Вспененные изоляционные материалы на основе аморфного кремнеземсодержащего сырья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.11, кандидат наук Субботин, Роман Константинович

• Субботин, Роман Константинович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Субботин, Роман Константинович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОСТЕКЛА И НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ЕГО ОСНОВЕ ДЛЯ КОМПОЗИЦИЙ

1.1. Строение и физико-химические свойства пеностекла

1.2. Композиционные материалы на основе вяжущих и стекла

1.3. Природные кремнеземсодержащие материалы

1.4. Синтез стекол и расчет шихты

1.5. Методы исследования сырьевых материалов, стекольных шихт и изделий

1.6. Цель и постановка задачи исследований

2. СИНТЕЗ СТЕКОЛ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВСПЕНЕННЫХ ИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ШИХТ НА ОСНОВЕ ДИАТОМИТА

2.1. Синтез стекол на основе диатомита и кварцевого песка, оптимизация состава стекольных шихт

2.2. Физико-механические свойства диатомита и шихты на его основе

2.3. Сушка диатомита, влияние влажности диатомита на свойства шихты

2.4. Разработка режимов транспортирования, хранения и компактирования шихт на основе диатомита

3. ОСОБЕННОСТИ ВАРКИ СТЕКОЛ НА ОСНОВЕ ДИАТОМИТА, ФАЗОВЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ

3.1. Сравнительный анализ кварцевого песка и диатомита как компонентов шихт

3.2. Опытно-промышленные варки стекла

3.3. Исследование фазовых и структурных изменений, физического состояния стекольных шихт на основе диатомита и кварцевого песка при термообработке

4. РАЗРАБОТКА ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ СИЛИКАТНЫХ ПЕНОМАТЕРИАЛОВ

4.1. Теоретические основы технологии синтеза пеностекла

4.2. Приготовление шихты на основе диатомита для варки стеклогранулята

4.3. Варка и выработка стеклогранулята на основе диатомита

4.4. Подготовка пенообразующей смеси и ее вспенивание

5. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОЗИЦИЙ ВЯЖУЩЕГО С НАПОЛНИТЕЛЕМ ИЗ ПЕНОСТЕКЛА

5.1. Механизм взаимодействия цементной матрицы со стеклом

5.2. Физико-химические процессы в порах наполнителя

5.3. Исследована свойств композиций

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Моделирование составов и свойств стекол

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Оценка объемов потребления пеностекла для тепловой

изоляции (Центральный и Северо-Западный регионы)

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Акт об опытной варке стекла ММС1А на базе

диатомитового сырья

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Акт об изготовлении и испытании опытной партии бетонных блоков, армированных гранулированным пеностеклом на базе диатомита

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в строительстве используется 18-20 млн м3 теплоизоляционных материалов, производится в России 8-10 млн м3, остальное - импорт. Расход энергии на отопление жилья в России составляет 500-

а

600 кВт-ч/м в год, в Норвегии, Канаде, странах со схожим климатом -120 кВт-ч/м . Увеличение производства стройматериалов требует дополнительных сырьевых ресурсов. Важной народно-хозяйственной проблемой является расширение сырьевой базы стекольной промышленности. Опалкремнеземистые породы, к которым относится диатомит, являются важными источниками кремнезема БЮг, а также содержат ценные щелочные и щелочноземельные оксиды и глинозем, что позволяет снизить стоимость сырья, количество сырьевых компонентов шихты. Шихта на основе диатомита, благодаря микро- и нанопористой структуре и многокомпонентному составу последнего, позволяет создать энергоэффективные технологии производства широкой гаммы материалов: пеностекла, стекловолокна, электроизоляционного стекла. Актуальность работы обоснована снижением затрат топлива и энергии у крупнейших их потребителей - ЖКХ, стекольной промышленности - и вовлечением в производство строительных материалов нового высокоэффективного сырья.

Цель работы. Разработать составы и синтезировать стекла на основе диатомита и песка, исследовать физико-механические свойства диатомитовых шихт, особенности варки стекол на основе диатомита, и на этой основе разработать технологию тепло- и звукоизоляционных материалов экономически и технически конкурентоспособных по сравнению с материалами, нашедшими применение в строительстве и технике.

Научная новизна. Установлено, что микро- и нанопористая структура диатомита стабилизирует сыпучие свойства стекольных шихт при колебаниях влажности шихт в диапазоне 10-30%, так как в ней внутрипоровыми силами связана

о

вода, часть которой сохраняется до температуры 950 С. Высокое содержание воды в структуре диатомита повышает способность шихт к агрегированию при относительно низких давлениях и компактированию без использования связующего.

Установлено, что при нагреве диатомитовых шихт, присутствующие в них гидроалюмосиликаты: слюда, каолинит, монтмориллонит в количестве более 10 %, сохраняются до температуры 600-680 °С, в области температур от 680 °С до

о

1100 С они образуют первичный расплав, в котором остаются различные моди-

о

фикации кварца, при 1200 С наблюдается только аморфная фаза. Это говорит о формировании более легкоплавких эвтектик по сравнению со стандартной шихтой на основе кварцевого песка, для которой выше температуры 680 С помимо кварца присутствуют натрий-кальций-алюмосиликаты переменного состава, а

о

аморфная фаза появляется при 980 С.

Установлено, что снижение температуры варки стекол из шихт на основе диатомита по сравнению с шихтами с кварцевым песком связано с меньшей энергией связи =81-0-81= и наличием большего количества связей =8ьОН в диатомите, что приводит к формированию слоистых структур при более низких температурах.

Установлено, что использование вспененного стеклянного наполнителя в бетоне не приводит к разрушению композиционного материала, вызванному щелочной коррозией на границе зерен стекла в цементном растворе. Это обусловлено тем, что образование высоковязких продуктов выщелачивания стекла Н28Юз и ее солей Са8Юз, М§8Юз в порах на границе наполнитель-цемент препятствует диффузии реагентов, а расклинивающие напряжения, возникающие из-за образования этих продуктов, компенсируются пористой структурой наполнителя.

Практическая значимость работы заключается в разработке составов шихт, содержащих диатомит и кварцевый песок, режимов электрической и газовой варки стекол и выработке стеклогранулята для производства пеностекла и изделий на его основе: гравия и гранул и теплоизоляционных блоков.

Определены параметры для технологического проектирования оборудования, режимы транспортирования, хранения, смешивания и сухого компактирова-ния диатомитовых шихт, а также разработана технология стеклогранулята, позволяющая получить более качественное пеностекло по сравнению с производством, основанным на использовании вторичного стеклобоя.

Разработанная технология позволяет существенно сократить энергетические и экономические затраты при производстве стеклогранулята благодаря снижению температуры варки стекла на 200-250 °С.

Доказана возможность эффективного использования вспененного стекольного наполнителя в бетоне с улучшением его теплоизоляционных и конструкционных свойств с течением времени.

