Применение вермикулита в строительстве

В настоящее время, в строительстве, присутствует одна из актуальных проблем как для вновь создаваемых, так и для эксплуатируемых зданий и сооружений – это их утепление.

Применяя вспученный вермикулит, можно добиться решения этой проблемы со значительным экономическим эффектом.

Одновременно с уменьшением затрат на сохранение тепла в зданиях и сооружениях решаются такие проблемы, как их огнезащита, звукоотражение и звукопоглощение внутренних помещений, а также ряд других проблемных вопросов, которые возникают при благоустройстве.

Вспученный вермикулит(вермикулит) представляет собой сыпучий, пористый материал в виде чешуйчатых частиц серебристого и желтого цвета, получаемых ускоренным обжигом вермикулитового концентрата – гидрослюды, содержащей между элементарными слоями связанную воду.

Пар, образующийся из этой воды, действует перпендикулярно плоскостям спайности и раздвигает пластинки слюды, увеличивая первоначальный объем зерен в 6-15 и более раз.

После охлаждения вермикулит сохраняет приобретенный им объем с очень тонкими прослойками воздуха между листочками слюды.

Вспученный вермикулит является сыпучим, легким, высокопористым материалом, с характерной чешуйчатой структурой без запаха.

Материал обладает высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, не токсичен, не подвержен гниению и препятствует распространению плесени. Уникальные его технические характеристики – это температуростойкость, огнестойкость, отражающая способность, химическая инертность. (см. раздел Теxнические характеристики.)

Вермикулит является экологически чистым и биостойким продуктом. При повышенной температуре, возникающей при пожарах, не выделяет никаких газов, что является важным преимуществом по сравнению с другими известными материалами органического происхождения.

Как показывает мировая практика, вермикулит весьма успешно применяется в строительстве, в качестве несгораемого насыпного утеплителя. Обладая текучестью, он при засыпании заполняет пустоты неправильной формы. Слой вермикулитовой засыпки в 20см по теплозащите эквивалентен кирпичной стене толщиной 1,5м или бетонной стене толщиной 2м. Слой вермикулита на чердачных перекрытиях толщиной 5см снижает потери тепла на 75%, толщиной 7,5см – на 85% и толщиной 10см – на 92%.

 Теплопроводность некоторых стройматериалов

Наряду с вермикулитовыми засыпками, в строительстве эффективно применяются сухие строительные смеси и строительные растворы, наполнителем которых является вермикулит.

По сравнению с обычными (песчаными) строительными растворами вермикулитовые растворы вследствие высокой пористости имеют в 2-4 раза меньший объемный вес и в 4-6 раз меньший коэффициент теплопроводности и относятся к группе легких (“теплых”) растворов.

Слой из “теплой” цементно-вермикулитовой штукатурки толщиной 2,5см может заменить слой из цементно-песчаного раствора в 10-15см. При толщине цементно-вермикулитовой штукатурного слоя до 3см толщина кирпичной стены может быть уменьшена на 25%.

Нанесение цементно-вермикулитового раствора на кирпичные стены позволяет получить экономию кирпича в размере 0,25куб.м на 1 куб.м кладки, при этом коэффициент звукопоглощения вермикулитовых штукатурок составляет 0,15-0,3, а обычной песчаной штукатурки он равен 0,015-0,02.

Из этого следует, что применение “теплых” штукатурок для облицовки поверхностей стен может дать значительный экономический эффект за счет снижения толщины стены.

Вермикулитовые штукатурные растворы применяются для внутренней и наружной отделки строительных конструкций и могут выполнять, помимо повышенных теплозащитных и звукопоглощающих функций - огнезащитные, декоративные и др. Наносятся они на конструкции обычным для штукатурных работ способами.

Оптимальными составами смешанных вермикулитовых растворов с глиной или известью в качестве тонкодисперсных пластифицирующих добавок являются составы 1:2:6 – 1:3:8 (по объему – цемент: глина (известь) : вермикулит). Смеси такого состава обладают довольно высокой пластичностью и удобоукладываемостью, а растворы имеют сравнительно небольшой объемный вес и достаточную пористость. Поверхность штукатурки хорошо затирается, получается гладкой, без дефектов.

 Состав и свойства вермикулитовых штукатурных растворов

Попеременное нагревание и охлаждение таких конструкций водой в условиях пожара приводит к резкому падению их прочности, большим деформациям, вызывает обрушение.

Как показали испытания, образцы вермикулитового раствора с объемным весом от 500 до 800 кг/куб. м, нагретые до температуры 900-1000 град. С и помещенные в воду, не растрескиваются и сохраняют достаточную прочность, в то время как образцы из ячеистых бетонов при таких же условиях полностью разрушаются.

