В настоящее время ощущается нехватка новых видов пористых минеральных заполнителей, применяемых для повышения теплозащитных качеств различных строительных конструкций. Возможным решением проблемы может стать использование в качестве недорогого и доступного источника природного сырья опочных месторождений. Как показали проведенные ранее исследования [1] природные опоки способны при определенных условиях формировать качественную стекловидную основу обжигового ячеистого материала. Исходя из факторов минимизации энергозатрат при получении, а также обеспечения минимальной теплопроводности разрабатываемый материал целесообразно изготавливать в виде пористых гранул размерами от 2 до 30 мм.
Основу сырьевой смеси ячеистого гранулированного материала составляет кремнистая разновидность природной опоки. В качестве модификаторов фазового состава использовали химические соединения, интенсифицирующие процесс образования минерального расплава при обжиге и стекловидной фазы при его последующем охлаждении. Минеральная система базовых составов включает оксиды SiO2, CaO, R2O, где источником SiO2 и оксида кальция являются породный компонент, а источником оксидов R2O – модифицирующие добавки.
В результате анализа данных, полученных в ходе проведения петрохимических расчетов, а также диаграмм состояния исследуемых многокомпонентных систем был составлен перечень возможных модификаторов. Из него были экспериментально опробованы следующие вещества: оксиды CaO и MgO, бура природный доломит (CaMg(CO3)2), сода (Na2CO3), борная кислота, селитра, а также бой стекла свинецсодержащего предприятия ЗАО «Бахметьевская Артель» (г. Никольск). Состав стеклобоя характеризовался следующим содержанием оксидов, % по массе: SiO2 – 58; PbO – 24; K2O – 16; ZnO – 1; B2O3 – 1.
Составы сырьевых смесей, использованных для изготовления лабораторных образцов, включали следующие основные компоненты (% от массы):
-состав № 1: опока (67,5), стеклоформирующие Na(K)-содержащие модификаторы (29); СаО (3,5);
- состав № 2: опока (70), стеклоформирующие Na(K)-содержащие модификаторы (15); СаСО3 (15);
- состав № 3: опока (50), стеклоформирующие Na-содержащие модификаторы (10); доломит (10), стекло оптическое (30).
Режимы обжига образцов материала приведены на рис. 1.
Рис.1. Режимы обжига материала
Анализ данных показывает, что состав №3 характеризуется минимальной энергоемкостью процесса изготовления. Этому способствует наличие в его составе легкоплавкой составляющей – свинецсодержащего оптического стекла (табл. 1). Кроме этого, как показали дальнейшие испытания, этот состав отличается расширенным температурным диапазоном жидко-текучего состояния расплава, что существенно облегчает формирование ячеистой структуры.
С целью регулирования прочностных и пиропластических свойств обжигаемых масс было исследовано влияние стекольных наполнителей из боя стекол различного состава (табл. 1), выполняющих роль добавок-активизаторов процесса формирования стекловидного расплава.
Таблица 1. Химический состав фритт
|
Вид стекла |
Содержание, %, по массе |
|||||||
|
SiO2 |
CaO |
MgO |
Fe2O3 |
Al2O3 |
R2O |
PbO |
As2O3 |
|
| Оптическое |
27,0 |
— |
— |
— |
— |
1,8 |
70,9 |
0,3 |
| Оконное |
72,0 |
6,1 |
4,3 |
0,2 |
2,0 |
15,4 |
— |
— |
| Тарное |
69,0 |
6,5 |
4,0 |
1,0 |
5,0 |
14,5 |
— |
— |
Экспериментальные зависимости прочности материала-основы стеклогранулята от вида и количества стекольного наполнителя приведены на рис. 2.
Рис.2. Влияние добавок-активизаторов на прочность материала-основы
Из данных на рис. 2 следует, что максимальное увеличение прочности материала-основы наблюдается при использовании в качестве стеклообразующих центров наполнителя из боя оптического стекла, а минимальное – при использовании оконного стекла. Это связано с особенностями их химического состава: наличие легкоплавкого оксида
свинца обеспечивает существенное снижение температуры начала спекания материала [2].
Показатели свойств ячеистого гранулированного материала, полученного путем высокотемпературного вспенивания разработанных сырьевых смесей, приведены в табл. 2.
Таблица 2. Показатели свойств ячеистых гранулированных материалов
|
Наименование показателя |
Состав сырьевой смеси (см. рис. 1) |
|
|
№ 1 |
№ 3 |
|
|
Прочность при сжатии, МПа |
1,0…1,5 |
1,1…1,8 |
|
Водопоглощение по массе, % |
3,0…3,5 |
2,8…4,9 |
|
Средняя плотность, кг/м3 |
250…300 |
290…430 |
|
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м×°С) |
0,065…0,07 |
0,059…0,063 |
|
Морозостойкость, циклы |
35 |
35 |
Анализ данных, приведенных в табл. 2, показывает, что разработанные материалы характеризуются сочетанием ценных эксплуатационных свойств. Существенное улучшение теплозащитных качеств составов, содержащих добавку наполнителя из боя оптического стекла, объясняется наличием PbO. Высокая атомная масса этого компонента препятствует быстрому распространению теплового потока по стекловидной фазе несущего каркаса ячеистого материала [3].
Библиографический список
- Береговой В. А. Эффективные теплоизоляционные материалы с регулируемыми декоративными свойствами на основе опочных горных пород /В.А. Береговой, Д.С. Сорокин, А.М. Береговой
//Региональная архитектура, – 2014.– №2– С. 84-88. - Береговой В. А. Методика подбора и обоснование компонентного состава сырьевых смесей для изготовления теплоизоляционных пенокерамобетонов / Береговой В.А., Королев Е.В., Прошина Н.А., Береговой А.М.//
Строительные материалы, – 2011–№ 6 –С. 66-69. - Береговой В.А.
Теплофизические свойства композиционных материалов для защиты от радиации: диссертация … кандидата технических наук. – Пенза, 1997.
Количество просмотров публикации: Please wait