Личный вклад автора заключается в формулировании цели и задач работ по синтезу стекол на основе диатомита, исследованию физико-механических свойств шихт, варочных свойств стекол. Экспериментальные работы по приготовлению шихт, варке стекол, вспениванию образцов стекол, подготовке образцов стекол для дифференциально-термического, рентгенофазового, электронно-микроскопического анализов, анализа коррозии в щелочной среде и другие исследования проводились автором; работа на приборах - при участии автора. Теоретические расчеты составов и свойств выполнены автором.

Апробация работы и публикация материалов диссертации.

Материалы диссертации представлялись на Международных выставках: 01аз81ес (Дюссельдорф, Германия), 2012 г., Мир стекла (Москва), 2012 г.

Результаты работы обсуждены на Международной конференции «Стекло-прогресс - XXI» в Саратове, 2012 г., на XVIII Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии» в Томске, 2012 г., на VII Всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием по химии и наноматериалам «Менделеев - 2013» в Санкт-Петербурге, 2013г., на расширенном заседании кафедры технологии стекла и керамики БГТУ им. В.Г. Шухова.

По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 5 в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией, получено 3 патента.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Вспененные изоляционные материалы на основе аморфного кремнеземсодержащего сырья»

ВВЕДЕНИЕ

Проблема экономии энергетических и материальных ресурсов имеет два аспекта: народно-хозяйственный в части ЖКХ и транспорта; отраслевой в части рационального использования ресурсов в технологии. Для нашей задачи, решаемой в рамках диссертации, народно-хозяйственный аспект - это строительство, отраслевой аспект — это рациональное использование топлива и энергии в стекольной промышленности.

СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» допускает расход энергии на отопление зданий 160 кВт-ч/м , однако в настоящее время расход энергии на ото-

Л

пление жилья в России составляет 500-600 кВт-ч/м в год. Это в свою очередь говорит о необходимости получения эффективных теплоизоляционных материалов и развития их производства в России.

Несмотря на то, что пеностекло обладает уникальным комплексом физико-химических свойств и является наиболее эффективным и перспективным теплоизоляционным материалом, его использование и производство в России до сих пор остается крайне ограниченным. При этом рост объемов выпускаемой продукции и ввод в эксплуатацию новых производственных мощностей сдерживаются сложностью технологии производства, отсутствием доступного качественного сырья в необходимом количестве. Это приводит к высокой удельной стоимости пеностекла по сравнению с другими композиционными материалами, применяемыми в строительной индустрии.

Недостаток сырья - в первую очередь, отсутствие необходимого количества дешевого и, в то же время, качественного стеклобоя — связан не только со значительным потреблением собственных отходов стекла непосредственно на предприятиях стекольной промышленности, но и с неразвитой системой централизованного селективного сбора стеклобоя, а также с отсутствием в большинстве регионов предприятий по его переработке и утилизации. Немаловажное значение при изготовлении пеностекольных плит, блоков, гравия, а также гранулированного пеностекла имеет и химическая однородность стеклобоя, поступающего с баз вторичного сырья. Подобные отходы разнородного стеклобоя хотя и являются дешевым сырьем (если не принимать во внимание затраты на сбор, сортировку,

мойку, сушку, дробление, магнитную и оптическую сепарацию, классификацию), при их использовании трудно гарантировать постоянство химического состава и стабильное качество пеностекла.

Поэтому при больших объемах производства для повышения качества пеностекла целесообразно использовать как исходное сырье специально синтезированное стекло, сваренное в ванных печах из шихты, приготовленной на основе дешевых и недефицитных компонентов. К таким компонентам можно отнести маршалит, опоку, цеолит, перлит, диатомит и другие природные материалы опал-кристобалитовой группы. Из них особый интерес для стекольной промышленности представляет диатомит - рыхлая или слабосцементированная осадочная порода, образованная морскими и озерными отложениями панцирей древних ископаемых водорослей, имеющих нанопористую структуру и состоящих более чем на 80% из аморфного кремнезема, пригодного для применения в качестве полного или частичного заменителя дефицитного кварцевого песка при производстве стеклянной фритты, электроизоляторов, стекловолокна, пеностекла и других видов стекол.

Стекольная промышленность является очень энергоемким производством, в России это 4-5 место среди отраслей народного хозяйства. Потребление природ-

-з

ного газа составляет порядка 2 млрд м в год, сырья - 6 млн тонн в год, установлено в печах огнеупоров ~ 1 млн тонн, поэтому задачи снижения температуры варки стеклогранулята, температуры вспенивания пеностекла и минимизации времени пенообразования являются крайне актуальными.

В данной работе рассмотрены вопросы получения качественных и конкурентных теплоизоляционных материалов, строительных композиций на основе этих материалов, а также использование доступного и перспективного сырья для стекольной промышленности.

1. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОСТЕКЛА И НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ЕГО ОСНОВЕ ДЛЯ КОМПОЗИЦИЙ

1.1. Строение и физико-химические свойства пеностекла

В 1932 году на Всесоюзной конференции по стандартизации и производству новых материалов в Москве Китайгородский И.И. впервые представил разработку Московского Химико-Технологического института - тепло- и звукоизоляционный материал - пеностекло. Пеностекло (ячеистое стекло) представляет собой ячеистый материал, получаемый спеканием стеклянного порошка с его одновременным вспучиванием под действием газообразователя. Химический состав твердой фазы пеностекла практически не отличается от обычного оконного стекла, и в качестве сырья обычно применяются те же материалы: кварцевый песок, сода, карбонат кальция (мел, известняк). Также для производства пеностекла широко применяются отходы обычного стекла, шлаки, золы и легко спекающиеся горные породы с повышенным содержанием щелочей - трахит, сиенит, нефелин, обсидиан, вулканический туф. В качестве газообразователей применяют каменноугольный кокс, антрацит, сажу, графит, известняк и мрамор, в Европе широко используется жидкий вспениватель: жидкое стекло (силикат натрия) вместе с водой и глицерином.

Пеностекло представляет собой гетерогенную систему, состоящую из газообразной и твердой фаз, из которых газообразная фаза может составлять до 95% от объема. Ячейки пеностекла могут быть замкнутыми (например, когда в качестве вспенивателя применяется углерод) и сообщающимися (при применении карбонатных вспенивателей). Стекло образует весьма тонкие стенки отдельных ячеек толщиной лишь в несколько микрон, которые, в свою очередь, пронизаны ячейками весьма малых размеров [1]. Ниже показано, что поры достигают микро- и наноразмеров. Именно аморфная природа и пористая структура обуславливают некоторые выдающиеся свойства пеностекла: высокое термическое и акустическое сопротивление при низком водопоглощении, высокую (для изоляционных материалов) механическую прочность при низком объемном весе, большие возможности для механической обработки, негорючесть, устойчивость к высоким (до

450 °С) и низким температурам (-50 °С). Поры заполнены смесью различных газов: СО, СОг, N2 и Н28. В ячейках при комнатной температуре присутствует значительное разряжение - 200-300 мм рт. ст. [1].

