Полистиролбетон — эффективный теплоизоляционный материал современного строительства

При проектировании и строительстве зданий актуальным является вопрос снижения массы отдельных конструкций и всего здания в целом [115]. В конструкциях зданий должны применяться экологически безопасные, низкоэнергоемкие строительные материалы, изготавливаемые по малозатратным технологиям на базе преимущественного использования продуктов переработки техногенных отходов и местных природных сырьевых ресурсов [116, 117]. Применяемые для теплоизоляции строительных конструкций плиты из пенополистирола обеспечивают необходимые теплофизические свойства, но в тоже время они имеют недостатки, ограничивающие их широкое использование, такие как низкая прочность, горючесть, химическую деструкцию в процессе эксплуатации. Эти недостатки в значительной степени можно снизить или устранить, используя пенополистирол в виде вспученных гранул в качестве заполнителя в легких бетонах, известных по работам [2; 118].

Полистиролбетон является разновидностью легких бетонов. В состав этого композиционного материала входят портландцемент, пористый заполнитель — гранулы вспененного полистирола и воздухововлекающие добавки. Сочетание полистирольных гранул, являющихся теплоизолирующим материалом, и бетона в одном продукте обеспечивает оптимальную комбинацию несущих свойств, звукоизоляции, термоизоляции и огнезащиты.

Полистиролбетон имеет определенные технологические преимущества перед пенобетоном и газобетоном. Формирование его ячеистой структуры осуществляется готовыми порами — полидисперсными вспененными гранулами полистирола размером 0,6 — 20 мм при насыпной их плотности 10−35 кг/м. Промежутки между ними заполняются поризованным цементным тестом, объединяющим гранулы пенополистирола в единое целое — полистиролбетон средней плотности 150 — 500 кг/м3. Последний представляет собой, таким образом, двухфазную систему, состоящую из вспененных гранул пенополистирола и цементной матрицы. Замечено, что при ее небольшой прочности прочность полистиролбетона средней плотности 200 — 500 кг/м3 достигает прочности неавтоклавного пенои газобетона, имеющего в несколько раз большее значение плотности и прочности матрицы. При прочности цементной матрицы, например, 1 — 2,5 МПа и плотности 320 — 450 кг/м3 прочность полистиролбетона средней плотности 200 кг/м3 составляет 0,35 — 0,5 МПа. А при прочности матрицы 7,4 — 15,7 МПа и плотности 820 — 1160 кг/м3, прочность полистиролбетона средней плотности 500 кг/м3 достигает 2,3 — 3,44 МПа. Это говорит о преобладающей конструктивной роли гранул пенополистирола в создании прочности полистиролбетона, закономерно проявляющейся при изменении насыпной и средней плотности пенополистирольных гранул, их размеров, прочности и межзерновой пустотности. Влияние перечисленных свойств гранул настолько велико, что плотность и прочность полистиролбетона могут изменяться в 2 — 4 раза независимо от прочности и плотности цементной матрицы.

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 парои 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 легко механически обрабатывается (пилится сверлится, имеет хорошую гвоздимость), транспортируется и укладывается (товарная смесь) и уменьшает трудозатраты при возведении конструктивных элементов зданий (сборные изделия).

На фоне перечисленных преимуществ полистиролбетон на клинкерном вяжущем имеет недостатки. Одним из важных недостатков является высокая цена портландцемента, что влечет за собой высокую стоимость материала. К недостаткам можно также отнести затянутые сроки схватывания материала; усадочные явления при твердении цементной матрицы, что ведет к трещинообразованию. Поэтому целесообразна замена цемента на бесклинкерное вяжущее, желательно из отходов производства. Таким отходом производства может служить фторангидрит. Это позволяет полностью исключить клинкерное вяжущее и дает возможность улучшения свойств материала: уменьшение теплопроводности; возможность подвспучивания матрицы за счет компонентов, поризующих твердеющую ангидртовую матрицу.

Таким образом, разработка полистиролбетона на основе ангидритовой матрицы является одним из приоритетных направлений в производстве теплоизоляционных материалов, которое позволяет решать одновременно экологические проблемы и получать ресурсои энергосберегающие технологии производства эффективных теплоизолирующих материалов.