Эффективные строительные материалы на основе торфа с улучшенными теплотехническими свойствами (стр. 3 )

Существенное влияние на физико-механические свойства торфогипсового композита оказывает гранулометрический состав торфа. Как чрезмерно мелкие, так и крупные частицы торфа снижают механические свойства композита. Так, например, крупные частицы торфа способствуют образованию пористой матрицы, снижая механическую прочность торфогипсового камня.

Экспериментально показано, что для достижения требуемых физико-механических свойств торфогипсового камня частицы торфа должны иметь размеры не более 5 мм. При размерах, больших указанных, происходит перераспределение внутренних усилий в композите, которое в значительной мере зависит от соотношения жесткостей или модулей деформаций его компонентов.

Частицы торфа менее жесткие, чем обволакивающая их гипсовая матрица, поэтому прочность торфогипсового композита не достигает прочности самого вяжущего. В этой связи необходимо, чтобы торф имел определенный гранулометрический состав и влажность. Эти два показателя оказывают существенное влияние на прочность полученного торфогипсового камня. Показателей торфогипсовых изделий представленны в табл. 3.

Таблица 3

Показатели торфогипсовых изделий

Показатели	Единицы измерения	Назначение изделия
теплоизоляционное	конструкционно-теплоизоляционное
Средняя плотность Предел прочности при изгибе при сжатии Коэффициент теплопроводности Отпускная влажность Пористость	кг/м3 МПа Вт/м ∙ К % %	350…550 0,16…0,56 0,40…1,25 0,10…0,14 15 60…75	600…800 0,60…2,85 1,30…3,72 0,2…0,4 17 35…55

Состав композитов приведен в табл. 2, метод уплотнения – виброформование с пригрузом.

На прочность торфогипсового композита оказывает влияние последующая сушка. Для получения необходимой прочности торфогипсовые изделия следует сушить при мягком режиме. Тепловая обработка торфогипсового композита в среде насыщенного пара недопустима. Четвертая глава посвящена разработке и исследованию торфоцементных строительных материалов. Разработка состава и проектирование торфоцементного камня заключались в нахождении оптимальной технологии получения композиции, обладающей высокими механическими характеристиками и огнестойкостью. Экспериментальные исследования включали четыре этапа: подбор вида вяжущего; повышение огнестойкости; снижение плотности полученных изделий. Образцы для испытаний на сжатие и изгиб изготавливались методом прессования. Перед прессованием компоненты перемешивались, то есть во влажный торф добавляли вяжущее в необходимых весовых процентах. Отпрессованные изделия выдерживались в естественных условиях в течение 7 и 28 суток, затем определялись следующие показатели: прочность, водопоглощение и морозостойкость.

Для определения прочности при изгибе и при сжатии изготавливались методом прессования стандартные кубы размерами 40 × 40 × 40 мм и балочки размерами 40 × 40 × 160 мм. Результаты экспериментальных исследований приведены на рис. 2.

Время выдержки – 7 суток Содержание цемента, % по массе

Рис. 2. Влияние вяжущего на прочность торфоцементных образцов: 1 - прочность при изгибе, МПа; 2 - прочность при сжатии, МПа

Торф в составе торфоцемента выполняет две функции: является органическим заполнителем и одновременно обладает вяжущими свойствами. Кроме этого, вследствие однородности своих частиц, торф обладает текучестью, что является важной характеристикой при прессовании. Свойство торфа удерживать воду оказывает влияние на дальнейшее повышение прочности после прессования. При твердении в течение 28 суток, прочность образцов оказалась выше, чем при 7-суточном твердении. Согласно общей теории твердения, в этом процессе присутствуют две стадии. На первой стадии высокодисперсное вяжущее переходит в качественно измененное метастабильное состояние, а на второй - в относительно устойчивое камневидное вещество.

По сравнению с исходным вяжущим в состав затвердевшего камня входит до 60% и более новообразований и небольшая часть цемента не

успевает претерпеть деструкционных изменений. Следует отметить, что эти две стадии твердения не изолированы между собой, а накладываются одна на другую без четких границ раздела.

Водостойкость торфоцементных образцов характеризуется коэффициентом размягчения, который определяется как отношение предела прочности при сжатии в насыщенном водой состоянии (Пв) к пределу прочности в сухом состоянии (Псх) (рис. 3).

