Органические теплоизоляционные материалы – арболит

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение…………………………………………………………………………...3
1 Сырьевые материалы для производства арболита…………………………….4
2 Технология получения арболита……………………………………………….8
3 Свойства материала……………………………………………………………11
4 Области применения арболита………………………………………………..15
Заключение…………………………………………………….............................17
Библиографический список……………………………………………………..18

Введение
Органические теплоизоляционные материалы и изделия производят из различного растительного сырья: отходов древесины (стружек, опилок, горбыля и др.), камыша, торфа, очесов льна, конопли, из шерсти животных, а также на основе полимеров.
Многие органические теплоизоляционные материалы подвержены быстрому загниванию, порче различными насекомыми и способны к возгоранию, поэтому их предварительно подвергают обработке. Поскольку использование органических материалов в качестве засыпок малоэффективно в силу неизбежной осадки и способности к загниванию, последние используют в качестве сырья для изготовления плит. В плитах основной материал почти полностью защищен от увлажнения, а, следовательно, и от загнивания, кроме того, в процессе производства плит его подвергают обработке антисептиками и антипиренами, повышающими его долговечность.
Среди большого разнообразия теплоизоляционных изделий из органического сырья наибольший интерес представляют плиты древесноволокнистые, камышитовые, фибролитовые, торфяные, пробковая теплоизоляция натуральная, а также теплоизоляционные пенопласты.
Целью данной работы являлось изучение органического теплоизоляционного материала – арболита. Для достижения поставленной цели необходимо решение ряда задач:
изучить сырьевые материалы для производства арболита;
исследовать технологию его получения;
проанализировать свойства и области применения материала.
1 Сырьевые материалы для производства арболита
Арболит (согласно ГОСТ 25192) представляет собой легкий бетон на цементном вяжущем и органических заполнителях растительного происхождения.
Арболит получается из правильно подобранной смеси цемента, древесного заполнителя, химических добавок и воды (рис. 1).
Рисунок1 – Сырьевые материалы для производства арболита
По своей структуре он представляет собой разновидность легкого бетона, матричной частью в котором является цементный камень.
Имеются обоснованные предложения о замене портландцемента, подверженного коррозии при действии экстрактивных веществ и целлюлозы с образованием водорастворимых сахаратов кальция, на высокопрочный гипс (а-модификация гипса). В этом случае в отдельных районах может потребоваться штукатурный слой по арболитовой ограждающей конструкции, так как гипс не вполне водостойкий материал, тем более если он долго не просыхает.
Вместе с тем практически отпадает необходимость в замачивании древесной дробленки и щепы в минерализаторах — водных растворах хлористого кальция или растворимого силикатного стекла.
Химическими добавками служат хлорид кальция, растворимое стекло, сернокислый глинозем. Вторым компонентом при изготовлении арболитовых плит является портландцемент.
В зависимости от структуры различают арболит:
- плотной структуры (легкий бетон на цементном вяжущем и органических заполнителях растительного происхождения, пространство между частицами органического заполнителя которого полностью заполнено затвердевшим цементным вяжущим или цементно-песчаным раствором);
- поризованной структуры (легкий бетон на цементном вяжущем и органических заполнителях растительного происхождения, пространство между частицами органического заполнителя которого заполнено затвердевшим вяжущим, поризованным за счет применения добавок, регулирующих пористость арболитовой смеси и арболита.);
- крупнопористый (легкий бетон на цементном вяжущем и органических заполнителях растительного происхождения, пространство между частицами органического заполнителя которого не полностью заполнено затвердевшим цементным вяжущим).
По виду органического заполнителя арболит подразделяют на изготовленный с применением:
- измельченной древесины;
- костры конопли;
- костры льна;
- измельченных стеблей хлопчатника;
- измельченной рисовой соломы.
В качестве вяжущих материалов для приготовления арболитовой смеси и арболита применяют: портландцемент марки по прочности на сжатие не ниже 400 по ГОСТ 10178 или портландцемент (включая быстротвердеющие портландцементы) класса не ниже ЦЕМ I 42,5 по ГОСТ 31108.
В зимний период рекомендуется использовать портландцемент ПЦ 500Д0 по ГОСТ 10178 или ЦЕМ I 52,5Б по ГОСТ 31108.
