ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ ПОЛИСТИРОЛБЕТОНА НА РЫНКЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В практике современного строительства одной из важнейших задач на сегодняшний день является обеспечение качественной теплозащиты зданий, надежной и обеспечивающей энерго - и ресурсосбережение.
В условиях выполнения поставленных задач основным стал вопрос о возможности получения новых высококачественных теплоизоляционных материалов для ограждающих конструкций, отвечающих требованию современных стандартов ( в частности, требованиям СНиП II-3-2000 "Строительная теплотехника" ), с целью применения их при строительстве зданий и сооружений.
Новый материал должен иметь следующие преимущества: быть простым в получении, производиться из доступных материалов, обладать улучшенными физико-механическими показателями и быть конкурентоспособным среди широкого ассортимента продукции мирового строительного рынка.
Современный этап развития науки о строительных материалах позволяет на практике воплотить в жизнь и усовершенствовать теорию о совместной работе бетонов и легких теплоизоляционных полимеров, объединенных в единое целое.
Целью такого объединения является получение универсального "гибрида", обладающего всеми положительными свойствами исходных компонентов - цементного камня (как представителя бетонного начала) и пенополистирола - одного из современных теплоизоляционных материалов.
В течение многих лет приводились исследования по получению подобного материала, и выход был найден! Решением данного "уравнения" стало сравнительно недавнее (около 10 лет назад) появление на рынке строительных материалов полистиролбетона.
Новый высококачественный композит в мире строительной индустрии - полистиролбетон - по праву стремится к первенству среди прочих теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов.
За относительно небольшой период полистиролбетон приобрел широкомасштабную известность в сфере строительства как перспективный строительный материал будущего.
Учитывая повышенный интерес производителей к увеличению спроса на данный материал, а потребителей - к повышению его качества, происходит постоянное усовершенствование технологий и оборудования для производства полистиролбетона и изделий на его основе.
Полистиролбетон - прогрессивный теплоизоляционный материал современного строительства
Полистиролбетон является композиционным материалом, близким по своему функциональному значению к ячеистым бетонам. Основой состава этого бетона является цементное вяжущее и сверхлегкий заполнитель - вспученный полистирол.
Благодаря составу, свойствам и постоянно совершенствующимся технологиям производства данный материал обладает многими достоинствами и имеет ряд преимуществ перед остальными бетонами и изделиями ЖБИ.
Полистиролбетон при низкой плотности имеет удовлетворительные прочностные характеристики, не деформируется под нагрузкой, обладает низкой теплопроводностью и высокой звукоизоляцией. Полистиролбетон пожаробезопасен и на порядок долговечнее других теплоизоляционных материалов, так как имеет улучшенные показатели по морозостойкости, водонепроницаемости, химической и биологической стойкости.
Полистиролбетон паро- и воздухопроницаем, не токсичен и обладает пониженной сорбционной влажностью.
В отличие от ячеистого бетона (пенобетона) полистиролбетон имеет меньшие требования к сырьевым материалам. Свойства полистиролбетона в меньшей степени колеблются при применении разных партий одного и того же заполнителя, нежели в пенобетоне, где свойства смеси меняются в зависимости от вида пенообразователя, и даже при постоянном использовании одного и того же пенообразователя в пределах одной партии отсутствует стабильность его показателей. Так же, в отличие от ячеистых бетонов, полистиролбетон не имеет проблемы ограничения вариантов отделки.
Кроме того, полистиролбетон распиливается, легко транспортируется и укладывается (товарная смесь) и уменьшает трудозатраты при возведении конструктивных элементов зданий (сборные изделия).
Техничестие характеристики полистиролбетона приведены в таблице 1.
Таблица № 1
Физико-механические показатели полистиролбетона
№
п/п
Наименование показателя
Значение показателя
1
Марка по средней плотности, D, (кг/м
3
)
150 - 600
2
Предел прочности на сжатие, R, Мпа
0,5 - 2,5
3
Коэффициент теплопроводности, Вт/мхоС
0,055 - 0,145
4
Марка по морозостойкости, F, циклы
25 - 100
5
Сорбционная влажность, %
4 - 6
6
Группа горючести, Г
Г 1
Кроме вышеперечисленных преимуществ, полистиробетон имеет приемлемую себестоимость, что стимулирует производителей к выпуску новых объемов изделий.