С ростом количества вяжущего водостойкость торфоцемента возрастает и практически приближается к значению 0,8. При низком содержании вяжущего вода поглощается оболочками клеток торфа, его капиллярами, а также межклеточными пустотами. Количество влаги в торфе зависит от общего объема этих капилляров и от крупности его частиц.

Если сушку торфоцемента проводить в обычных условиях, то наличие влаги, содержащейся в торфе, способствует протеканию гидратационных процессов.

Содержание цемента, % по массе

Рис. 3. Зависимость коэффициента размягчения от содержания цемента

Как и у всех строительных материалов, морозостойкость торфоцемента зависит от водопоглощения. Торфоцементные изделия с большим содержанием вяжущего имеют высокую морозостойкость (рис. 4).

Морозостойкость торфоцементных образцов с содержанием цемента по массе 5% после 20-ти циклов замораживания и оттаивания снижается на 18,5%, а после 30-ти циклов – на 27,1%.

Рис. 4. Зависимость потери прочности торфоцементных образцов от количества циклов замораживания и оттаивания: 1-содержание цемента 5%; 2- содержание цемента 3%; 3 - содержание цемента 1%

Недостатком строительных материалов из торфа является их низкая огнестойкость. Для повышения этого показателя было решено в состав торфа вводить молотый шунгит. Выбор этого заполнителя обосновывался тем, что, во-первых, шунгит незначительно повышает плотность готовых изделий, а во-вторых, обладает вяжущими свойствами низкой активности. Заполнители из шунгита с размерами частиц до 90 мкм и от 01.01.01 мкм оказывают неодинаковое влияние на прочностные свойства торфошунгитового композита (табл. 4).

Таблица 4

Содержание шунгита, %	Предел прочности, МПа
шунгит с размерами частиц до 90 мкм	шунгит с размерами частиц от 01.01.01 мкм
при сжатии	при изгибе	при сжатии	при изгибе
1 3 5 7	2,39 2,74 2,94 2,32	1,06 0,85 0,81 1,10	2,92 2,50 3,82 4,10	1,10 0,92 1,21 1,38

В связи с низкими физико-механическими показателями образцов на торфошунгитовой основе было решено в состав композита вводить дополнительное вяжущее в виде цемента. При введении цемента прочность образцов после 28 суточного твердения увеличилась до 12 МПа (рис.5). Было установлено, что интенсивный набор прочности образцов из торфо-шунгито-цементной композиции наблюдается в первые 14 суток - до 90%. Найден оптимальный состав торфо-шунгито-цементных образцов – 90% торфа, 5% цемента, 5% шунгита. Получены торфо-шунгито-цементные материалы с теплоизоляционными свойствами, плотность которых находится в интервале 700…750 кг / м 3, а теплопроводность – 0,08…0,1 Вт / м ∙ К.

Время выдержки – 28 суток Содержание цемента , % по массе

Рис. 5. Зависимость прочности торфоцементных образцов от содержания цемента: 1 - прочность при изгибе; 2 - прочность при сжатии

Одной из важнейших характеристик строительных материалов на основе торфа является его горючесть. Исследования горючести строительных материалов основаны на оценке потери ими массы при огневом воздействии. В работе нас интересовала горючесть торфо-шунгито-цементного композита. Опыты проводились в соответствии с ГОСТ 30244-94, определялось влияние времени выдержки образцов на возгораемость. Испытаниям подвергался ряд материалов из торфа: блоки «Геокар», торфоцемент, торфогипс и торфо-шунгито-цемент (рис. 6).

В экспериментальных исследованиях при появлении следов возгорания подъем температуры прекращался. При температуре 100 о С плиты «Геокар» начинали тлеть. Наибольшую температуру выдерживали торфо – шунгито – цементные образцы. На рис. 5 температура тления обозначена горизонтальным участком. Температура возгорания торфо – шунгито – цементной композиции сопоставима с температурой возгорания большинства пород древесины (200…250 о С). Из представленных результатов следует, что разработанные строительные материалы имеют достаточно высокие физико-механические и теплофизические свойства.

Характерным является и то, что при возгорании торфошунгитовой композиции выделяется углекислый газ (СО2), продукт разложения шунгита, который препятствует процессу горения.