Рисунок 1.1 Электронный микроскопический снимок структуры пеностекла (а - пеностекло «Неопорм», б - схема «идеальной» структуры пеностекла)

Развитие структуры пеностекла начинается с образования шаровой пены с незначительным насыщением газами и большой толщиной разделительных стенок. Данная структура характеризуется большой плотностью и относительно высоким коэффициентом теплопроводности по данным, относящимся к 60-м годам

о

прошлого века: плотность - 500-1400 кг/м , коэффициент теплопроводности -0,35-0,76 Вт/(м-К). Её рассматривают как промежуточную форму состояния пеностекла. «Идеальная» структура пеностекла соответствует многогранной пене с однородными ячейками полиэдрической формы одинакового размера, схематически изображенной на рисунке 1.1 б [2]. Формирование такой структуры возможно при постоянстве реологических свойств расплава и равновеликих зародышевых пузырях, однако, в действительности образованию «идеальной» структуры препятствует большое количество взаимосвязанных факторов: накопление жидкой фазы в гетерогенной пиропластической системе, формирование макро- и микропузырьков в пиропластическом спеке в момент образования разделительных стенок между ячейками, взаимодействие стекла с газообразователем, формирование твердой кристаллической фазы и другие. Как видно из электронных микроскопических снимков образца пеностекла на рисунке 1.1а замкнутые ячейки имеют полиэдрическую и сфероидальную формы. По данным современных авторов [3] па-

и

раметры пеностекла значительно отличаются: плотность составляет 120-200 кг/м3,

коэффициент теплопроводности - 0,03-0,08 Вт/(м-К). Ниже показано, что для пе-

•2

ностекла на основе диатомита мы достигли плотности 80 кг/м при прочности 0,7 МПа и теплопроводности 0,03 Вт/(м-К).

Пеностекло в зависимости от свойств и назначения делится на несколько видов [3, 4, 5], перечисленных ниже:

• Теплоизоляционное пеностекло, характеризующееся малым объемным весом, низким коэффициентом теплопроводности и низким водопоглощени-ем, высокой механической прочностью, имеет замкнутые поры. Теплоизоляция из пеностекла в сравнении с другими используемыми теплоизоляционными материалами очень эффективна и экономична. Ее отличает высокая долговечность и экологичность, при этом по сравнению с природными материалами, например, пробкой, его существенным преимуществом является неорганический состав. Данное пеностекло применяется для утепления стен и перекрытий общественных и промышленных зданий, тепловой изоляции установок глубокого и умеренного холода, для горячих объектов и теплопроводов, а также в судостроении (благодаря своей низкой плотности и негорючести).

• Звукоизоляционное пеностекло, обладающее высоким коэффициентом звукопоглощения и низким объемным весом, применяется для акустического благоустройства зданий. Поры данного пеностекла — сообщающиеся.

• Фильтрующее пеностекло, имеющее сообщающиеся поры размером до 100 мкм, обладает водо- , кислото- и щелочестойкостью, применяется для фильтрации газов и жидкостей, для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды.

• Пеностекло технического назначения (бесщелочное и высококремнеземистое), обладающее повышенной механической прочностью, высокой термостойкостью и огнестойкостью, радиопрозрачностью, применяется для тепловой и электрической изоляции приборов и аппаратов.

• Пеностекло, применяемое для дорожного строительства (особенно в условиях вечной мерзлоты, заболоченности), выпускаетмя в виде гравия.

• Пеностекло повышенной прочности используетмя как несущий строительный материал для временного жилья (поисковые и буровые установки), нежилых помещений (специальные склады, коровники и другие).

Пеностекло находит широкое применение в различных отраслях: во всех областях строительной промышленности, в химической промышленности, при сооружении судов, для изоляции различной аппаратуры и др. Гравий пеностекла и гранулированное пеностекло успешно используют для теплоизоляции кровли зданий, полов и междуэтажных перекрытий. Гравий пеностекла широко используется в дорожном строительстве в качестве плоских и ленточных фундаментов под чистовой слой бетона. Блоки пеностекла применяют для изоляции низкотемпературных емкостей и хранилищ, для тепло- и звукоизоляции наружных стен жилых и промышленных зданий, перекрытий и внутренних перегородок, в качестве легкого стенового материала.

С точки зрения теплоизоляции наиболее важными свойствами пеностекла являются объемный вес, коэффициент теплопроводности, прочность, изолирующая способность, которая, в свою очередь, включает такие характеристики как паропроницаемость и водопоглощение. В последние десятилетия немаловажными свойствами теплоизоляционных материалов стали считать их пожаростойкость и экологичность. Свойства пеностекла зависят от состава пенообразующей смеси, вида газообразователя и технологического процесса производства, поэтому важно отметить динамику развития свойств на различных стадиях получения пеностекла, а также указать взаимные зависимости между различными свойствами.

Некоторые авторы, например, цитируемый выше Шилл Ф., различают понятия удельного веса (плотности) и объемного веса для пеностекла, как для гетерогенной системы. Следует отметить, что говоря об удельном весе пеностекла, практически приходится иметь дело только с удельным весом твердой фазы, так как вес газовой фазы составляет незначительную долю общего веса пеностекла. Другие [2] рассматривают в качестве основных свойств объемную массу. Источники [4, 6] различиями между этими понятиями пренебрегают и говорят о плотности пеностекла, как одном из наиболее важных его физических свойств. Плотность существующих промышленных и экспериментальных образцов пеностекла

изменяется в очень широких пределах от 80 до 700 кг/м . Наиболее потребляемым видом пеностекла является теплоизоляционное пеностекло, его плотность находится в пределах 120-250 кг/м . Такая разность в плотности определяет различные области применения пеностекла. В определенной степени плотность может варьироваться изменением условий производства, такими как технологический процесс вспенивания (температура и время процесса), дисперсностью и однородностью пенообразующей смеси, условиями хранения и транспортирования смеси и другими. Но, в первую очередь, плотность пеностекла определяется составом основного стекла, его химической и механической однородностью, видом пенообразователя, свойствами полученной пенообразующей смеси, причем одним из ключевых свойств является дисперсность. Большая часть отдельных физических свойств пеностекла зависит от плотности, например, плотность является определяющей для такого физического свойства как прочность. Однако функциональная зависимость во многих случаях является весьма сложной.

Для теплоизоляционного пеностекла основной характеристикой является теплопроводность, оценивающаяся коэффициентом теплопроводности. Коэффициент теплопроводности пеностекла в большей мере определяется его структурой и однозначно связан с плотностью. Основным фактором снижения теплопроводности является минимально возможное содержание твердой фазы, максимальное содержание пор при их минимальном диаметре. Так, по данным Хюбшера М. и Каммерера И.С. теплопроводность пористого материала снижается с уменьшением диаметра пор [2]. Заявленная теплопроводность блоков и плит пеностекла марки Роап^аб фирмы рмбьш^-согшг^ плотностью 100-160 кг/м составляет 0,0400,052 Вт/(м-К) при температуре 25 °С [7]. В среднем теплопроводность теплоизоляционных блоков пеностекла различных производителей принимает значения в

о

пределах от 0,03 до 0,08 Вт/(м-К) при температуре 25 С, гравия пеностекла - 0,030,05 Вт/(м-К) [6]. Таким образом, теплопроводность пеностекла эквивалентна как современным эффективным теплоизоляционным материалам, так и классическим природным изоляционным материалам, например, пробке.