Огнезащитная эффективность вермикулитовых растворов в 4 раза выше, чем песчаных. Предел огнестойкости покрытий и перекрытий, равный 1,5 ч, обеспечивается при толщине слоя вермикулитового раствора 8 мм. Об эффективности вермикулитовых растворов как огнезащитной изоляции свидетельствуют ниже приведенные данные.

 Огнестойкость некоторых строительных изоляций

·Рекомендуемые составы огнезащитных вермикулитовых штукатурных растворов:

Приготовление вермикулитовой растворной смеси производится в обычных растворомешалках с принудительным перемешиванием материалов (лопастных, шнековых). Загрузка материалов в смеситель для вермикулитовых штукатурных растворов должна проводиться в определенной последовательности. Вначале приготавливается тесто из связующего вещества, добавок и воды, а затем в него загружается вермикулит.

Такая последовательность загрузки материалов обеспечивает получение однородной смеси при минимальной поломке зерен вермикулита, а процесс «самовакуумирования» смеси за счет отсоса воды из теста вермикулитом положительно отражается на свойствах затвердевшего раствора.

В строительстве жилых, общественных и промышленных зданий широкое применение получили покрытия полов из пластика, линолеума паркета и др. Такие полы устраиваются обычно по сборным или монолитным железобетонным перекрытиям или непосредственно на грунте по песчаному основанию.

При устройстве таких покрытий полов по бетонному основанию вследствие высокой теплопроводности и теплоусвоения железобетона требуется промежуточный слой (основание) из малотеплопроводного материала. Последний должен иметь коэффициент теплоусвоения не более 5 ккал/кв.м ч град, предел прочности при сжатии не менее 40 кг/кв.см, обеспечивать надежную звукоизоляцию междуэтажного перекрытия, а в случае применения в перекрытиях над подвалом – надлежащую теплозащиту. Этим требованиям полностью удовлетворяют цементно-песчаные вермикулитовые растворы.

· Состав и свойства цементно-песчаных вермикулитовых растворов

Состав смеси по объему				Расход цемента на 1 куб.м раствора, кг	Свойства раствора			Коэффициент теплоусвоения в Ккал/кв.м.ч.град
Цемент: заполнитель	Цемент	Песок	Вермикулит		Кг/куб.м	Rсж Кг/кв.см	Ккал/м.ч.град
1:2.5	1	0.5	2	495	1085	44.9	0.25	3.67
1:3	1	0.75	2.25	430	1150	35.7	0.28	4.10
1:2.5	1	0.75	1.75	410	1250	58.7	0.33	4.78
1:3	1	1	2	380	1320	46.9	0.35	4.85
1:3	1	1.25	1.75	365	1420	66.3	0.41	5.00

Водопоглощение цементных вермикулито-песчаных бетонов для данных составов составляет от 12 до 22% (по весу) и находится в обратной зависимости от их объемных весов.

Бетоны с большим расходом цемента обладают морозостойкостью. Так, например, образцы из бетона состава 1:2,5 выдерживают 50 циклов стандартных испытаний, состава 1:4 – 25 циклов.

Бетоны с малым расходом цемента (меньше 450 кг на 1 куб. м бетона) неморозостойкие и разрушаются после 4 – 7 циклов испытаний.

Для цементно-песчаных вермикулитовых растворов применяется цемент марок М-400-М-500, вермикулит фракции 0,6-10 мм.

Приготовление раствора следует производить непосредственно вблизи места применения в лопастных или шнековых смесителях, а при небольших объемах работ – вручную в металлических или деревянных ящиках объемом 40-50л. Приготовленная растворная смесь должна быть использована не позднее 30 мин после ее затворения. Укладку смеси производят вручную с уплотнением площадочными вибраторами.

Получение равномерного по толщине слоя обеспечивается предварительной установкой маяков и выравнивание поверхности под правило.

Твердение раствора должно происходить при положительных температурах. Через 7 суток поверхность слоя выравнивается при помощи шлифовальных машин.

Исследование коэффициентов теплопроводности цементно-вермикулитовых растворов показывает, что они в 4 – 6 раз ниже цементно-песчаных.

Как было уже отмечено раньше, вермикулит обладает высокой огнестойкостью. Это его свойство нашло применение для создания вспучивающихся огнезащитных покрытий (ВОЗП) на основе вермикулита.

Наиболее перспективными являются вспучивающиеся покрытия, обладающие огнезащитными и температуростойкими свойствами при действии огня. Эти покрытия наносятся на конструкцию тонким слоем. В процессе эксплуатации они выполняют функции декоративного покрытия. В случае возникновения пожара при действии высоких температур покрытие вспучивается, значительно увеличиваясь в объеме, и образует пористые угольные слои, обладающие низкой теплопроводностью.

