22 Марта 2018 К списку

Новый строительный материал с низкой теплопроводностью на основе диатомита

На Ямале создается собственная стройиндустрия
Рубрики: Ямал, ЯНАО

Учеными и специалистами Тюменского научного центра и Института криосферы Земли СО РАН  разработан гранулированный теплоизоляционный материал «ДиатомИК» с улучшенными тепло- и звукоизоляционными свойствами. Он изготавливается из опал-кристобалитовых горных пород  (диатомит, трепел, опока), имеет плотность от 250 до 450 кг/м3,  прочность - в пределах от 1 до 3,3 МПа,  водопоглощение составляет  от 4,9 до 6,1%, коэффициент фильтрации - от 3 до 30 м/сутки.

Диатомит (кизельгур, инфузорная земля, горная мука) — осадочная горная порода, состоящая преимущественно из раковинок диатомовых водорослей, обычно рыхлая или слабо сцементированная масса светло-серого или желтоватого цвета. Диатомит образовался из диатомитового ила, накопившегося в древних морях и озерах, начиная с третичного периода. В различных количествах в нем встречаются шарики водного кремнезёма -  опала, а также обломочные и глинистые минералы. Химически диатомит на 96% состоит из опала. Основные его свойства: обладает большой пористостью,  способностью к адсорбции,  слабой тепло- и звукопроводностью,  тугоплавкостью и кислотостойкостью.  

Диатомит применяется  как адсорбент и фильтр в текстильной, нефтехимической, пищевой промышленности, в производстве антибиотиков, бумаги, различных пластических материалов, красок; как сырье для производства жидкого стекла и глазури; в стройиндустрии  в  качестве строительного тепло- и звукоизоляционного материала, добавок к некоторым типам цемента и бетона, при производстве строительных деталей, в частности, стеновых блоков и плит;  в качестве полировального материала в составе паст для металлов и мраморов;  как инсектицид, вызывающий гибель вредителей и т. д. Высокое содержание аморфного кремнезема позволяет использовать опал-кристобалитовые горные породы для производства насыпных гранулированных теплоизоляторов, блочных строительных изделий и пеностеклокерамики.

Технология производства гранулированного материала «ДиатомИК» основана на смешивании диатомита, щелочного компонента и воды. Смешивание производится во вращающейся печи до получения гомогенной массы. В сушильной камере из смеси удаляют воду и получают практически безводную силикатную массу, которую  измельчают до размера частиц  диаметром от 3,5 до 20 мм. Нагрев силикатной массы до ее вспучивания осуществляется в интервале температурот 750 до 850°С. Полученный таким способом  материал обладает низкой тепло- и звукопроводностью, высокой прочностью, морозоустойчивостью и водостойкостью.

В России диатомит впервые начали добывать в XVIII в. в Симбирской губернии и в  Ульяновской области на базе Инзенского месторождения сейчас действует крупный диатомовый комбинат, производящий теплоизоляционный кирпич и пенодиатомитовую крошку. Промышленные месторождения диатомитов открыты  в регионах Среднего Поволжья и Дальнего Востока, Пензенской, Ростовской, Свердловской и других областях России, а также на Ямале.

В 2017 г. в селе Нижняя ТавдаТюменской области был введен в эксплуатацию экспериментальный завод по производству гранул «ДиатомИК». Все его технологическое оборудование изготовлено на российских предприятиях. Проведенные исследования показали высокую эффективность  применения этих гранул для укрепления полотна автомобильных и железных дорог. РОСДОРНИИ и ВНИИ железнодорожного транспорта разработали нормативные документы, рекомендующие использовать «ДиатомИК» при выполнении следующих работ:

- устранения осадок насыпей на оттаивающих вечномерзлых грунтах с отсыпкой материала в зоне подошвы откосов насыпей;

-  предупреждения сплывов и оползаний откосов насыпей и выемок;

- устранения вспучиваний на пересечениях земляного полотна с теплотрассамии на участках с разнородными грунтами;

- рекультивация грунта с засыпкой термокарстовых понижений, водоотводов, подмостового пространства в условиях вечной мерзлоты и сезонного промерзания;

-  новое строительство железных дорог, в том числе  вторых путей в условиях вечной мерзлоты.