Водопоглощение является одним из важнейших свойств изоляционных материалов, учитывая, что даже незначительное повышение содержания воды в изо-

ляции приводит к резкому росту теплопроводности в связи с высокой теплопроводностью воды по сравнению с твердым телом. По данным Фраунгоферовского немецкого института строительной физики волокнистые материалы при увлажнении на 40% по объему имеют теплопроводность 0,18 Вт/(м-К), а при таком значении теплопроводности по ГОСТ 16381-77 материал не является теплоизолирующим [8]. Благодаря своей замкнутой ячеистой структуре пеностекло имеет очень малое водопоглощение. Качественное пеностекло без учета адсорбированной воды в разрушенных ячейках поверхности имеет водопоглощение близкое к нулю. Водопоглощение пеностекла зависит от формы поверхности, от размера ячеек (для пеностекла с большими ячейками водопоглощение больше), от смачиваемости поверхности. Водопоглощение коммерческого пеностекла, в первую очередь, определяется механической обработкой поверхности. Так, водопоглощение пеностекла Гомельского завода составляет 2-4% от общего объема материала за счет накопления влаги в поверхностном слое разрушенных ячеек, а водопоглощение бельгийского пеностекла Роапщ1а8 близко к 0% [7]. При этом исследования Деми-довича Б.К. и Шилла Ф. показали, что под гидролитическим воздействием воды ячейки пеностекла могут разрушаться, и вода может проникнуть внутрь массы пеностекла, однако, воздействие воды должно быть длительным, эквивалентным полному погружению на время от нескольких месяцев до нескольких лет.

Движение влаги через массу теплоизоляционного материала посредством диффузии водяных паров, капиллярных сил и гигроскопичности существенно снижает качество теплоизоляции при длительной эксплуатации. Перенос влаги зависит от большого числа факторов, таких как температура, толщина стенки изоляции, скорости движения воздуха вдоль стены и т.д. Эта зависимость не имеет общего действия, протекает по сложным законам и затруднительна для теоретического описания, поэтому определяется эмпирически. На практике пользуются коэффициентом паропроницаемости, который характеризует способность материалов пропускать водяные пары, содержащиеся в воздухе, под действием разности их парциальных давлений на противоположных поверхностях слоя материала. Благодаря своей замкнутой ячеистой структуре пеностекло является практически непроницаемым для водяного пара, его коэффициент паропроницаемости состав-

ляет от 0,001 - 0,02 мг/(м-ч-Па), что более чем на порядок ниже, чем у утеплителя из минеральной ваты (0,38 - 0,6 мг/(м-ч-Па)) или гравия из керамзита (0,21 мг/(м-ч-Па)).

Прочность пеностекла практически на порядок выше прочности эффективных теплоизоляционных материалов с малой плотностью и теплопроводностью. Основными показателями механической прочности для теплоизоляционных материалов является прочность при сжатии и прочность при изгибе. Среди факторов, влияющих на прочность, в первую очередь выделяют структуру пеностекла и его плотность, которые закладываются на этапе подготовки пенообразующей смеси и формируются на этапах вспенивания и отжига. Общие физические соображения, подтвержденные многократными исследованиями пеностекла различных производителей, показали, что прочность пеностекла существенно возрастает с ростом плотности образцов, и тем выше, чем меньше водопоглощение, и более упорядочена структура. Появление и развитие дефектов структуры в ходе процесса вспенивания и отжига в результате нарушения температурно-временных режимов или неоднородности исходной смеси приводит к снижению прочностных характеристик. Благодаря своей ячеистой структуре пеностекло даже малой плотности при сжатии не разрушается резко, а начинает деформироваться с последовательным разрушением стенок ячеек у поверхностей, к которым прикладывается усилие. Предел прочности при сжатии составляет от 0,7 до 5 МПа при соответствующем изменении плотности от 100 до 500 кг/м3. Под воздействием изгибающей нагрузки происходит резкое разрушение образца при достижении максимальной нагрузки, при этом зависимость предела прочности при изгибе от плотности аналогична пределу прочности при сжатии. Предел прочности при изгибе также имеет достаточно высокие значения, в частности, для коммерческих образцов фирмы Пите-бург-Корнинг при плотности 140 кг/м он составляет 0,7 МПа [7]. Таким образом, исследования прочности пеностекла показывают, что данный материал в отличие от большинства эффективных теплоизоляционных материалов не подвержен усадке, провисанию, устойчив длительным механическим воздействиям.

Сравнение свойств пеностекла с другими теплоизоляционными материалами согласно данным [6, 8, 9, 10] приведено в таблице 1.1

Таблица 1.1

Физико-химические свойства теплоизоляционных материалов

Наименование Пенопо- Пенопо- Плиты из мине- Базальто- Керамзит Пенобетон Пеностекло

показателя лиуретан листирол ральной ваты вая плита и газобетон

На синтетиче- гравий гравий блоки

ских связующих

повышенной же-

сткости, из стек-

лянного шта-

пельного волок-

на

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Плотность, кг/м3 40-80 20-150 50-225 37-200 210-450 300-800 80-100 100-500

Теплопроводность, 0,035 0,038-0,06 0,045-0,064 0,041- 0,21-0,23 0,09-0,40 0,03-0,05 0,04-0,07

Вт/(м-К) 0,044

Прочность при сжа- 0,12-0,2 0,005-0,15 0,04-0,12 0,18-0,45 0,5-2,0 0,8-5 0,1-0,5 0,35-4,5

тии, МПа 0,15-1,0 При увлажнении на 2% прочность уменьшается на 20% 0,05-1,0 0,25-0,5 При нагреве до 60 °С на 10% прочность уменьшается на 30% 0,7-0,8

Продолжение таблицы 1.1

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Водопоглощение по объему, % 2-5 2-8 1,5-5 1,5-2 7-25 6-25 менее 1

Паропроницаемость, мг/(м-ч-Па) 0,05 0,05 0,38-0,60 0,58 0,21 0,23-0,25 0,001-0,004 0,001-0,005

Температура применения, С 200 80 200 450 400 450 450

Температурный коэффициент линейного расширения, 1/град (60-80)-10"6 (70-80)-Ю-6 0 9-10"ь

Усадка, % <1 <0,5 <10 - - - - <0,1

Горючесть Горючий ГЗ,В1,Г4 Горючий Г1,ГЗ,Г4 Трудносгораемое В1,Г1,НГ Не горючий Не горючий Не горючий

Экологичность Выделение токсичных компонентов Выделение токсичных компонентов Токсичность при горении Экологически безопасен Экологически безопасен Экологически безопасен

Химическая стойкость Разрушается от солнечных лучей, водостойкость Стойкий к слабым кислотам, щелочам, растворам солей Слабая водостойкость Стоек к любым агрессивным средам за исключением плавиковой кислоты

Долговечность Через 10-15 лет наблюдается охрупчивание и разрушение Через 10-15 лет наблюдается охрупчивание и разрушение Через 7-10 лет наблюдается охрупчивание и разрушение Долговечен Требует защиты от влаги Время эксплуатации неограниченно

В сравнении с другими теплоизоляционными материалами пеностекло обладает рядом преимуществ [И]: негорючесть, водонепроницаемость, высокая прочность при простой механической обрабатываемости, химическая инертность, устойчивость к биологическому воздействию, стабильность геометрических размеров с течением времени и долговечность эксплуатации, экологическая и санитарная безопасность.

