ВОЗМОЖНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СВЕРХЛЕГКОГО КЕРАМЗИТА
Получение сверхлегкого керамзита открывает новую качественную
страницу в развитии керамзитового производства с неизбежной эволюцией
методов и сфер его использования. Для оценки этих факторов рассмотрим
изменение прочности и теплопроводность гранул.
Прочность. Согласно многочисленным исследованиям, увеличение прочности
гранул керамзита происходит при его термоупрочении в режиме охлаждения
и вводе упрочняющих добавок. Для иллюстрации влияния этих факторов воспользуемся
работой Титовской В.Т. [1].
На рис.1 представлены зависимости прочности гранул от насыпной плотности
керамзита.
Расчетное уравнение прочности керамзита
где r - насыпная плотность керамзита, кг/м3, (Р/Р0)3
- эффект ввода добавок.
Для сверхлегкого керамзита с r = 150 кг/м3 прочность после термоупрочнения
будет равна 0,48 МПа и ввода 3% F2S составит р = 0,96 > 1 МПа.
Теплопроводность гранул
Теплопроводность собственно гранул сверхлегкого керамзита, т. е. при (r)
< 250 кг/м3, является одним из основных показателей, определяющих возможность
его широкого использования. Но экспериментальных работ в этом диапазоне
(r) пока нет. Минимальные значения этой величины составили:
• в экспериментах НИИкерамзита [3] - 248 кг/м3;
• в обобщении НИИжелезобетона [4] - 266,5 кг/м3;
• в исследованиях НИИстройфизики [5] - 300 кг/м3.
Тем не менее прогнозирование величины l в интересующем нас диапазоне r
математически возможно, так как все зависимости lгран = f(r) должны начинаться
с точки l при r = 0.
Впервые такое уравнение предложил Кауфман Б.Н. [6]
где 0,0256 - кондуктивная теплопроводность воздуха, Вт/м·°С.
Однако экстраполяция опытных данных на ось ординат показывает более высокие
значения l0.
Анализ зависимости l = f(r) для керамзита по [7] с поправкой на конвективное
l воздуха в межкусковом пространстве и с учетом мелкоячеистой структуры
керамзита при вспучивании в восстановительной атмосфере [8] дает l0=0,03177
>0,032 Вт/м·°С.
На рис.2 представлена зависимость теплопроводности гранул от насыпной
плотности керамзита.
Из представленных данных наиболее пригодным для дальнейшего анализа является
обобщение НИИжелезобетона.
Зависимость (1) на рис.2 описывается уравнением
используемым для дальнейших расчетов.
Использование мелкозернистого керамзита
Значительная часть теплоизоляционных материалов потребляется в мелкозернистом
виде. Если раздробить сверхлегкий керамзит до фракции, например, 1-3 мм,
его можно сравнить с применяемыми материалами.
На рис.3 представлены сравнения значений l для керамзита согласно уравнению
(6) и синтетических
теплоизоляционных материалов по СНиПу 11-6-79 [7].
Как следует из рис.3, l керамзита имеет тот же порядок, что и основные
синтетические теплоизоляционные материалы, т.е. возможность замены синтетики
керамзитом сомнений не вызывает.
Использование гранул керамзита
Метод использования гранул керамзита определится тем, чем будет заполнено
межкусковое пространство. В принципе это могут быть композиции на основе
бетонов или керамики. Для анализа принят керамзит при r = 150 кг/м3 и
l = 0,056 Вт/м·°С.
Керамзитобетон
Вызывает интерес сочетание сверхлегкого керамзита и пенобетона. Теплопроводность
керамзитопенобетона, например при исходной плотности пенобетона 500 кг/м3,
в 2,2 раза меньше этого же показателя пенобетона.
Это обстоятельство позволяет вернуться к проблеме, приведшей в свое время
к практической остановке керамзитовой промышленности, к созданию однослойных
керамзитобетонных панелей с повышенным тепловым сопротивлением - до d/l
= 3 м2·°С/Вт и более.
На рис.4 представлена зависимость теплового сопротивления керамзитопенобетонной
панели при степени укладки керамзита e = 0,65 и прочности панели Р = 3
МПа.