На Транссибе эффективность использования «ДиатомИК» проверяли при пропуске грунтовых и дождевых вод в лотках и дренажах. Воду из влагонасыщенных  грунтов в осенне-зимний период теперь можно отводить в дренажах, и она не проникает в полотно дороги, что устраняет вспучивания грунта зимой и его просадки летом. Сезонное промерзание у нас наблюдается на 90% земель России, поэтому применение этого способа  позволит увеличить безопасность движения на железных дорогах и  уменьшить текущие затраты на их обслуживание.  Расчеты специалистов «Забайкалжелдорпроекта» показали, что экономический эффект от использования диатомитовых гранул только в дренажах составит 11%, а в стесненных условиях при наличии светофоров и опор контактных сетей - от 17% до 30%. Федеральный центр ценообразования в строительстве и промышленности строительных материалов выдал заключение о внесении сметного норматива на «ДиатомИК» в федеральный сборник сметных цен на материалы.

Результаты  применения «ДиатомИК» показали его конкурентные преимущества, а также большую технологическую и экономическую эффективность  в рамках «жизненного цикла»  объектов инфраструктуры в сравнении с другими строительными материалами. Запасы диатомитов на Ямале выходят на поверхность и оцениваются в миллиарды кубометров. Поэтому правительство Ямало-Ненецкого автономного округа поддержало создание на базе месторождения  диатомита в Новом Уренгое  первого на Ямале завода по производству  материала «ДиатомИК». Арктическим фондом перспективных проектов и исследований получена лицензия на разработку карьера, а приобретение оборудования для завода профинансировано за счет средств, выделенных департаментом по  науке и инновациям Правительства ЯНАО.

Намечено производство гранул трех размеров: до 5 мм, 5-10 и 10-20 мм. Первую очередь завода планируется сдать в эксплуатацию в мае этого года. Вначале продукция завода будет направляться на строительство и ремонт железных и автомобильных дорог на территории ЯНАО, а с расширением производства - поставляться в другие регионы.

Сейчас ведется исследовательская работа по изменению состава гранул «ДиатомИК» с целью повышения их плотности и прочности. Для сравнения с другими материалами были проведены испытания, которые показали следующие результаты. Пеностеклокерамика из диатомитовых глин с фракционным составом 2,5-5 мм, плотностью  490 кг/м3 и 590 кг/м3 имеет прочность 9,0 и 21,3 МПа  соответственно.  Керамзит марки Д400 (производится в г. Алексин Тульской обл.)  с фракцией 5-10 мм  и плотностью 390 кг/м3 показал прочность 6,0 МПа. Так как керамзит в отличие от пеностекла и пеностеклокерамики впитывает влагу,  то в дорожном строительстве для создания теплоизолирующего и дренажного слоев  его применять нецелесообразно. А если сравнивать «ДиатомИК» с пенополистиролом, который широко используется в дорожном строительстве, то пенополистирол материал горючий и не является дренажным материалом в принципе, а «ДиатомИК» - негорючий и прекрасно дренирует с водопоглощением -2% по объему.

«ДиатомИК» - новое предложение для потребителей на рынке теплоизоляционных строительных материалов. На его основе можно изготавливать большую номенклатуру строительных материалов и деталей:  щебень, окатанные гранулы из различных фракций, сухие строительные смеси, заполнители бетонов, насыпной теплоизолятор для дорог, стеновые блоки и плиты, основания фундаментов и др.  В связи с потеплением и частыми просадками и пучениями грунтов актуальным становится вопрос сохранения и защиты вечной мерзлоты и предотвращения сезонного промерзания дорог и площадок на Севере и за Полярным кругом, где и планируется основной объем сбыта и применения этого материала.

Основным сдерживающим фактором развития автомобильной и железнодорожной инфраструктуры и жилищных программ является высокая рыночная стоимость строящихся дорог и  жилья. Существенную долю  в себестоимости их строительства составляют затраты на строительные материалы. Производство недорогих гранулированных теплоизоляционных материалов позволит увеличить межремонтный период эксплуатации дорог и значительно снизить стоимость жилья, возводимого как на территории ЯНАО, так и за его пределами.

«ДиатомИК» создает широкие перспективы для его использования в строительстве  малоэтажных зданий. Низкая теплопроводность и относительно низкая плотность «ДиатомИК», который служит также утеплителем,  позволяют практически вдвое уменьшить толщину наружных стен жилого дома по сравнению с керамзитобетонными и уменьшает нагрузку на фундамент. Отсюда и более низкая стоимость строительства - экономия до 20% по сравнению с традиционными технологиями и материалами.

