Казанские исследователи выяснили, что прочность и теплопроводность строительной керамики определяются не размером пор, а их структурой. Открытие сделано на основе местного татарстанского сырья - и уже сейчас указывает путь к созданию нового поколения энергоэффективных строительных материалов.

Суглинок с Волги - в основе эксперимента

Исследователи Казанского федерального университета совместно с коллегами из Казанского государственного архитектурно-строительного университета взяли за основу суглинок Ключищенского месторождения в Республике Татарстан. К нему добавили два вида выгорающих при обжиге наполнителей: древесные опилки и продукт переработки нефтешламов - отходов, которые иначе просто осложняют жизнь нефтяникам. Дополнительно в состав ввели модификаторы, улучшающие формовочные и механические свойства массы.

Результат - серия керамических образцов с разной пористостью, которые затем изучили с помощью рентгеновской компьютерной томографии на оборудовании КФУ. Это позволило заглянуть внутрь материала буквально на микронном уровне.

Размер не главное - важна связность пор

Ключевой вывод работы перевернул, казалось бы, очевидную логику. Доцент кафедры минералогии и литологии Евгения Нуриева поясняет: прямой зависимости между размером пор и теплопроводностью, прочностью или водопоглощением керамики не существует. Решает не сколько пор и какого они диаметра, а то, соединены ли они между собой.

Крупные поры оказались закрытыми - вода в них не проникает, а теплопередача через них минимальна. Мелкие, напротив, окружены зонами микротрещин, по которым влага поднимается капиллярно. Именно они провоцируют водопоглощение - главный враг долговечного кирпича.

• Крупные закрытые поры снижают водопоглощение и теплопроводность
• Мелкие поры с трещинами вокруг - канал для капиллярного подсоса воды
• Открытые, сообщающиеся поры критически влияют на технические характеристики
• Компьютерная томография впервые позволила зафиксировать эти различия на уровне микроструктуры

От лаборатории до стены дома

Полученные образцы высокопористой керамики уже демонстрируют сочетание, которое прежде считалось трудно достижимым: приличная прочность при низкой теплопроводности. Такой материал пригоден для производства кирпичей и стеновых блоков, обеспечивающих энергоэффективность здания без дополнительного утепления.

Перспектива ещё интереснее - на базе подобной керамики реально создать так называемый керамический утеплитель. В отличие от минеральной ваты или пенополистирола, он не деградирует со временем, не впитывает влагу и не требует замены на протяжении всего жизненного цикла постройки. Для климата средней полосы России это аргумент более чем весомый.

Работа финансировалась в рамках государственной поддержки КФУ как конкурентоспособного научно-образовательного центра. Результаты опубликованы в журнале «Известия вузов».