Пеностекло - это экологически чистая негорючая ячеистая стеклянная пена, не содержащая органических соединений. Его химическая стойкость соответствует стойкости стекла, то есть оно инертно во всех средах за исключением растворов сильных щелочей и плавиковой кислоты. Пеностекло недоступно для грызунов и не является питательной средой для грибка и плесени. Благодаря своей нео

органической природе и термообработке при 800-900 С, оно не поддерживает горение, не прогревается, не выделяет никаких токсичных веществ.

Закрытая ячеистая структура пеностекла определяет тот факт, что материал является водонепроницаемым и даже механическое разрушение некоторой части ячеек не приводит к потере его плавучести. Благодаря своей структуре пеностекло является достаточно жестким и упругим материалом. При этом ячеистая структура обуславливает простоту обработки пеностекла стандартными столярными инструментами под любые необходимые размеры и форму, а развитая поверхность позволяет крепить любым типом строительной смеси, битума или клея, используя различные варианты крепления. Замкнутая ячеистая структура материала исключает взаимодействие газовой среды ячеек с атмосферой и обуславливает неизменность во времени геометрических размеров, формы и физических характеристик материала, таких как теплопроводность, прочность, химическая стойкость и т.д.

Благодаря комплексу физико-химических свойств и совокупности технических характеристик пеностекло противостоит активным факторам окружающей среды (температурные перепады, деградация в результате реакции окисления, эрозии и др.) и обладает практически неограниченным сроком эксплуатации, превышающим срок службы зданий. Экспериментальные исследования объектов Европы и Северной Америки, утепленных пеностеклом более 50 лет назад, показали отсутствие существенных изменений в структуре пеностекла, а замеры в лаборатории физико-технических параметров блоков из пеностекла, взятых из строи-

тельных конструкций, показали, что характеристики пеностекла практически не изменились.

Учитывая приведенные выше особенности, пеностекло является наиболее предпочтительным теплоизоляционным материалом, позволяющим значительно снижать пожароопасность зданий и сооружений, использовать его в качестве теплоизоляции в агрессивных средах для одновременной гидро- и теплоизоляции, при создании плавучих конструкций различного назначения, при строительстве складов, хранилищ пищевых продуктов, изоляции холодильных камер, для помещений с повышенными требованиями к чистоте воздуха (здания образовательного и медицинского назначения, спортивные сооружения и т.п.) и со специальными санитарно-гигиеническими требованиями (пищевая и фармакологическая промышленность, бассейны, столовые и т.п.).

1.2. Композиционные материалы на основе вяжущих и стекла

Композиционный материал - это многофазная система, которая позволяет сочетать полезные свойства компонентов. Наиболее часто используются такие свойства как высокая механическая прочность матрицы и термоизоляционные свойства дисперсного наполнителя; механическая прочность волокон и антикоррозионные свойства массивного материала и его конструктивная технологичность. При этом механическая нагрузка и теплоизоляционные свойства распределяются между всеми компонентами системы.

Создание эффективных композиций во второй половине прошлого века стало важным направлением материаловедения. Одной из задач при создании композиционных материалов является повышение энергоэффективности строительства и выполнение требований к теплозащитности зданий, действующих в Российской Федерации на основании СНиП 31-02 «Тепловая защита зданий», СНиП 23-022003 «Строительная теплотехника» и различных региональных требований. Среди основных требований выделяют такие параметры как высокая прочность, устойчивость к атмосфере окружающей среды, долговечность и высокие показатели по звуко- и теплоизоляционным свойствам.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Субботин, Роман Константинович, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шилл Ф. Пеностекло (производство и применение) — М.: Изд. Литературы по строительству, 1965. 307 с.

2. Демидович Б.К. Пеностекло - Минск: Изд. «Наука и техника», 1975.

247 с.

3. Технология стекла. Справочные материалы. / Под ред. Саркисова П.Д., Маневича В.Е., Солинова В.Ф., Субботина К.Ю. Ч.: Изд. «ИПК Чувашия», 2012. 647 с.

4. Справочник по производству стекла, том I. / Под ред. д.т.н. проф. Китайгородского И.И. и к.т.н. доц. Сильвестровича С.И. М.: Государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1963. 1026 с.

5. Химическая технология стекла и ситаллов. / Под ред. д.т.н. проф. Павлушкина Н.М. -М.: Стройиздат, 1983. 432 с.

6. Маневич В.Е., Субботин К.Ю., Ефременков В.В. Сырьевые материалы, шихта и стекловарение - М.: РИФ «СТРОЙМАТЕРИАЛЫ», 2008. 224 с.

7. http ://www. gomel gl ass.com/catalogue/foam-glas/.

8. Зонхиев M.M. Пеностекло на основе стеклобоя и горных пород с повышенным содержанием кристаллических фаз: дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Улан-Удэ: Восточно-Сибирский государственный технологический университет, 2009. 154 с.

9. http://www.penosytal.ru/proposals.html

10. Казьмина О.В. Физико-химические закономерности получения пено-стеклокристаллических материалов на основе кремнеземистого и алюмосиликат-ного сырья: дис. на соискание ученой степени докт. техн. наук. Томск: Национальный исследовательский центр. Томский политехнический университет (ТПУ), кафедра технологии силикатов и наноматериалов, 2010. 365 с.

11. Сосунов Е. О преимуществах пеностекла в сравнении с другими теплоизоляционными материалами. // Стекло мира. 2005. №3. С. 90-96.

12. Москвин В.М., Иванов Ф.М., Алексеев С.Н., Гузеев Е.А. Коррозия бетона и железобетона. Методы их защиты. М.: Стройиздат, 1980. 536 с.

13. Фролов Н.П. Стеклопластиковая арматура и стеклопластиковые конструкции М.: Стройиздат, 1980. 104 с.

14. Тихонов М.К Коррозия и защита морских сооружений из бетона и железобетона. М.: Изд. АН СССР, 1962. 120 с.

15. Брыков A.C. Щелочно-силикатные реакции и коррозия бетонов. СПб.: Изд. СПб ГТИ (ТУ), 2009. 27 с.