Основное преимущество «ДиатомИК» перед пеностеклом – большая сырьевая база в виде местных месторождений, более низкая стоимость сырьевой составляющей, возможность неограниченного применения в бетонах, включая конструкционные и  высокопрочные, предназначенные  для строительства причалов, плавучих нефтяных платформ и др.  Основное его преимущество перед керамзитом - более высокая морозостойкость благодаря закрытой пористости. Равноценный по морозостойкости и прочности керамзит типа керамдора имеет плотность от 400 кг/м3 (керамдор - 600 кг/м3),  на теплоизолирующее дорожное основание его потребуется вдвое больше по объему, и вчетверо больше по массе. При производстве  бетонов с использованием «ДиатомИК» возможно изменение его зернового состава от 0,5 мм, он превосходит керамзит  по прочности при равной плотности в 2-10 раз и возможна перекачка марок бетона, содержащего диатомит,  насосами.  Керамзит же не пригоден для высокопрочных бетонов, включая тампонажные бетоны для нефтяных и газовых скважин.

Преимущества «ДиатомИК» перед пеноплексом и пенополеуретаном, помимо негорючести, - долговечность (свыше 100 лет), жесткость, ненужность дренажного слоя, низкая  цена, особенно для полиуретана высоких плотностей, а также стойкость к грызунам. Для производства пенопластов в основном  используют импортное сырье, а само производство является вредным.

Стеновые блоки из «ДиатомИК» пожаробезопасны  так как не содержат окисляющихся компонентов, отличаются низким водопоглощением и не подвержены гниению. Значительное поровое пространство гранул, из которых спрессованы стеновые блоки, определяет их малый вес и высокие тепло- и звукоизоляционные характеристики. Поэтому в малоэтажном и каркасном строительстве отпадает необходимость в дополнительной теплоизоляции из пенополистирольных плит или минеральной ваты, требующейся при устройстве внешних стен с использованием блоков из керамзита или газобетона. Последние исследования эксплуатационных характеристик теплоизоляционных материалов свидетельствуют о необходимости отказа от использования пенополистирольных плит при строительстве жилых объектов. Применение в малоэтажном строительстве стеновых блоков на основе минерального кремнистого сырья перспективно и с экономической точки зрения. Положительный эффект обусловлен следующими обстоятельствами:

- снижением затрат на грузоперевозки за счет близости источника сырья. Сравнительно небольшая масса стеновых блоков позволяет также сократить время и стоимость погрузо-разгрузочных и монтажных работ, которые можно выполнять вручную или с использованием малой строительной техники;

- возможностью выбора более простого устройства фундамента или использования меньшего количества свай благодаря снижению общего веса сооружения в 1,5–3 раза. Соответственно сокращаются затраты на работы по укреплению фундамента;

- отказом от устройства дополнительных теплоизоляционных слоев из дорогостоящих материалов, необходимых при строительстве зданий из керамзитоблоков;

- снижением затрат на отопление в процессе эксплуатации.

Положительный эффект от использования  «ДиатомИК» в железнодорожном строительстве может быть обусловлен следующими факторами:

- высокие теплоизоляционные характеристики материала  (0,07-0,1 Вт/м*К) позволяют использовать его для теплоизоляции оснований ж/д насыпи,  откосов (укрепленный геосетками материал вместо «охлаждающей» каменной наброски), балластных призм и труб малых водопропускных сооружений;

- материал способен обеспечивать провальную фильтрацию и обрыв капилляров, предотвращая  накопление влаги в земляном полотне, в том числе  обеспечить отвод  воды и работу дренажной системы в начале зимнего периода при -200С;

- низкая насыпная плотность «ДиатомИК» (190-450 кг/м3) позволяет существенно снизить нагрузки на слабые грунты основания при строительстве высоких насыпей, сопряжений мостов и железных дорог;

- материал химически инертен, обладает долговечностью и низким водопоглощением. Срок службы материала в дорожных конструкциях может составить более 100 лет, т.е. на все время планируемой эксплуатации объекта. Материал может быть использован повторно при реконструкции объекта или в другом месте;

- в отличие от привозных синтетических теплоизоляторов и других строительных материалов «ДиатомИК» может  производиться на значительной части территории ЯНАО на местном сырье, как на крупных заводах, так и на мини-заводах, размещаемых непосредственно на строительных площадках.

Строительство в Новом Уренгое завода  по производству нового теплоизоляционного материала является началом создания в Ямало - Ненецком автономном округе собственной стройиндустрии, что поспособствует улучшению качества и снижению себестоимости строительства дорог и жилья в регионе.

Источник: Промышленные ведомости