Сравнительные характеристики стеновых строительных материалов
Показатели материала
Плотность
кг/м
3
Теплопроводность
Вт/мС
Водопоглощение
% по массе
Толщина стены при R=3,15
м.
Вес 1 м
2
стены
кг.
Кирпич глиняный полнотелый
1700
0,81
12
2,5
4250
Кирпич глиняный с пустотностью до 20 %
1400
0,43
12
1,35
1900
Кирпич силикатный
1800
0,87
16
2,7
4860
Кирпич глиняный поризованный
800
0,18
18
0,55
450
Ячейстый бетон
(пенобетон)
500-600
0,16-0,19
14
0,5-0,6
250-360
Керамзитобетон
500-1200
0,23-0,52
18
0,7-1,6
360-1970
Древесина
(сосна)
500
0,14-0,18
20
0,45
225
Полистеролбетон
250-400
0,075-0,010
4
0,24-0,32
60-128
Область применения полистиролбетона
Полистиролбетон может применяться в строительстве по следующим направлениям:
Обеспечение монолитной теплоизоляции кровель, полов, мансард (утепляющие плиты);
Производство легких теплоизоляционных изделий для возведения самонесущих элементов зданий различных назначений (наружные стеновые блоки, внутренние перегородочные блоки, кровельные плиты и др.);
Производство несъемной опалубки монолитных конструкций;
Для приготовления "теплого" раствора;
Изготовление монолитных конструкционных, тепло- и звукоизоляционных покрытий, противопожарных рассечек;
Выполнение наружных облицовок фасадов зданий и элементов конструкций (изделия с готовой "офактуренной" поверхностью);
Изготовление внутренних ненесущих перегородок (монолитный полистиролбетон, перегородочные панели);
Наиболее эффективным является комплексное применение полистиролбетона, что связано с существенным снижением затрат на отопление зданий.
Рекомендуемые области применения полистиролбетона согласно ГОСТ Р 51263-99 приложения Б.
Таблица Б.1
Область применения
Показатели по
средней плотности
прочности на сжатие
Теплоизоляционные плиты
D 150 - d 250
М2-М3,5
Монолитная теплоизоляция чердаков и кровель
D 150 - d 250
М2-М3,5
Монолитная теплоизоляция трехслойных панелей, блоков и наружных стен
D200 D250
М2,5-М5
Теплоизоляция в колодцевой кладке
D150 D250
М2,5-М3,5
Пустотелые элементы для сборно-монолитных стен
D250 D350
М5;B0,5-B1,0
Сплошные блоки или монолитные стены:
ненесущие
самонесущие
несущие
D250 D400
D350 D450
D450 D600
М5; B0,5-B1,0
B1,0-B1,5
B1,5-B2,5
Полистиролбетон как один из видов цементно-полимерного бетона
Полистиролбетон (далее П-бетон) - это бетон на основе цементного вяжущего и заполнителя из высокомолекулярного органического соединения - пенополистирола.
Приготовление полистиролбетона осуществляется путем интенсивного перемешивания гранулированного вспененного пенополистирола с насыпной плотностью 7-30 кг/м3, цемента, воды, воздухововлекающих и, при необходимости, других химических добавок. [1].
Готовый (затвердевший) полистиролбетон представляет собой искусственный материал, по объему цементного камня которого равномерно распределены сферические гранулы вспененного полистирола.
Основной проблемой получения качественного полистиролбетона, как и легких и ячеистых бетонов, является оптимизация соотношения между его плотностью и необходимой прочностью в проектном возрасте.
В первую очередь, конечно, прочность полистиролбетона зависит от его плотности, на что оказывают влияние следующие факторы:
Характеристики цемента.
Свойства пенополистирольного заполнителя.
Соотношение цемента и заполнителя в бетоне.
Полистиролбетон - двухкомпонентная система
Рассмотрим полистиролбетон как двухкомпонентную систему, состоящую из гранул заполнителя и поризованной цементной матрицы, заполняющей его межзерновые пустоты.
По сравнению с легкими бетонами на пористых заполнителях, полистиролбетон обладает следующей особенностью: плотность его заполнителя - пенополистирольных гранул составляет всего 0,02-0,06 г/см
3
, что в 20-30 раз меньше плотности цементного камня.
