Строительство и архитектура /4. Современные строительные материалы

Мирюк О.А. , д.т.н.

Рудненский индустриальный институт, Казахстан

ПОРИЗОВАННЫЕ СИЛИКАТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ИЗ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ

Дефицит эффективных теплоизоляционных изделий обусловливает необходимость разработки новых долговечных материалов поризованной структуры с использованием доступного сырья.

Цель работы – исследование влияния вещественного состава сырьевых масс на формирование ячеистой структуры силикатных материалов.

Объектом исследования послужили: пенобетон из щелочесиликатного вяжущего на основе отходов теплоэнергетики и пеностекло на основе стеклобоя.

Щелочесиликатные композиции состоят из жидкого стекла и порошкообразного наполнителя. В эксперименте использовали золу ТЭС и микросферу.

Пенобетон готовили по одностадийному методу: суспензию, полученную перемешиванием всех компонентов, вспенивали в смесителе миксерного типа.

Вспенивание суспензий различного вещественного состава (таблица 1) показало зависимость поризации от физических свойств наполнителя и соотношения между затворителем и порошковым компонентом (жидкое : твердое –Ж/Т). С увеличением доли жидкого стекла повышается подвижность формовочной смеси и растет средняя плотность пенобетона.

Вспениваемость щелочесиликатных композиций зависит от вида пенообразователя. При использовании протеинового пеноконцентрата «Унипор» наблюдается «свертывание» и, как следствие, плохая вспенивающая способность массы и увеличение средней плотности пенобетона. Формовочная масса с синтетическим пенообразователем «F1» образует высокопористую структуру, состоящую из мелких замкнутых ячеек размером 0,2 – 1,0 мм.

Оптимальная концентрация пенообразователя зависит, главным образом, от вида наполнителя. Композиции на основе микросферы, отличающейся низкой насыпной плотностью, более чувствительны к содержанию пенообразующего компонента. Повышенные концентрации пенообразователя способствуют формированию структуры из крупных сообщающихся ячеек.

Следовательно, использование жидкого стекла в качестве затворителя пенобетонной смеси позволяет получать рабочий раствор с регулируемой плотностью и предопределяет выбор порообразователя с высокой вспенивающей способностью и устойчивостью в среде затворителя.

Таблица 1 – Влияние вещественного состава формовочных масс

на свойства щелочесиликатных композиций

Вид наполнителя	Ж/Т	Диаметр расплыва массы, мм	Средняя плотность пенобетона, кг/м^3
Зола ТЭС	1,35	55	720
	1,10	50	500
	0,85	45	463
Микросфера	1,25	55	400
	1,00	50	375
	0,80	45	350

Для оптимизации характеристик поризованных щелочесиликатных композиций исследованы формовочные массы на основе комбинированного наполнителя, состоящего из отходов теплоэнергетики различного состава. Определена предпочтительная комбинация наполнителей, %: микросфера – 20; зола ТЭС – 80, обеспечивающая мелкую, равномерно распределенную пористость, низкую плотность и повышенные показатели прочности (таблица 2).

Таблица 2 – Влияние вида наполнителя

на свойства щелочесиликатного пенобетона

Состав наполнителя, %		Средняя плотность, кг/м^3	Предел прочности при сжатии, МПа, в возрасте, сут (образцы 20х20х20 мм)
зола ТЭС	микросфера		3	7	28
100	–	530	4,4	6,2	9,6
–	100	415	1,8	2,5	3,3
80	20	450	5,3	8,1	8,5
50	50	438	3,3	4,3	4,5

Поризованное стекло (пеностекло) – искусственный силикатный материал с равномерно размещенными порами, разделенными тонкими перегородками. Перспективным направлением повышения эффективности производства поризованного стекла может стать использование в качестве сырья техногенных стекол в сочетании с различными приемами поризации структуры стекломассы.

Сырьевой основой послужил тонкоизмельченный стеклобой. В исследованиях влияния вида порообразующего компонента на поризацию и структуру стекломассы использовали кокс (5 %), известняк (5 %) и жидкое стекло (25 %) с различными значениями силикатного модуля п = 2,5; п = 3,0; п = 3,5. После сушки образцы подвергали обжигу при температуре 850⁰С. Выявлено, что наибольшим эффектом вспучивания и наилучшими показателями обладают композиции, вспененные жидким стеклом (рисунок 1). Повышение силикатного модуля порообразователя увеличивает эффект вспенивания. Пористая структура стекломассы формируется в результате удаления химически связанной воды из жидкого стекла в процессе термической обработки образцов. Полученные результаты корреспондируются с работами [1, 2], где отмечено, что наличие в стекломассе гидроксильных групп, помимо вспучивающего эффекта, положительно влияет на процесс спекания частиц. Структура исследуемых материалов однородна, поры замкнутые и равномерно распределены по объему. Размер ячеек определяется видом порообразующего компонента и достигает наименьших значений (не более 1 мм) для стекломассы, содержащей жидкое стекло с повышенным силикатным модулем (рисунок 2).

Определены оптимальные условия для формирования равномерной ячеистой структуры пеностекла: введение 25 % жидкого стекла плотностью 1350 кг/м³, обеспечивающего вспенивание пиропластичной стекломассы.

Показана целесообразность использования добавки микросферы в составе исследуемых силикатных масс. Изменение содержания полых сферических частиц позволяет регулировать характер поризованной структуры композиций.

Рисунок 1. Влияние вида порообразующего компонента

на свойства вспученного стекла

Рисунок 2. Структура стекла, поризованного

жидким стеклом (1) и известняком (2)

Выводы. Показана возможность получения теплоизоляционных материалов ячеистой структуры на основе техногенного силикатного сырья.

Подтверждена полифункциональность жидкого стекла в составе различных композиций: связующее – в щелочесиликатных смесях, поризуемых пенообразователем и твердеющих при нормальных условиях; газообразователь – в пиропластичной стекломассе.

Литература:

1. Россомагина А.С., Пузанов И.С., Котов А.А. Химико-технологические основы производства пеностекла из стеклобоя. – М.: Спутник, 2003.– 64 с.

2. Шелковникова Т.И., Баранов Е.В. Влияние рецептурно-технологических факторов на процесс получения пеностекла // Материалы Десятых академических чтений РААСН. – Казань, Пенза, 2006. – С. 460 – 462.