Допускается применение композиционных портландцементов типов:
- ВНВ (вяжущие низкой водопотребности),
- ТМЦ (тонкомолотые цементы),
- МКВ (малоклинкерные вяжущие с минеральными добавками: шлаками, золами-уноса, микрокремнеземом).
В качестве органических заполнителей растительного происхождения должны применяться: измельченная древесина из отходов лесозаготовок, лесопиления и деревообработки хвойных (ель, сосна, пихта) и лиственных (береза, осина, бук, тополь) пород, костра конопли и льна, измельченные стебли хлопчатника и рисовой соломы. Допускается применение других пород древесины, комплексное использование дробленки, станочной стружки, опилок, смеси заполнителей из отходов древесины с пористыми или плотными минеральными заполнителями, а также с органическими заполнителями (например, со вспученным полистиролом).
Частицы измельченной древесины не должны превышать по длине 30 мм (оптимально - 20 мм), по ширине 10 мм (оптимально - 5 мм), по толщине - 5 мм. Содержание примеси коры в измельченной древесине должно быть не более 10%, хвои и листьев - не более 5% по массе сухой смеси заполнителей;
В качестве мелких заполнителей для приготовления арболитовой смеси допускается применять:
- пористые пески по ГОСТ 9757;
- золы-уноса по ГОСТ 25818;
- природные пески по ГОСТ 8736;
- мелкий вспученный гранулированный полистирол (ПВГ).
Химические добавки применяются для улучшения свойств арболитовой смеси и арболита. Назначение таких добавок:
- ускорение твердения арболитовой смеси;
- регулирование пористости арболитовой смеси и арболита;
- повышение защитных свойств арболита по отношению к стали (ингибиторы коррозии стали);
- повышение бактерицидные свойств;
- регулирование одновременно различных свойств арболитовой смеси и арболита (добавки полифункционального действия).
Арболит аллергобезопасен, при контакте оказывает слабое раздражающее воздействие на кожу и слизистые. Частицы арболита не проникают через неповрежденные кожные покровы.
Арболит относится к классу опасности 3 в соответствии с ГОСТ 12.1.007. Арболит марок по средней плотности свыше D400 относится к биостойким материалам.
2 Технология получения арболита
Пример технологической схемы производства арболитовых изделий способом силового вибропроката представлен на рис. 13.8. Мощность завода по такой технологии составляет до 40 тыс. м3 изделий в год.
Арболитовые плиты (рис. 2) получают также формованием и тепловой обработкой (или без нее) органического коротковолнистого сырья (дробленой станочной стружки или цепы, сечки соломы или камыша, опилок, костры и др.), обработанного раствором минерализатора.
Рисунок 2 – Арболитовые плиты
Плиты формуют длиной и шириной 500, 600 и 700 мм, толщиной 50, 60 и 70 мм.
На качество конечного продукта большое влияние оказывают применяемая технология и компоненты, входящие в состав смеси. Существует две технологии производства блоков из арболита:
- прямое прессование с выдержкой в форме до одних суток (технология молодая);
- технология вибролитья, которая рекомендована ГОСТ и применяется с 60-х годов прошлого века.
Производство арболита методом прямого прессования предполагает прямое давление пресса на щепу. Это приводит к тому, что:
- щепа ложится хаотично не по линии гравитации, не прижимаясь друг к другу максимальными плоскостями;
- сохраняется условие редеформации (принятие исходной формы), поэтому необходимо выдерживать смесь в форме для твердения цемента, чтобы сохранить геометрию блока;
- в блоке сохраняется внутреннее напряжение, которое может привести к печальным последствиям;
- возникает неоднородная плотность внутри блока.
Производство арболита методом вибролитья предполагает:
- циклическое встряхивание формы с арболитовой массой с применением верхнего пригруза. При этом уплотнение происходит циклично в течении 15–20 секунд со снятием нагрузки с прессуемой массы, а редеформация не возникает и блок после прессования получается без внутренних напряжений;
- получение однородной структуры блока по плотности;
и позволяет:
- сразу произвести разопалубку блока после его формования и отправить его на сутки в сушильную камеру для набора прочности;
- гарантировать долговечность и качество.