В результате проведенных исследований по созданию вспучивающихся огнезащитных покрытий для защиты металлических, деревянных, бетонных и др. конструкций получен целый ряд огнезащитных композиций включающих связующее, вермикулит и ряд добавок.

При испытаниях приготовленные огнестойкие массы наносились вручную слоем 1 и 2. 

 мм на деревянные образцы в виде прямоугольного бруска сечением 30Х60 мм и длиной 150 мм.

Затем образцы выдерживались в естественных условиях до постоянного веса. Готовые образцы подвергались огневому воздействию в керамической трубе.

Для каждого из четырех составов определялась потеря массы образца после обжига по стандартному температурному режиму (как среднее арифметическое результатов испытания не менее 10 образцов)

 Потери массы образцов, защищенных исследуемыми составами, после обжига

Также проводились натуральные испытания огнезащитного покрытия при сжигании стандартного деревянного домика размером в плане 1,0Х1,0 м.

Сжигались три домика: незащищенный, пропитанный раствором антипирина и домик, защищенный вермикулитовым огнестойким составом (толщиной 1 – 2 мм). После сжигания 5 л керосина в каждом из домиков первые два полностью сгорели. Домик, покрытый ОЗП на основе вермикулита, после полного сгорания керосина не претерпел никаких видимых изменений.

Результаты испытания показали хорошие огнезащитные качества покрытий на основе вермикулита. Тонкослойные огнезащитные покрытия на основе вермикулита при простоте приготовления сырьевой массы и обеспечении надежной огнезащиты древесины позволяют решить еще одну достаточно важную задачу декоративного оформления поверхности защищаемой древесины.

Специфическим декоративным свойством вермикулитовых огнезащитных покрытий и штукатурных растворов является блеск обнаженных цветных пластинок вермикулита на поверхности покрытия в отраженном свете.

Особенно эффектны наружные вермикулитовые штукатурки в солнечную погоду, но и во внутренней отделки помещений при естественном и искусственном свете они выглядят довольно эффектно.

Для декоративных вермикулитовых штукатурок рекомендуется применять белый цемент и щелочестойкие пигменты (охру, железный сурик, умбру и др.) в количестве 5 – 25%. В качестве пластифицирующих добавок следует использовать воздушную известь или др. компоненты.

Декоративные качества штукатурки на обычном цементе могут быть также достаточно высокими, но ее цвет, как правило, не соответствует цвету применяемого пигмента. Так, например, растворы с железным суриком имеют коричневый оттенок, с охрой – зеленовато-серый. При введении в цемент 5% пигмента штукатурка обладает мягкими, пастельными тонами, при 15 – 25% - имеет яркий, насыщенный цвет.

 Рекомендуемые составы декоративных растворов: 

Вывод:

Слой вермикулита на чердачных перекрытиях толщиной 5см снижает потери тепла на 75%, толщиной 7,5см – на 85% и толщиной 10см – на 92%. Слой из “теплой” цементно-вермикулитовой штукатурки толщиной 2,5см может заменить слой из цементно-песчаного раствора в 10-15см.

При толщине цементно-вермикулитовой штукатурного слоя до 3см толщина кирпичной стены может быть уменьшена на 25%. Нанесение цементно-вермикулитового раствора на кирпичные стены позволяет получить экономию кирпича в размере 0,25куб.м на 1 куб.м кладки, при этом коэффициент звукопоглощения вермикулитовых штукатурок составляет 0,15-0,3, а у обычной песчаной штукатурки он равен 0,015-0,02.

Из этого следует, что применение “теплых” штукатурок для облицовки поверхностей стен может дать значительный экономический эффект за счет снижения толщины стены.

Огнезащитная эффективность вермикулитовых растворов в 4 раза выше, чем песчаных. Предел огнестойкости покрытий и перекрытий, равный 1,5 ч, обеспечивается при толщине слоя вермикулитового раствора 8 мм. Армоцементные плиты толщиной 20мм с огнезащитным слоем из вермикулитового раствора толщиной 13 мм имеют предел огнестойкости до 10 ч.

Благодаря своим свойствам вермикулит в строительстве целесообразно применять:

 для теплоизоляции стен, крыш, полов, фундаментов и подвалов различных сооружений

 для изоляции холодильных камер, сводов мартеновских печей

 для звуковой изоляции квартир, офисов, камер испытания авиационных и автомобильных двигателей, для звукопоглощения в кинозалах и т.п.

 для огнезащиты металлических, бетонных, деревянных и др. конструкций