16. Рабинович Ф.Н. Композиты на основе дисперсно армированных бетонов. М.: Изд. Ассоциации Строительных ВУЗов, 2004. 560 с.

17. Пащенко A.A., Сербии В.П., Паславская А.П. и др. Армирование неорганических вяжущих веществ минеральными волокнами. М.: Стройиздат, 1988. 201 с.

18. Пащенко A.A., Сербии В.П., Клименко B.C., Паславская А.П. Физико-химические основы композиции неорганическое вяжущее - стекловолокно. Киев: "Вища школа", 1979 . - 223 с.

19. Данилова С.Т. О коррозии стекловолокна в портландцементном камне // Стекло. Труды института стекла. ГИС, 1989. С. 8-13.

20. Данилова С.Т., Леута Г.В. Об оценке химической устойчивости стекловолокна в портландцементной матрице // Стекло. Труды института стекла. ГИС, 1985. С. 30-37.

21. Манжумдар А. Дж., Уэст Дж. М, Ларнер Л. ДЖ. Свойства стеклянных волокон в среде цементного камня // Материалы, армированные стекловолокном / Пер. с англ. М.: Стройиздат, 1982. С.48-59.

22. Орлов Д.Л., Мурашева Г.Е., Бареева Н.В. Разработка стекловолокна с уменьшенным содержанием Zr02, устойчивого в цементном камне // Стекло. Труды института стекла. ГИС, 1985. С. 25-28.

23. Мейтин Ю.В. Метод определения стойкости стеклянных нитей в цементном камне // Строительные и конструкционные материалы. ВНИИН ТПИ, 1992. вып. 2. С. 37-43.

24. Дулеба М.Т. Синтез и исследование стекол, устойчивых в среде твердеющего портландцемента: автореф. дисс. канд. техн. наук. Киев: КПИ, 1973. 200 с.

25. Саркисов П.Д., Маневич В.Е., Чесноков А.Г., Орлов Д.Л. Концепция развития рынка архитектурно-строительного стекла // Тр. Международной практической конференции «Наука и технология силикатных материалов — настоящее и будущее». T.III. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2003. С. 9-23.

26. Hanant. D.J. Fibre cement and concrete. Rilem Simposium. London, 1975. p.69-79.

27. Орлов Д.Л., Орлов А.Д.,. Орлова И.М Стекловолокнистые материалы // Технология стекла. Справочные материалы / Под ред. Саркисова П.Д., Маневича В.Е., Солинова В.Ф., Субботина К.Ю. Ч.: Изд. «ИПК Чувашия», 2012. С. 609637.

28. Будов В.В. Минеральное сырье для стекольной промышленности // Стеклянная тара, 2009. №2. С. 18-21.

29. Фадеев П.И. Пески СССР. М.: Изд. МГУ, 1951. 289 с.

30. Виноградова Е.К., Шлаин И.Б. Минералогический анализ стекольных песков. М.: Стройиздат, 1952. 15 с.

31. Баталин Ю.В., Бирюлев Г.Н., Дистанов У.Г., Ефремов А.Н., Кандау-ров П.М., Корчагина Л.И., Озол A.A., Толкачев А.И., Тохтасьев B.C., Хасанов P.A., Шишкин A.B. Минерально-сырьевая база стекольного сырья России (состояние и перспективы развития). Калуга: ГП Облиздат, 2010. 202 с.

32. Мелконян Р.Г. Аморфные горные породы и стекловарение / Под общей редакцией проф., д.т.н. Мазура И.И. М.: «НИА Природа» ООО «Хлебин-форм», 2002. 266 с.

33. Кашкай М.А., Мамедов А.И. Перлиты, обсидианы, пехштейны и их минералого-петрографические и физико-химические особенности. Изд-во Академии наук Азербайджанской ССР, 1961. 178с.

34. Дистанов У.Г. Кремнистые породы СССР. Казань: Татарское книжное издательство, 1976. 412 с.

35. http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc biology/2537Строение

36. Ильина В.П., Шелехова Т.С. Диатомиты Карелии для производства стекла // Стекло и керамика, 2009. № 3. С. 34-36.

37. Карякин А.Е., Строна П.А., Шаронов Б.Н. Промышленные типы месторождений неметаллических полезных ископаемых. Учебник для вузов. М.: Недра, 1985. 286 с.

38. Радаев С.С., Иванов К.С., Иванов Н.К. Применение опалового сырья в производстве строительных материалов. Тюмень: Тюменьский архитектурно-строительный университет, 2009. 41 с.

39. Вакалова Т.В., Погребенков В.М., Шляева Н.П. Влияние структурно-минералогических особенностей кремнеземистого сырья на фазовые изменения при нагревании // Новые огнеупоры, 2009. № 1. С. 18-22.

40. Аппен A.A. Химия стекла. JL: Химия, 1974. 352 с.

41. Тыкачинский И.Д. Проектирование и синтез стекол и ситаллов с заданным комплексом свойств. М.: Стройиздат, 1977. 131 с.

42. Маневич В.Е., Кучеров О.Ф., Клименко В.В. Автоматизированные системы управления производством стекла. JL: Стройиздат, 1980. 178 с.

43. Клименко В.В., Кучеров О.Ф., Маневич В.Е. Методы технической кибернетики в технологии стекла. М.: Стройиздат, 1973. 127 с.

44. Матвеев М.А., Матвеев Г.М., Френкель Б.Н. Расчеты по химии и технологии стекла. М.: Стройиздат, 1972. 239 с.

45. Китайгородский И.И., Качалов H.H., Варгин В.В., Евстропьев К.С., Гинзбург Д.Б. Технология стекла. М.: Стройиздат, 1951. 766 с.

46. Кусов И.Ф., Кучеров О.Ф., Рощин A.B. Синтез алгоритма коррекции рецепта шихты при изменении состава сырья. // Стекло. Труды Института стекла. -1973.-№2.-С. 8-12.

47. Соркина А.Е., Панкова H.A. Оценка качества стекольной шихты // Современные проблемы стекловарения. М.:РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2005. С. 1923

48. Хаймович М.М. Расчет состава шихты. Технология стекла. Справочные материалы / Под ред. Саркисова П.Д., Маневича В.Е., Солинова В.Ф., Субботина К.Ю. Ч.: Изд. «ИПК Чувашия», 2012. С. 304-309.

49. Куранков Н.С. Введение в физико-химический анализ. JL: Изд. АН СССР, 1940. 576 с.

50. Демкина ЛИ. Исследование зависимости свойств стекол от их состава. М.: Оборонгиз, 1958. 240 с.

51. Morey G. W. The Properties of glass. New York, 1954. 308p.

52. Ибсен-Марведель Г., Брокнер P. и др. Виды браков в производстве стекла / Пер. с немецкого. М.: Стройиздат, 1986. 647 с.