Производство арболита по технологии вибролитья
Технология производства качественного арболита начинается с подготовки компонентов смеси, которая на 80-85% состоит из древесной щепы (специальной фракции) хвойных пород деревьев. Присутствие коры допускается не более 10% от общей массы щепы. Размер щепы по длине до 20-25 мм, по ширине и толщине 5 мм.
Щепа приготавливается в два этапа. Сначала рубят технологическую щепу, а далее дорабатывают до арболитовой, после чего ее обрабатывают сульфатом алюминия, для удаления из дерева «цементных ядов», сахаров, мешающих твердению цемента и хорошей адгезии цемента и щепы. В качестве вяжущего компонента используют цемент марки М500 (ЦЕМ I–42,5Б), который составляет 15–20 % от общего объёма.
На следующем этапе производства арболита подготовленные компоненты смешиваются в бетоносмесителе до образования однородной массы.
Далее смесь засыпается в формы для прессования в специальный станок, позволяющий при формовании блока в форме периодически снимать усилие прессования. Это необходимо для того, чтобы расположить щепу в форме по линии гравитации, дав ей прижаться, друг к другу максимальными плоскостями, что снимает напряжение редеформации (не приводит к расслоению блока) и придает блоку не напряженное состояние.
Затем блоки извлекаются из формы и помещаются в сушильную камеру для набора прочности.
При производстве арболита методом вибролитья получаются качественные стеновые блоки, выдерживающие большие нагрузки и имеющие срок службы, значительно превышающий срок службы блока, изготовленного методом прямого прессования.
3 Свойства материала
Арболит вырабатывают теплоизоляционным со средней плотностью до 500 кг/м3 и конструкционным со средней плотностью 500—850 кг/м3.
Арболит должен иметь следующие нормируемые марки по средней плотности: D300; D350; D400; D450; D500; D550; D600; D650; D700; D750; D800; D900.
Теплоизоляционный арболит в зависимости от средней плотности в высушенном до постоянной массы состоянии должен иметь марку не выше D500, конструкционно-теплоизоляционный - выше D500 до D900 включительно.
Прочность на сжатие арболита (нормируемая прочность) характеризуют классами по прочности: В0,35; В0,5; В0,75; В1,5; В2,5; В3,5.
Для изделий и конструкций, изготовленных из теплоизоляционного арболита и запроектированных без учета обеспеченности 0,95, показатель прочности арболита на сжатие характеризуют марками: М2,5; М3,5; М5; М10.
Соотношение между классами и марками арболита по прочности на сжатие приведено в табл. 1.
Таблица 1 – Соотношение между классами и марками арболита по
прочности на сжатие
Теплопроводность арболита колеблется в пределах 0,07—0,17 Вт/(м-К) в зависимости от вида заполнителя (древесный, стебли хлопчатника, соломы и др.), а прочность при изгибе — от 0,4 до 1,0 МПа.
Свойства арболита:
- плотность в сухом состоянии составляет 500 кг/м3;
- прочность на сжатие 0,3...3,5 МПа;
- предел прочности при изгибе не менее 0,4 МПа;
- теплопроводность в сухом состоянии не более 0,12 Вт/(м• °С);
- влажность не более 20% по массе.
Максимально допустимые значения фактической средней плотности арболита в высушенном до постоянной массы состоянии в зависимости от вида заполнителя, указанные в рабочих чертежах, не должны превышать значений, приведенных в таблице 2.
Таблица 2 - Максимально допустимые значения фактической средней плотности арболита
Фактическая теплопроводность арболита, высушенного до постоянной массы, в зависимости от вида органического заполнителя, определяемая при температуре (25±1) °С, не должна превышать более чем на 10% значений, приведенных в таблице 2.
Таблица 3 – Теплопроводность арболита при температуре 25 °С
Для марок конструкционно-теплоизоляционного арболита, предназначенного для однослойных и композиционных конструкций, подвергающихся попеременному замораживанию и оттаиванию, определяют морозостойкость. В зависимости от числа циклов попеременного замораживания и оттаивания устанавливают следующие марки арболита по морозостойкости: F15, F25, F35, F50.
За марку по морозостойкости арболита принимают число циклов попеременного замораживания и оттаивания, после которых прочность на сжатие арболита снижается не более чем на 15%, а потеря массы составляет не более 5%.
