Zastosowanie perlitu ekspandowanego

Charakterystyczne cechy fizykochemiczne perlitu ekspandowanego umo liwiają szerokie zastosowanie tego materiału w ró nych gałęziach przemysłu. W rolnictwie wykorzystywany jest jako mineralne podło e do uprawy ro lin, w technologii materiałów ogniotrwałych do produkcji ognioodpornych ceramicznych kształtek izolacyjnych, w przemy le spo ywczym najdrobniejszy perlit składający się z pokruszonych ziaren stanowi doskonały filtr, w ochronie rodowiska pokryty lipofilowymi (hydrofobowymi) substancjami absorbuje benzynę, oleje, naftę i inne organiczne zanieczyszczenia. Ponadto perlit ekspandowany mo e stanowić składnik ekranów d więkochłonnych oraz zasypek izolacyjnych w hutnictwie [89].

Perlit naturalny oraz perlit ekspandowany to materiały z powodzeniem wykorzystywane w syntezach zeolitów [95]. Z perlitów naturalnych, z udziałem wodorotlenku sodu, zsyntezowano takie zeolity jak: analcym [96], hydroksysodalit czy zeolit V [97]. W wyniku

39 zastosowania perlitu ekspandowanego, w zale no ci od warunków procesu, uzyskano formy takie jak: zeolit ZSM-5 , analcym, zeolit Na-P1 [98,99].

Zastosowanie perlitu związane jest głównie z jego wła ciwo ciami termoizolacyjnymi. Ten kierunek zastosowania zostanie opisany szerzej. Głównym konsumentem perlitu ekspandowanego na polskim rynku jest przemysł materiałów budowlanych, który zu ywa ok. 90% łącznej produkcji [91]. Na rynku dostępne są komercyjnie produkty zwane perlitobetonem (PTB), które zalecane są przez producentów do termicznej izolacji podłóg, stropów czy stropodachów. Jeden z producentów podaje informację, e w zale no ci od proporcji perlitu do cementu mo na uzyskiwać materiały o wytrzymało ci na ciskanie od 0,5 do 6 MPa i przewodnictwie cieplnym od 0,08 do 0,23 W/m∙K [100]. Betony jamiste wytwarzane z perlitu ekspandowanego, porównywane do betonu komórkowego, mogą mieć gęsto ć pozorną poni ej 300 kg/m³, przy współczynniku przewodzenia ciepła mniejszym od 0,8 W/m∙K [3].

W 2005 roku w Polsce udzielono patentu o numerze PL 189779 B1 „Sposób wytwarzania lekkiego materiału budowlanego zawierającego dmuchany perlit” [101], w 2015 roku patentu o numerze PL 219082 B1 „Prefabrykat perlitobetonowy i sposób wytwarzania prefabrykatu perlitobetonowego” [102].

Stosowanie perlitu ekspandowanego w technologii materiałów izolacyjnych jest objęte normami europejskimi: PN-EN 15599-1:2012 „Wyroby do izolacji cieplnej wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Wyroby do izolacji cieplnej z perlitu ekspandowanego (EP) formowane in situ” oraz PN-EN 14316 2005 cz. 1 i 2 „Wyroby do izolacji cieplnej w budownictwie. Wyroby do izolacji cieplnej z perlitu ekspandowanego (EP) formowane in situ”.

Autorzy są zgodni, e perlit ekspandowany jest materiałem, który mo e być stosowany jako kruszywo w betonach lekkich, jednak towarzyszą temu pewne problemy technologiczne, związane z szybkim niszczeniem porowatej mikrostruktury, szczególnie podczas homogenizacji mieszanki betonowej. Perlit poprzez wprowadzenie porów do matrycy cementowej, wpływa korzystnie na spadek przewodnictwa cieplnego, czyniąc materiał bardziej izolacyjnym. Niestety jego obecno ć znacząco pogarsza wytrzymało ć na ciskanie. Mo na to zjawisko tłumaczyć zmniejszeniem gęsto ci materiałów. Inną przyczyną jest nieregularny kształt porów, poniewa dochodzi do koncentracji naprę eń, prowadzących do powstania mikrospękań, które w konsekwencji mogą powodować destrukcję materiału. Istotną słabą stroną stosowania perlitu ekspandowanego w tego typu materiałach jest tak e jego du a nasiąkliwo ć, bezpo rednio wpływająca na wodo ądno ć, co pogarsza urabialno ć zapraw [103]. Ziarna perlitu zatrzymują w porach stosunkowo du ą ilo ć wody. Z tego powodu trudno jest prowadzić badania z ró ną zawarto cią perlitu przy tym samym stosunku wodno/cementowym [103]. Mając na celu wytworzenie dobrego materiału izolacyjno-konstrukcyjnego, najwa niejsze jest znalezienie optimum odpowiednich stosunków ilo ciowych składników, wła ciwo ciach izolacyjnych, a tak e wła ciwo ciach mechanicznych.

W literaturze mo na znale ć wiele prac dotyczących wykorzystania tego materiału jako wypełniacza poprawiającego izolacyjno ć oraz ognioodporno ć zapraw, ze spoiwem cementowym [103–108], a tak e zapraw ze spoiw geopolimerowych [109]. Pojawiają się

40 równie informacje na temat stosowania tynku gipsowego zawierającego perlit. Obecno ć lekkiego wypełniacza powoduje spadek wytrzymało ć o ok. 30% przy dozowaniu 10%, co pozwala na osiągnięcie przewodnictwa 0,12 W/mK [107].