Изменение плотности заполнителя не оказывает существенного влияния на плотность полистиролбетона, поэтому получение необходимой плотности композита осуществляется за счет регулирование его состава и структуры, а так же плотности цементного камня изменением содержания цемента в матрице и ее поризацией путем введения воздухововлекающих добавок, увеличивающих объем вовлеченного воздуха.[1]
Влияние вяжущего на свойства полистиролбетона
По аналогии с практикой ячеистых бетонов, для приготовления качественного полистиролбетона следует выбирать высокоактивные цементы с целью обеспечения необходимых прочностных характеристик бетона при относительно низком расходе вяжущего.
Это объясняется тем, что зависимость прочности полистиролбетона от активности цемента носит линейный характер, то есть прочность полистиролбетона повышается с увеличением марки цемента.
Согласно опытным данным [1], при приготовлении полистиролбетона на цементах разных марок наблюдается следующая картина: при замене марки "500" цементом марки "400" прочность полистиролбетона уменьшается в среднем на 20%; при замене марки "500" цементом марки "600" прочность полистиролбетона на 20% увеличивается.
То есть независимо от свойств заполнителя и его содержания в бетоне, с увеличением прочности цементной матрицы прочность полистиролбетона всегда повышается. Однако осуществление данного приема за счет увеличения расхода цемента ограничено в связи с повышением плотности полистиролбетона.[1]
Влияние заполнителя на свойства полистиролбетона
Изготовления пенополистирола осуществляется вспениванием фракционированного бисерного стирола постоянного химического состава, обеспечивающего постоянство размеров гранул, их структуры и плотности.
Для получения полистиролбетона в качестве заполнителя применяют шарообразные пенополистирольные гранулы размером от 0,3 до 20 мм и плотностью от 0,02 до 0,06 г/см3. При плотности полимера, составляющей твердую среду вспененных гранул порядка 2 г/см
3
, их пористость составляет 97-98 % при плотности 0,02-0,06 г/см
3
.
Высокая пористость обуславливает линейную зависимость между плотностью пенополистирола и его прочностью на растяжение, а также величиной усилия для деформации на 10 %. При прочности твердой фазы пенополистирола до 20 МПа прочность гранул плотностью 0,02 г/см
3
равна 0,01 - 0,02 МПа, гранул плотностью 0,06 г/см
3
-0,04 - 0,06 Мпа, то есть увеличивается в 3 - 4 раза.
Экспериментальные исследования показывают, что повышение плотности пенополистирольных гранул при одновременном уменьшении их размера увеличивают прочность полистиролбетона на 35 -80%. Следует заметить, что при этом отсутствует фактор влияния прочности цементного камня.
Установлено, что для повышения эффективности полистиролбетона, необходимо применять заполнитель с оптимальным размером гранул 0,3 - 1,2 мм.
Согласно опытным данным, снижение пустотности при одинаковой средней плотности зерен заполнителя снижает прочность полистиролбетона от 10 % ( при средней плотности пенополистирола 0,06 г/см
3
) до 30% ( при средней плотности пенополистирола 0,02 г/см
3
).
Кроме того, снижение пустотности пенополистирола, не улучшая свойств, увеличивает стоимость полистиролбетона, так как содержание пенополистирола по массе повышается на 4-11 кг/м
3
, а стоимость этого компонента составляет 60-80% стоимости материалов на 1 м
3
бетона.
Следует отметить, что твердая фаза гранул полимера при одинаковой плотности может обладать разной прочностью, размерами и однородностью пор. Это зависит от свойств сырья для производства полистирола и режима его вспенивания.
Влияние свойств и содержания пенополистирола на прочность полистиролбетна в корне отличается от влияния обычных пористых заполнителей на прочность легких бетонов.
В отличие от последних, для полистиролбетона характерными являются пластические деформации, обусловленные большой деформативностью гранул пенополистирола, релаксирующих напряжения, создаваемые в бетоне при его нагружении. Чем меньше размеры гранул пенополистирола, различия в их размерах и плотности, а также выше плотность и прочность гранул, тем выше прочность полистиролбетона.[1]
Влияние соотношения "цемент - заполнитель" на свойства полистиролбетона
Таким образом, прочность полистиролбетона может рассматриваться как прочность цементной матрицы с включением в ее объем шарообразных гранул полимера (пенополистирола) различного размера, плотности и прочности.
С увеличением содержания пенополистирола в составе полистиролбетона, увеличивается роль его влияния на свойства композита. При использованиии полистирольных гранул с низкими характеристиками получение требуемой прочности полистиролбетона достигается увеличением плотности пенополистирола и (или) увеличением прочности цементной матрицы за счет повышения расхода цемента.
