Без асбеста
Сообщение "Технология изготовления и физико-технические свойства экологически чистых цементноволокнистых листовых материалов на основе отечественного сырья", сделанное заведующим МОНИЛ новых стройматериалов БГПА Владимиром Повидайко на семинаре "Современные эффективные технологии, материалы, изделия и инженерное оборудование, применяемые при эксплуатации и ремонте жилого фонда"
Во многих странах мира, особенно в тех, в которых отсутствуют природные запасы асбеста, ведутся исследования, направленные на частичную или полную замену асбеста другими видами волокон органического или неорганического происхождения в процессе производства асбестоцементных листовых материалов. Обусловлено это тем, что асбестовые волокна относятся к канцерогенным материалам. Тем не менее асбестовые волокна продолжают использоваться в производстве листовых кровельных и отделочных строительных материалов, поскольку они имеют положительные технические свойства. Высокие прочность и морозостойкость сочетаются с хорошим сцеплением с цементным камнем.
Асбестоцементные изделия имеют невысокую стоимость и конкурируют с другими кровельными материалами. В этой связи при разработке новых цементноволокнистых материалов необходимо использовать экологически чистое сырье невысокой стоимости требуемых технических свойств.
Наиболее значительный эффект может быть достигнут при внедрении новых безасбестовых композиционных цементноволокнистых материалов на действующих традиционных технологических линиях по производству асбестоцементных листов с максимальным использованием имеющегося оборудования.
Каковы положительные свойства асбестового волокна, известного в первую очередь своей огнестойкостью? Оно обладает легкой распушенностью, значительной механической прочностью и гибкостью. Высокая адсорбционная способность позволяет ему осаждать и прочно удерживать на своей поверхности зерна цемента. Армирующая способность определяет высокую механическую прочность на изгиб и растяжение затвердевшего материала. К прочим плюсам материала относится высокая щелочестойкость.
Как бы то ни было, в 1985 г. в США вышел закон, полностью запрещающий применение асбестосодержащих материалов. После того, как многие фирмы страны стали терпеть экономический крах, этот закон был отменен. Взамен было предложено предусматривать мероприятия по минимизации опасности этих волокон с точки зрения санитарных норм.
В Германии полностью запрещено производство асбестовых волокон и изделий на их основе. Например, берлинские постройки, возведенные с использованием асбеста, были полностью реконструированы с заменой панелей, в составе которых были асбестоцементные листы, панелями, изготовленными из других материалов, в частности, полимерных.
К недостаткам можно также отнести ограниченную сырьевую базу асбеста. Особенно это актуально для Беларуси, не располагающей природными запасами асбеста. Сырье для белорусских предприятий завозится из России.
Специалисты разных стран исследовали возможность замены асбестовых волокон различными видами волокон иной природы. Три основные вида таких волокон - это минеральные, синтетические и бумажно-целлюлозные волокна.
Говоря об использовании минеральных волокон, можно выделить два направления использования стеклянных и иных искусственных минеральных волокон в цементных композициях. Первое - применение щелочестойких волокон, химический состав которых достаточно устойчив к воздействию портландцемента. Второе - создание на поверхности волокон надежных покрытий, защищающих их от воздействия щелочной среды.
В данном направлении как зарубежными, так и отечественными специалистами был предпринят ряд исследований. В качестве покрытий для стекловолокон предлагаются различные кремнийорганические и органические лаки, полиэтилен, гидросилоксан, винилацетиленовый лак. Специалисты США в своих разработках предлагали покрывать волокна восками. Предложен также водный аппрет, который состоит из бутадиенстирольного каучука. Для защиты от цементной коррозии стеклянные волокна покрываются сополимерным покрытием.
Отечественные специалисты предлагали покрывать стекловолокна эпоксидной смолой ЭД-20.
В качестве основного недостатка стекловолокон исследователи отмечают плохое сцепление с цементным камнем. Кроме того, исследования в такой сравнительно новой области, как производство стеклофибробетонов, показали, что стекловолокно плохо перемешивается с сырьевой смесью, комкуется; такую смесь трудно формовать.
Несколько слов об использовании химических синтетических волокон. Английская фирма "Шелл кемикл" рекомендует использовать фибриллированые полипропиленовые волокна. Были получены образцы изделий, обнаружившие высокую ударную вязкость, прочность и долговечность. Отечествеными специалистами были исследованы такие волокна, как анид, капрон, лавсан, полипропилен, вискоза, хлорин. В сырьевую смесь вводились волокна в количестве от 0,1 до 2%. Было установлено, что такие волокна, как лавсан, хлорин, вискоза, не являются щелочестойкими, а прочность изделий из них в течение времени снижается, поэтому использовать их не рекомендуется. Что же касается анида, капрона и полипропилена, то они достаточно устойчивы, выдерживают щелочное воздействие цемента, изделия же из них характеризуются высокой прочностью (ударная вязкость - от 8 до 10 кДж/м 2).