Как следует из рис.4, при использовании исходного пенобетона плотностью
816 кг/м3 и насыщении его керамзитом r = 150 кг/м3 тепловое сопротивление
панели равно d/l = 3,7 м2·°С/Вт, что превышает требования [8].
Керамзит c r = 150 кг/м3 пригоден для приготовления легких керамзитобетонов,
параметры которых приведены в таблице.
Керамзитокерамика
Заполнение межкускового пространства в засыпке керамзита керамической
массой представляет большой практический интерес.
Во-первых, сверхлегкий керамзит - это самый оптимальный с теплотехнической
точки зрения вариант пористой керамики с многократным (пропорционально
толщине изделий) снижением расхода топлива на ее обжиг.
Во-вторых, теплопроводность гранул керамзита ниже l возможных заполнителей
межкускового пространства. Поэтому при изготовлении керамзитовых изделий
необходимо обеспечить максимальную степень его укладки, что при регулируемом
полифракционном составе керамзита является реальной задачей. Просчитаны
два варианта изделий:
• керамзитовый утеплитель, заполнитель - керамоверкулит (разработки УралНИИстромпроекта)
с l = 0,085 Вт/м2·°С и Р = 0,3 МПа; параметры утеплителя l = 0,06 Вт/м·°С,
прочность 0,87 МПа;
керамзитокерамический блок, заполнитель-керамика, параметры блока l =
0,08 Вт/м·°С и P = 3,5 МПа. Керамзитокерамический блок является наиболее
эффективным строительным материалом для малоэтажного строительства не
только по приведенным выше параметрам, но и по наименьшей стоимости среди
известных стеновых материалов за счет использования дешевого керамзита,
производимого по энергосберегающей технологии [9].
Стена идеальной комфортности
Теория идеальной комфортности жилища [10] предусматривает сооружение из
строительных материалов минерального происхождения жилых помещений с уровнем
комфортности деревянной избы.
Решающим условием такого решения является создание двухслойной стены с
внутренней панелью из материалов с высокими теплоизоляционными и фильтрующими
свойствами.
Влияние этих свойств на комфортность помещения описано в [10].
Как следует из [10], использование материалов, выполненных с применением
сверхлегкого керамзита, обеспечивает величину коэффициента комфортности
К < 1, т.е. создает комфортность помещения лучшую, чем в деревянной
избе. Особо следует обратить внимание на керамзито-керамоперлит, дающий
коэффициент комфортности 0,53, т.е. практически вдвое лучше деревянной
избы.
Выводы
Использование сверхлегкого керамзита как продукта разработанной наукоемкой
технологии охватывает практически все области применения теплоизоляционных
материалов в жилищном строительстве на уровне современных запросов и является
перспективным материалом для создания помещений идеальной комфортности.
Поэтому одной из актуальных задач стройиндустрии является модернизация
керамзитовой промышленности на уровне современных знаний.
Литература
1. Титовская В.Т. Исследования формирования структуры повышения керамзитого
гравия, Диссертация. ВНИИстром, 1968.
2. Экономическая информация о работе промышленности пористых заполнителей СССР
за 1981-1985 гг. НИИкерамзит. Куйбышев, 1986.
3. Комиссаренко Б.С. Влияние фазового состава на теплопроводность керамзита.
Труды НИИкерамзита № 7. 1979.
4. Довжик В.Г., Хаймов И.С., Ворскаин Б.В. Производство керамзитобетонных панелей
с повышенными свойствами. Обзорная информация ВНИИЭСМ“а серия 3. Вып. 3. М.,
1988.
5. Ким Л.Н. Пути повышения эффективности наружных панельных стен жилых зданий
на пористых заполнителях. Диссертация НИИстройфизики. М., 1987.
6. Кауфман В.Н. Теплопроводность строительных материалов. Стройиздат, 1955.
7. СНиП I-3-79**. Глава 3 строительства теплотехника, 1986.
8. Постановление Госстроя РФ № 18-81 от 11.08.95.
9. Гусев Б.В., Дементьев В.М. Энергосберегающая (15 кг.усл.т/м3) технология
полусостав сверхлегкого (150 кг/м3) керамзита. Строительные материалы XXI века
№ 2, 1999.
10. Гусев Б.В., Дементьев В.М. Об идеальной комфортности жилища. Строительные
материалы XXI века. № 1, 1999.