Увеличение расхода цемента с целью повышения марочной прочности полистиролбетона может привести к обратному эффекту: образование значительного количества гидросульфоалюмината кальция (эттрингита) на единицу объема полистиролбетона приводит к растрескиванию структуры и, как следствие, способствует сниежнию прочности в поздние сроки твердения.
Подобное влияние оказывает и выделение гидроокиси кальция (одного из соединений, появляющихся в результате реакции цемента с водой).
Дабы компенсировать негативное влияние данных продуктов гидратации цементного клинкера, ускорить твердение и повысить марочную прочность полистиролбетонов, следует выполнить два условия:
Значительно приостановить или исключить полностью реакции образования гидросульфоалюмината кальция - эттрингита.
Обеспечить проебразование гидроокиси кальция в более прочные и водостойкие соединения.
Для выполнения данных условий на ранних стадиях твердения полистиролбетона в его состав вводят жидкое стекло (силикат натрия) в количестве до 2,5%.
В присутствии данной добавки гидратация портландцементного клинкера протекает гораздо быстрее, нежели в чистой воде.
Однако из-за наличия в составе портландцемента гипса в системе образуется соединение - мирабилит, которое, увеличиваясь в объеме, препятствует усадке цементной матрицы, вызывает внутренние напряжения, и тем самым тормозит набор прочности и способствует разупрочнению структуры бетона.
Для устранения отрицательного влияния мирабилита силикат натрия вводят совместно с добавками, блокирующими гипс или связывающими гидроокись натрия, содержащуюся в жидком стекле, или оказывающими оба этих воздействия одновременно.[2]
При выполнении вышеперечисленных условий добавление силиката натрия в состав полистиролбетона способствует получению системы с повышенной прочностью.
Во избежание увеличения расхода цемента, и, следовательно, плотности полистиролбетона, прочность его цементной матрицы можно повысить (особенно в ранние сроки твердения) путем введения добавок-ускорителей твердения, а также посредством применения активации вяжущего (например, метод виброактивации с использованием виброактиватора "Навигатор-Вибро" разработанного специалистами фирмы ООО "СтройМеханика" г. Тула).
Но в этом случае, для сохранения объема системы, данные способы требуют обязательного увеличения объема вовлеченного воздуха (добавки СДО, СНВ и др.).
Полистиролбетон - номенклатура направлений применения
Монолитный теплоизоляционный полистиролбетон
Монолитный теплоизоляционный полистиролбетон - это высококачественный материал для монолитной теплоизоляции ограждающих конструкций зданий и инженерных сооружений различного назначения.
Монолитный полистиролбетон обладает самыми низкими для бетонов на цементном вяжущем коэффициентами теплопроводности (порядка 0С) при плотности 150 - 250 кг/м3, низкой эксплуатационной влажностью (4% и 8% для условий эксплуатации А и В по СНиП II-3-79*), несгораемостью (группы Г1), долговечностью, высокой технологичностью.
Монолитный теплоизоляционный полистиролбетон применяют в следующих областях строительства:
для возведения наружных стен в несъемной опалубке для каркасных зданий;
для теплоизоляции слоистых наружных стен, комплексных плит покрытия, полов;
для теплоизоляционного заполнения колодцевой кирпичной кладки;
для утепления наружных стен и покрытий реконструируемых зданий;
для теплоизоляции ограждений промышленных холодильников.
Основные преимущества монолитного полистиролбетона
Возможное снижение марки по средней плотности (до 200 кг/см3),тогда как при изготовлении блоков применяется полистиролбетон с плотностью в сухом состоянии не мене 300 кг/см3 с целью уменьшения брака при транспортировании.
Возможность отказа от кладочных швов, что повысит сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций до 20% при равных прочих условиях.
Возможность уменьшения толщины стены до 25 % в сравнении с кладкой из полистиролбетонных стеновых блоков; при этом происходит увеличение полезной площади здания при снижении стоимости 1 м2 ограждения.