Wprowadzenie perlitu ekspandowanego wpływa na zmniejszenie gęsto ci pozornej mieszanek betonowych i wie ych zapraw, co potwierdzono w pracach [3,107,110]. Ponadto powoduje pogorszenie wła ciwo ci reologicznych mieszanki betonowej. Oktay i współautorzy, przedstawili wyniki badań, w których mieszanki betonowe wykazują pogorszenie wła ciwo ci reologicznych przy zamianie kruszywa perlitem powy ej 10% [110].

Topҫu i współpracownicy [104] potwierdzili, e mo na otrzymać beton lekki klasy C20 – C40 zakładając jak najwy szy stosunek wytrzymało ci do gęsto ci, u ywając do tego celu perlitu ekspandowanego. Stosowano w tym przypadku dwa rodzaje cementów CEM I i CEM II. Optimum jakie udało się uzyskać to beton o wytrzymało ci ok. 28 MPa, gęsto ci 1800 kg/m3, przy dozowaniu 400 kg cementu/m³ i jednoczesnym wprowadzeniu 30% perlitu ekspandowanego jako substytutu kruszywa drobnego (piasku). Rysunek 21 przedstawia zale no ć wytrzymało ci na ciskanie od udziału perlitu ekspandowanego w omawianej pracy.

Rysunek 21 Zależ ość wytrzy ałoś i a ś iska ie od zawartoś i perlitu ekspa dowa ego w eto ie [ ]

Podobne badania dotyczące betonów lekkich prowadzone były przez innych autorów, którzy wykorzystywali perlit w mieszankach zawierających dodatki mineralne takie, jak popioły lotne czy pył krzemionkowy [108,111,112].

W pracy [113] przedstawiono wykres zale no ci zmiany gęsto ci pozornej i współczynnika przewodzenia ciepła w funkcji zawarto ci perlitu ekspandowanego dla kompozytu zbrojonego naturalnym włóknem lnianym w którym zastosowano mieszane spoiwo cement/metakaolin o stosunku masowym 90:10 (rys. 22).

Wy tr zy ma ło ść n a śc iskan ie [ M Pa]

41

Rysunek 22 Gęstość i przewod i two iepl e w zależ oś i od zawartoś i perlitu w zaprawie [ ]

Zamiana 70% spoiwa cementowego perlitem w kompozycie skutkowała redukcją gęsto ci pozornej o ok. 60%. Zauwa ono korzystny wpływ perlitu na współczynnik przewodzenia ciepła, który malał liniowo wraz ze wzrostem zawarto ci perlitu.

W pracy [108] zastosowano rudę perlitu z kopalni w Tajlandii, którą przed wprowadzeniem do betonu, pra ono w 900-1100oC. Otrzymano betony lekkie o gęsto ci poni ej 2000 kg/m3, które po 28 dniach dojrzewania charakteryzowały się wytrzymało cią w granicach 30÷40 MPa w przypadku dozowania perlitu w ilo ci 50%, jako substytutu kruszywa drobnego.

Senegul i in. [105] powiązali wła ciwo ci mechaniczne betonów lekkich z ich nasiąkliwo cią i przewodnictwem cieplnym. Betony o wytrzymało ci na ciskanie 4,6 MPa, w których zastosowano więcej ni 60% perlitu, charakteryzowały się przewodnictwem cieplnym na poziomie 0,35 W/mK. Nocuń-Wczelik i współautorzy potwierdzili istotny wpływ perlitu na podciąganie kapilarne, bezpo rednio związane z nasiąkliwo cią. Im większa zawarto ć perlitu tym bardziej intensywny transport wody. Jednocze nie w pracy tej podjęto próbę ograniczenia nasiąkliwo ci poprzez zastosowanie domieszki hydrofobizującej. Domieszka hydrofobizująca ogranicza podciąganie kapilarne zaprawy perlitowej o stosunku objęto ciowym cement/perlit wynoszącym 1/3 i 1/5, do około połowy poziomu w odniesieniu do próbki referencyjnej. W przypadku stosunku 1/7 nie obserwuje się korzystnych zmian związanych z działaniem domieszki. Istotnym wnioskiem wynikającym z tych badań jest stwierdzenie mo liwo ci modyfikacji kompozytów zawierających w swym składzie perlit przez stosowanie domieszek chemicznych [103].

Mo na znale ć tak e nieliczne opracowania dotyczące niekonwencjonalnego zastosowania perlitu ekspandowanego np. w materiałach autoklawizowanych [114]. Powstały tak e oryginalne prace z wykorzystaniem tego materiału jako składnika betonów samopoziomujących zawierających superplastyfikatory [115,116]. Udało się uzyskać beton samozagęszczalny zawierający 5% perlitu ekspandowanego o wytrzymało ci 50MPa (Gandage i in. [115]), który charakteryzował się ponadto o 20% mniejszym przewodnictwem cieplnym w stosunku do betonu referencyjnego.

Pr ze wo d n ic two [ W/mK ] G ęsto ść [kg /m 3 ] Zawartość perlitu [%] Gęstość Przewodnictwo cieplne

42