53. Торопов Н.А., Барзановский В.П., Лапин В.В., Байкова А.И., Курцева Н.И. Диаграммы состояний силикатных систем. Тройные системы. Л.: Наука, 1974. 500 с.

54. Минько, Н.И. Кристаллизационная способность стекла // Технология стекла. Справочные материалы / Под ред. Саркисова П.Д., Маневича В.Е., Соли-нова В.Ф., Субботина К.Ю. Ч.: Изд. «ИПК Чувашия», 2012. С.33-43.

55. Ботвинкин O.K. Физическая химия силикатов. М.: Промстройиздат, 1955.385 с.

56. Shakhmatkin В. A., Vedishcheva N. М., Shultz М. М., Wright А. С. The thermodynamic properties of oxide glasses and glass-forming liquids and their chemical structure J. Non-Cryst. Solids, vol. 177, no. pt 1, 1994. p 249-256.

57. Shakhmatkin B.A., Vedishcheva N.M., Wright A.C. Thermodynamic modeling reliable instrument for predicting glass properties Proceeding International Congress of Glass Edinburgh Scotland, №1, 2001. p. 52-60.

58. Steiner A.C. Foam glass production from vitrified municipal waste fly ashes Eindhoven, Netherlands, University press, 2012. 223 p.

59. Шахматкин Б.А. Термодинамические свойства расплавов натрийборо-силикатной системы: автореф. канд. хим. Наук. Л.: 1984. 19 с.

60. Conradt R. Thermochemistry and structure of oxide glasses In Bach H. and Krause D. editors. Analyses of the composition on structure of glass ceramics Science, Technology and Application, chapter 3.b, Springer Verlag, Berlin, New-York, 1999. p. 232-254

61. Conradt R. A thermodynamic approach to multicomponent oxide glasses J Glastech. Ber. Glass Science Technol, v.68,1995. p. 43-50.

62. Мазурин О. В., Стрельцина М. В., Швайко-Швайковская Т. П. Свойства стекол и стеклообразующих расплавов / В 4 томах. Том 3. В 2 частях. Часть 1. Трехкомпонентные силикатные системы. JL: Наука, 1977. 585 с.

63. Н.А.Панкова О химических процессах в стекломассе, вызывающих образование вторичных пузырей // Современные проблемы промышленного стекловарения. М.:Изд. РХТУ им. Д.И.Менделеева, 2005. с. 93-97

64. Беляков А. В. и др. Подготовка шихты для повышения температуры службы теплоизоляции на основе диатомита // Техника и технология силикатов, 2010. Т. 17, №4. С. 2-5.

65. Маневич В.Е., Субботин Р.К., Никифоров Е.А., Сеник H.A., Мешков A.B. Диатомит кремнеземосодержащий материал для стекольной промышленности // Стекло и керамика, 2012. №5. С. 34-39.

66. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины. М.: «Машиностроение», 1968. 504 с.

67. Беляков A.B., Захаров А.И., Карнаущенко И.А. и др. Исследование процесса сушки диатомитовых масс с добавками // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2010. №4. С. 337-340.

68. Крашенинникова Н.С., Казьмина О.В. Уплотнение как способ улучшения технологических свойств стекольных шихт. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. 168 с.

69. Ефременков В.В., Маневич В.Е., Субботин Р.К., Никифоров Е.А. Шихта для изготовления стеклогранулята для пеностекла // Патент РФ на изобретение № 2491238. Опубликован 27.08.13.

70. Ефременков В.В., Маневич В.Е., Субботин Р.К., Никифоров Е.А. Способ подготовки шихты для изготовления стеклогранулята для пеностекла // Патент РФ на изобретение №2491234. Опубликован 27.08.13.

71. Будников П.П., Рохваргер А.Е. Вулканические водородосодержащие стекла. М.: Изд. «Знамя», 1969. 32 с.

72. Мелконян Г.С. Гидротермальный способ приготовления компонентов стекольного сырья «Каназит» на основе горных пород и продуктов их переработки. Ереван: Изд. Аястан, 1977. 240 с.

73. Иванов С.Э., Беляков A.B. Диатомит и области его применения // Стекло и керамика, 2008. № 2. С. 18-21.

74. Давидюк С.В., Душкина М.А. Сравнительный анализ ИК-спектров исходного и активироанного кварцевого песка // Материалы 12 Всероссийской международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Химия и химическая технология в 21 веке». Томск. 2011. С. 24-26.

75. Кащеев И.Д., Стрелов К.К., Мамыкин П.С. Химическая технология огнеупоров. М.: Интермет Инжиниринг, 2007. 752 с.

76. Антипина С.А., Ларькина Л.А. Особенности поведения диатомита Ин-зенского месторождения при нагревании / Труды Девятого Международного научного симпозиума им. Академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр». Томск. 2006. С. 718-719.

77. Михеев В.И. Рентгенометрический определитель минералов. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр, 1957. 870 с.

78. Китайгородский И.И. Технология стекла. М.: Стройиздат, 1967. 520 с.

79. Шворнева Л.И., Мовсесян М.С., Панкова H.A. Поведение химически активированной стекольной шихты при нагревании. ВКИ. Современные проблемы промышленного стекловарения. М.: Изд. РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2005. С. 61-65.

80. Дамдинова Д.Р., Цыремпилов А.Д., Будаева И.И. Способ получения пеностекла // Патент РФ на изобретение № 2196748. Вост.-Сиб. госуд. технол. унт; № 2005103210/03; заявл. 08. 02.2005; опубл. 20.07.2006.

81. Минько Н.И. Пучка О.В., Бессмертный B.C., Мелконян Р.Г. Пеностекло. Научные основы и технология. Воронеж: Научная книга, 2008. 168 с.

82. Стекло. Справочник / Под ред. Павлушкина Н.М. М.: Стройиздат, 1973.488 с.

83. Болдырев В.В. Экспериментальные методы в механохимии твердых неорганических веществ. Новосибирск: С.О. Наука, 1983. 61 с.

84. Болдырев В.В. О некоторых особенностях механизма распада твердых тел // Кинетика и катализ, 1967. т.8, вып. 5. С. 1179-1185.

85. Ходаков Г.С. Физика измельчения. М.: Наука, 1972. 307 с.

86. Крупа A.A. Физико-химические основы получения пористых материалов из вулканических стекол. Киев: Изд-во Объединение «Вища школа», 1978. 136 с.

87. Хинт Й. Об основных проблемах механической активации. Таллин: Изд. ЭНИИНТИ и ТЭИ, 1977. 14 с.

88. Маневич В.Е., Никифоров Е.А., Мешков A.B., Сеник H.A., Субботин Р.К. Подготовка пенообразующей смеси для получения пеностекла на основе диатомита. // Строительные материалы, 2012. № 7. С. 100-102.

89. Племянников Н.П. Исследование кинетики порообразования пеностекла на модельных образцах // Стекло мира. 2010. № 4, 5. С. 12-13.