Касаясь использования целлюлозно-бумажных волокон, можно сказать, что в данной области наибольших успехов достигла немецкая фирма "Этернит". Продукция этой фирмы и есть тот самый безасбестовый материал, который применялся при реконструкции берлинских зданий. Минимальная толщина изготавливаемых листов - 5 мм.
Сравнивая между собой целлюлозные и асбестовые волокна, следует отметить, что целлюлозные волокна, подвергнутые размолу, имеют значительно большую длину по сравнению с распушенными асбестовыми волокнами. Целлюлозная масса однородна и имеет значительную степень волокнистости. Однако целлюлозное волокно слабо гидратировано. Его удельная поверхность значительно ниже, чем у распушенного асбестового волокна. Ниже и адсорбционная способность, и прочность сцепления.
С целью замены асбестовых волокон в строительных изделиях специалистами БГПА были исследованы волокна, которыми располагает белорусская промышленность - целлюлозные, базальтовые и полипропиленовые.
Введением целлюлозных волокон в количестве до 5 массовых частей удалось добиться повышения ударной вязкости, плотности и прочности изделий.
С повышением же дозировки наблюдался рост водопоглощения. Поэтому применение целлюлозных волокон должно ограничиваться определенной их концентрацией.
Опыт введения базальтовых волокон выявил снижение ударной вязкости до 0,9-1 кДж/м 2. Увеличение же дозировки до 12 массовых частей ведет к короблению образцов и снижению прочностных показателей.
Максимальной ударной вязкости (5-20 кДж/м 2) удалось добиться введением полипропиленовых волокон.
В результате проведенных исследований были разработаны оптимальные композиции с определенным сочетанием волокон и получены образцы, ударная вязкость которых составляет 6-8 кДж/м 2, плотность - от 1800 до 1850 кг/м 3, а морозостойкость - более 50 циклов. Предел прочности при изгибе - от 8 до 10 МПа.
Полученное на основе такой композиции изделие уступает асбестоцементному лишь по изгибной прочности, по ударной же вязкости превосходит втрое.
По морозостойкости оно соответствует асбестоцементному изделию высшего качества.
По данной технологии могут использоваться как кровельные, так и фасадные изделия (точнее, облицовочные элементы вентилируемых фасадов зданий, которые в 2-3 раза дешевле применяемых сегодня изделий из оцинкованной жести или алюминиевого листа).
Такие изделия являются трудногорючими.Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Во многих странах мира, особенно в тех, в которых отсутствуют природные запасы асбеста, ведутся исследования, направленные на частичную или полную замену асбеста другими видами волокон органического или неорганического происхождения в процессе производства асбестоцементных листовых материалов. Обусловлено это тем, что асбестовые волокна относятся к канцерогенным материалам. Тем не менее асбестовые волокна продолжают использоваться в производстве листовых кровельных и отделочных строительных материалов, поскольку они имеют положительные технические свойства. Высокие прочность и морозостойкость сочетаются с хорошим сцеплением с цементным камнем.
Асбестоцементные изделия имеют невысокую стоимость и конкурируют с другими кровельными материалами. В этой связи при разработке новых цементноволокнистых материалов необходимо использовать экологически чистое сырье невысокой стоимости требуемых технических свойств.
Наиболее значительный эффект может быть достигнут при внедрении новых безасбестовых композиционных цементноволокнистых материалов на действующих традиционных технологических линиях по производству асбестоцементных листов с максимальным использованием имеющегося оборудования.
Каковы положительные свойства асбестового волокна, известного в первую очередь своей огнестойкостью? Оно обладает легкой распушенностью, значительной механической прочностью и гибкостью. Высокая адсорбционная способность позволяет ему осаждать и прочно удерживать на своей поверхности зерна цемента. Армирующая способность определяет высокую механическую прочность на изгиб и растяжение затвердевшего материала. К прочим плюсам материала относится высокая щелочестойкость.
Как бы то ни было, в 1985 г. в США вышел закон, полностью запрещающий применение асбестосодержащих материалов. После того, как многие фирмы страны стали терпеть экономический крах, этот закон был отменен. Взамен было предложено предусматривать мероприятия по минимизации опасности этих волокон с точки зрения санитарных норм.
В Германии полностью запрещено производство асбестовых волокон и изделий на их основе. Например, берлинские постройки, возведенные с использованием асбеста, были полностью реконструированы с заменой панелей, в составе которых были асбестоцементные листы, панелями, изготовленными из других материалов, в частности, полимерных.
К недостаткам можно также отнести ограниченную сырьевую базу асбеста. Особенно это актуально для Беларуси, не располагающей природными запасами асбеста. Сырье для белорусских предприятий завозится из России.
