УДК 666.19

ЯЧЕИСТЫЕ ГРАНУЛИРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНЫХ ОПОК

Береговой Виталий Александрович1, Сорокин Дмитрий Сергеевич2
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, доктор технических наук, профессор кафедры технологии строительных материалов и деревообработки
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, студент

Аннотация
Приведены технологические основы получения гранулированного стекловидного материала из модифицированного природного сырья – кремнистых опок. Предложен способ получения высокопрочных и долговечных композитов, выступающих в качестве материала-основы для формирования несущего каркаса в структуре декоративно-теплоизоляционного стеклогранулята.

Ключевые слова: , , , , , , ,


ЯЧЕИСТЫЕ ГРАНУЛИРОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПРИРОДНЫХ ОПОК

Beregovoi Vitaliy Alexandrovich1, Sorokin Dmitriy Sergeevich2
1Penza State University of the Architecture and Construction, Doctor of Technical Sciences, professor
2Penza State University of the Architecture and Construction, Student

Abstract
Technological bases of receiving the granulated vitreous material from the modified natural raw materials – a siliceous molding are given. The way of receiving the high-strength and durable composites acting as material basis for formation of the bearing framework in structure of a decorative and heat-insulating glass granules is offered.

Keywords: cellular materials, composite materials, flask rock raw materials, thermal insulation


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Береговой В.А., Сорокин Д.С. // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 4. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/04/51444 (дата обращения: 02.06.2017).

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
  1. 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.
  2. 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.
  3. Береговой В.А.
    Теплофизические свойства композиционных материалов для защиты от радиации: диссертация … кандидата технических наук. – Пенза, 1997.


Все статьи автора «Береговой Виталий Александрович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: