елагин В. П. Теплотехнические свойства и морозостойкость теплоизоляционного диатомитового кирпича в наружных стенах зданий // Строит. матер. 2003. № 7. С. 14-16.
2. Книгина Г.И., Вершинина Э.Н., Тацки Л.Н. Лаборатор¬ные работы по технологии строительной керамики и искусствен¬ных пористых зацолнитедей. Учёб, пособие для студентов вузов по спец. "Производство строительных изделий и конструкций". - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Высшая школа, 1985,- 223 с.

<<Назад