Специалисты разных стран исследовали возможность замены асбестовых волокон различными видами волокон иной природы. Три основные вида таких волокон - это минеральные, синтетические и бумажно-целлюлозные волокна.
Говоря об использовании минеральных волокон, можно выделить два направления использования стеклянных и иных искусственных минеральных волокон в цементных композициях. Первое - применение щелочестойких волокон, химический состав которых достаточно устойчив к воздействию портландцемента. Второе - создание на поверхности волокон надежных покрытий, защищающих их от воздействия щелочной среды.
В данном направлении как зарубежными, так и отечественными специалистами был предпринят ряд исследований. В качестве покрытий для стекловолокон предлагаются различные кремнийорганические и органические лаки, полиэтилен, гидросилоксан, винилацетиленовый лак. Специалисты США в своих разработках предлагали покрывать волокна восками. Предложен также водный аппрет, который состоит из бутадиенстирольного каучука. Для защиты от цементной коррозии стеклянные волокна покрываются сополимерным покрытием.
Отечественные специалисты предлагали покрывать стекловолокна эпоксидной смолой ЭД-20.
В качестве основного недостатка стекловолокон исследователи отмечают плохое сцепление с цементным камнем. Кроме того, исследования в такой сравнительно новой области, как производство стеклофибробетонов, показали, что стекловолокно плохо перемешивается с сырьевой смесью, комкуется; такую смесь трудно формовать.
Несколько слов об использовании химических синтетических волокон. Английская фирма "Шелл кемикл" рекомендует использовать фибриллированые полипропиленовые волокна. Были получены образцы изделий, обнаружившие высокую ударную вязкость, прочность и долговечность. Отечествеными специалистами были исследованы такие волокна, как анид, капрон, лавсан, полипропилен, вискоза, хлорин. В сырьевую смесь вводились волокна в количестве от 0,1 до 2%. Было установлено, что такие волокна, как лавсан, хлорин, вискоза, не являются щелочестойкими, а прочность изделий из них в течение времени снижается, поэтому использовать их не рекомендуется. Что же касается анида, капрона и полипропилена, то они достаточно устойчивы, выдерживают щелочное воздействие цемента, изделия же из них характеризуются высокой прочностью (ударная вязкость - от 8 до 10 кДж/м 2).
Касаясь использования целлюлозно-бумажных волокон, можно сказать, что в данной области наибольших успехов достигла немецкая фирма "Этернит". Продукция этой фирмы и есть тот самый безасбестовый материал, который применялся при реконструкции берлинских зданий. Минимальная толщина изготавливаемых листов - 5 мм.
Сравнивая между собой целлюлозные и асбестовые волокна, следует отметить, что целлюлозные волокна, подвергнутые размолу, имеют значительно большую длину по сравнению с распушенными асбестовыми волокнами. Целлюлозная масса однородна и имеет значительную степень волокнистости. Однако целлюлозное волокно слабо гидратировано. Его удельная поверхность значительно ниже, чем у распушенного асбестового волокна. Ниже и адсорбционная способность, и прочность сцепления.
С целью замены асбестовых волокон в строительных изделиях специалистами БГПА были исследованы волокна, которыми располагает белорусская промышленность - целлюлозные, базальтовые и полипропиленовые.
Введением целлюлозных волокон в количестве до 5 массовых частей удалось добиться повышения ударной вязкости, плотности и прочности изделий.
С повышением же дозировки наблюдался рост водопоглощения. Поэтому применение целлюлозных волокон должно ограничиваться определенной их концентрацией.
Опыт введения базальтовых волокон выявил снижение ударной вязкости до 0,9-1 кДж/м 2. Увеличение же дозировки до 12 массовых частей ведет к короблению образцов и снижению прочностных показателей.
Максимальной ударной вязкости (5-20 кДж/м 2) удалось добиться введением полипропиленовых волокон.
В результате проведенных исследований были разработаны оптимальные композиции с определенным сочетанием волокон и получены образцы, ударная вязкость которых составляет 6-8 кДж/м 2, плотность - от 1800 до 1850 кг/м 3, а морозостойкость - более 50 циклов. Предел прочности при изгибе - от 8 до 10 МПа.
Полученное на основе такой композиции изделие уступает асбестоцементному лишь по изгибной прочности, по ударной же вязкости превосходит втрое.
По морозостойкости оно соответствует асбестоцементному изделию высшего качества.
По данной технологии могут использоваться как кровельные, так и фасадные изделия (точнее, облицовочные элементы вентилируемых фасадов зданий, которые в 2-3 раза дешевле применяемых сегодня изделий из оцинкованной жести или алюминиевого листа).
Такие изделия являются трудногорючими.Подготовил Сергей ЗОЛОТОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 07 за 2001 год в рубрике материалы и технолгии