По показателям пожарной безопасности арболит марок по средней плотности свыше D400 должен соответствовать:
- группе горючести Г1 по ГОСТ 30244;
- группе воспламеняемости В1 по ГОСТ 30402;
- группе по дымообразующей способности Д1 по ГОСТ 12.1.044;
- классу опасности по токсичности продуктов горения Т1 в соответствии с ГОСТ 12.1.044.
Влажность арболита в изделиях и конструкциях не должна превышать 25% по массе.
Теплофизические показатели арболита на измельченной древесине представлены в таблице 4.
Таблица 4 – Теплофизические показатели арболита на измельченной древесине
4 Области применения арболита
По назначению различают арболит:
- теплоизоляционный;
- конструкционно-теплоизоляционный.
Арболит предназначен для устройства теплоизоляции в полах, плитах покрытия и перекрытий и др. элементах зданий, изготовления сборных, сборно-монолитных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций в зданиях различного назначения с относительной влажностью воздуха помещений не более 75% и при отсутствии агрессивных газов, а также в качестве элементов несъемной опалубки при строительстве зданий и сооружений различного назначения, включая малоэтажное строительство.
Допускается применять арболит для конструкций, применяемых при строительстве животноводческих, птицеводческих и звероводческих зданий с относительной влажностью воздуха помещений более 75 % при условии устройства на внутренней поверхности этих конструкций пароизоляционного слоя, который должен предусматриваться в рабочих чертежах.
При этом наружная поверхность ограждающих конструкций из арболита, которые подвергаются воздействию атмосферной влаги, должна иметь защитно-отделочный слой, обеспечивающий их защиту от увлажнения.
Области применения различных марок арболита представлены в табл. 5.
Таблица 5 – Области применения различных марок арболита
Заключение
Арболит является уникальным строительным материалом, одновременно простым по составу и вместе с тем вызывающий массу обсуждений.
За рубежом этот материал используется уже почти сто лет, в России он стал известен в середине прошлого века, с расцветом частного домостроения.
В данной работе рассмотрена технология производства, состав и пропорции сырьевых составляющих этого материала, его уникальные свойства и области применения.
Арболит собрал в себе все достоинства строительных материалов по теплофизическим характеристикам. Он одновременно строительный материал и утеплитель.
К однозначным достоинствам арболита можно отнести:
- отсутствие точки росы;
- долговечность;
- легкость монтажа и сопутствующих работ;
- экологичность постройки в целом;
- удешевление строительства;
- отсутствие необходимости в мощном фундаменте.
Основным недостатком арболитовых блоков является их боязнь повышенной влажности, что с успехом преодолевается при строительстве дома с помощью отделки и своевременного оштукатуривания стен с двух сторон.
Грамотное соединение компонентов арболита позволяет добиться нужной марочной прочности, которая даст в итоге качественный материал для постройки дома.
Список использованных источников
1. ГОСТ 1922-84. Арболит и изделия из него. Общие технические требования.
2. Бауман В.А., Клушанцев Б.В., Мартынов В.Д. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций. - М.: Машиностроение, 2001. – 410 с.
3. Наназашвили, И.Х. Справочник по производству и применению арболита / И.Х. Наназашвили - М.: Стройиздат, 1987. – 208с.
4. Наназашвили, И.Х. Строительные материалы из древесно-цементной композиции / И.Х. Наназашвили - М.: Стройиздат, 1990. -- 415 с.
5. Баженов, Ю.М. Технология бетона /Ю.М.Баженов-М.: Стройиздат, 1997. - 415 с.
6. Путляев И.Е., Оринтлихер Л.П., Ярмаковский В.П. и др. Основные проблемы ресурсосбережения при производстве легких бетонов. Ресурсосберегающая технология производства бетона и железобетона. -М.: 1988, с. 4-16.
7. Арболит. Под ред. Г.А. Бужевича. М.: Издательство литературы по строительству, 1998. – 473 с.
8. Хасдан С.М. и др. Арболит эффективный строительный материал: Обзор информ. ВНИПИЭИлеспрома, 1993. - 56 с.
9. Производство и применение арболита / Под ред. С.М. Хасдана. М., 2001. - 216с.