Мелкоштучные стеновые блоки из полистиролбетона
Данные блоки относятся к конструкционно-теплоизоляционному строительному материалу, имеют различную несущую способность, и, в зависимости от марки предназначены:
для возведения ненесущих стен и перегородок (D 250-D400);
для возведения самонесущих стен (D 350-D450);
для возведения несущих стен в малоэтажном строительстве (D 400-D600);
Таблица 2
Основные характеристики полистирольных блоков
Изделия
(размеры)
Блоки
595х195х295(300)
Плотность кг/м
3
Обозначение
Вес изделия
в сухом состоянии
250
Д2,5
8,5
(6,9)
300
Д3,0
10,3
(8,2)
350
Д3,5
12,0
(9,6)
400
Д4,0
13,7
(11,0)
450
Д4,5
15,4
(12,4)
500
Д5,0
17,1
(13,7)
Класс и средняя марка бетона по прочночти
В0,35
М5
В0,5
М7,5
В0,75
М10
В1,0
М15
В1,5
М20
В2,0
М25
Теплопроводность Вт/м
в сухом состоянии при условиях "Б"
0,070
0,082
0,081
0,096
0,090
0,112
0,102
0,127
0,111
0,138
0,121
0,150
Морозостойкость не менее
F35
F35
F50
F75
F100
F100
Паропроницаемость мг/(мчПа)
0,110
0,100
0,090
0,085
0,080
0,075
я влажность
4%
Основные преимущества мелкоштучных стеновых блоков из полистиролбетона
Самый низкий коэффициент теплопроводности по сравнению со всеми видами конструкционных материалов, включая легкие и ячеистые бетоны.
Снижение количества швов, а следовательно, и мостиков холода в кладке благодаря значительным размерам блоков (595х195х295 ) мм.
Повышение производительности возведения кладки из полистиролбетонных блоков (в 10 раз) при снижении трудозатрат по сравнению с кирпичной кладкой, и как следствие, ускорение сроков строительства.
Возможность выбора любой отделки поверхности (оштукатуривание, нанесение фактурного слоя, облицовка кирпичом и т. д. ) благодаря цементной составляющей в основе полистиролбетонных блоков.
Простота и легкость механической обработки полистиролбетонных блоков позволяют возводить практически любые конструкции разных конфигураций.
Изделия из полистиролбетона с готовой фасадной поверхностью
Стеновые блоки (рядовые и оконные) и перемычки из полистиролбетона с готовой фасадной поверхностью предназначены для возведения наружных самонесущих стен зданий с поэтажной разрезкой. Для из изготовления применен модифицированный полистиролбетон со средней плотностью 300-350 кг/м
3
и пониженным значением коэффициентом теплопроводности, сорбционной влажности и усадки.
Кладка элементов стен из полистиролбетона производится с использованием "теплого" раствора.
Основные преимущества изделий из полистиролбетона с готовой фасадной поверхностью:
Наличие готового фактурного слоя изделий позволяет исключить трудоемкие процессы по устройству штукатурки и покраски наружной поверхности стеновой кладки.
Широкий выбор различной фактуры и цветовой гаммы изделий из морозостойкого и водонепроницаемого материала обеспечивает высокую производительность работ по возведению наружных стен, долговечность и надежность стеновой кладки в процессе эксплуатации.
Отечественный автопром явно недооценил восточного соседа. Ранее, во времена Советского Союза, предприятия автомобилестроения возводились при непосредственном участии советской стороны. В наше время, когда требования к грузовикам поднялись на новый уровень, наверное только наша страна остаётся верна своим традициям и технологиям.
В Китае думают иначе. Прикупив достаточное количество патентов и развернув современное производство, Поднебесная рвётся на третье место после США и Японии, выпуская уже сейчас в год около 3-х миллионов автомобилей. Через пару лет, может и раньше, этот рубеж может быть достигнут, если принять во внимание объём инвестиций в эту отрасль (около 30 млрд. дол.) и довольно дешёвую рабочую силу...
Сегодня роботы надежно вошли в нашу жизнь, и стали незаменимым инструментом в деятельности людей.
Использование роботов в производстве имеет множество очевидных преимуществ: роботы исполнительны, не требуют заработной платы, не прогуливают и не празднуют праздники, то есть могут работать всегда...
Всвойствами, а также экономичностью, вытеснил за последние десятилетия значительный тоннаж отливов из стали, ковкого и серого чугунов, стальных паковок и сварных конструкций.
В обычном понимании чугун это нечто хрупкое и непрочное. Но это справедливо можно отнести только к изделиям из серого чугуна. Высокопрочный чугун по эксплуатационным характеричтикам но только не уступает стали, но по практически всем технологическим значительно превосходит литую сталь...
Статьи о строительной технике, оборудовании, инструментах, новых материалах для строительства и ремонта