90. Пеностекло на стройках Москвы и Московской области. URL: http://www.chus-ozero.ru/obiects/foamedglass/

91. Ефременков В.В., Маневич В.Е., Субботин Р.К. Комплексная технологическая линия изготовления стеклогранулята для производства пеностекла // Патент на полезную модель №122380. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей 27.11.2012.

92. Ефремнеков В.В., Маневич В.Е., Субботин Р.К. Разработка технологии изготовления стеклогранулята для производства пеностекла. // Стекло и керамика, 2012. № 9. С. 9-13.

93. Жерновая Н.Ф., Онищук В.И., Минько Н.И. Физико-химические основы технологии стекла и стеклокристаллических материалов: учебно-практическое пособие. Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2001. 101 с.

94. Федорова В.А. Комплексная оценка роли примесей и малых добавок в производстве стекла // Стекло и керамика, 2000. № 8. С. 22-24.

95. Киселев В.Н. Стекловаренная печь для производства стеклобоя // Стеклянная тара. 2008. №3. С. 10-11.

96. Schaumglas Global Consulting GmbH, Germany. URL: http://sgg-consulting.com/

97. Маневич В.Е., Никифоров Е.А., Виницкий А.Л., Мешков А.В, Сеник H.A., Субботин Р.К. Высокоэффективный теплоизоляционный материал на основе диатомового сырья // Строительные материалы, 2012. № 11. С. 18-21.

98. Горбунова O.A. Предотвращение биогенной деструкции и повышение качества цементной матрицы, иммобилизирующей радиоактивные отходы: авто-реф. дис. докт. техн. наук. М., 2012. - 34 с.

99. Шабанова H.A., Саркисов П.Д. Основы золь-гель технологии нано-дисперсного кремнезема. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. 207 с.

100. Белокопытова A.C. Разработка процессов утилизации стеклобоя путем создания композиционных материалов: автореф. дис. канд. техн. наук. М., 2006. 18 с.

101. Айлер Р.К. Химия кремния. Т. 1,2. М.: Мир, 1982. 712 с.

102. Беляков A.B. Коррозионная стойкость тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008. 159 с.

103. Turkdogan F.Т. Physical chemistry of high temperature technology. Academic press, New-York, 1980. 343 p.

104. Malek K., Coppens M.O. Knudscu self- and Fickian diffusion in rough na-noporuos media. // Journal of Chemical Phisics, 2003. B5. T 119. p. 2801 - 2811.

105. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Мулл ер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985. 396 с.

106. Физико-химическая механика природных дисперсных систем / Под ред. Щукина Е.Д., Перцева Н.В. и др. М.: Изд. МГУ, 1985. 266 с.

107. Гамсонов Н.И. Исследования в области поверхностных сил. М.: Наука, 1967. С. 325-334.

108. Кафаров В.В.. Основы массопередачи. М.: «Высшая школа», 1979.

437 с.

109. Возний П.А., Чураев Н.В. О вязкости поровой воды в силикогелях // Коллоидный журнал, 1977. Т.39, №2. С. 264-269.

110. Ходахане Э.Х., Соболев В.Д., Чураев Н.В. Течение растворов KCl через стеклянную мембрану // Коллоидный журнал, 1980. Т.42, № 5. С. 911-916.

Ш.Дерягин Б.В., Чураев H.B. Смачивающие пленки. М.: Наука, 1984.

160 с.

112. Дерягин Б.В. Физико-химия нанесения тонких слоев на движущуюся подложку. М.: Изд. АН СССР, 1959. 208 с.

113. Духин С.С., Чураев Н.В., Ярощук А.Э. Обратный осмос и диэлектрические свойства мембран // Химия и технология воды, 1984. Т.6. № 4. С. 291-303.

114. Афанасьев А.Е., Гамаюнов Н.И., Чураев Н.И. Влияние диффузии на перенос радиоактивной метки при испарении влаги из пористых тел // Коллоидный журнал, 1971. Т.ЗЗ. №1. С. 11-17.

115. Маневич В.Е., Субботин Р.К.. Проблемы взаимодействия силикатных наполнителей с цементом // Техника и технология силикатов, 2013. Т. 20. №2. С. 2-7.

116. Розенталь Н.К., Любарская Г.В., Чехний Г.В. Цементные бетоны с повышенной коррозионной стойкостью // Материалы международной конференции «Долговечность и защита конструкций от коррозии». М., 1999. С. 196-205.

117. Бужевич Г.А., Курбатова И.И., Кац K.M., Фигаров Р Г. К оценке реакционной способности керамзита в керамзитовом гравии // Строительные материалы, 1969. С. 35-36.

118. Пузанов Л.И., Рассомахина A.C., Козов A.A. Производство пеностекла из стеклобоя // Перспективы развития естественных наук. Сб.статей - Пермь: ПТУ, 2001.-С. 225-229.

119. Кетов A.A., Кетова Г.Б., Пузанов А.И., Пузанов И.С., Рассомахина A.C., Саулин Д.В. Стеклобой как сырье для получения теплоизоляционного материала // Экология и промышленность России, 2002. IVb. С. 17-20.

120. Кетов П.Л., Корзанов B.C., Пузанов С.И. Использование вяжущих свойств дисперсных силикатных стекол для утилизации стеклобоя // Строительные материалы, 2007. № 5. С. 2-3.

121. Иванова С.М., Пулкова И.Л. Композиционный цементный пеностек-лобетон // Строительные материалы, 2005. № 10. С. 22-24;

122. Кетов A.A., Саулин Д.В. Опыт производства пеностеклянных материалов из стеклобоя. // Строительные материалы, 2007. № 10. С. 70-73.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. МОДЕЛИРОВАНИЕ СОСТАВОВ И СВОЙСТВ

СТЕКОЛ

Расчет с традиционными материалами для стекольной шихты:

% влзжн %*чос а^ »■0? 1»К93 Мд9_ Д * а2СОЗ|Н»2 304

Песо* 10.7 !0.100 |_

Пол шпат ¡2,7 70,000 17,000 .0.100 ¡1,000 11,000} 1

Доломит ¡1.4 ?.7ео 0^40 0.100 31.220, 11 ¿.350 г 1

Мея ¡1,4000 1,560 ¡0.410 0.290 ¡54,580 0,31.0_ 0.020 |

е.яда,.....................|9,оооо ......... \ 100,00.0.1................

Сульфат ......|»_........... -------------- -,-.........1-J —_1__1гь.«1М_

% ввода щелочей через сульфат = 0,500

Рисунок 1. Отчет программы «Расчет рецепта» для традиционной шихты стекла состава ВВС

Исходный расчет при введении диатомита:

Д Ив ТО И ИТ Диена >а иг1% ]д.го»о ( 1лажн.|% ¥носа15Ю2 I «2.17« Асаа, 8,36 5, 2,371 :СаО [о^зоо М йО„,,,|Н а201N а2СОЗ 0 77! (от! N«25041X20 (1.234

П ее ок ¡0,7000 | ! [99,640 ДЛ-'З^ 0,100 I

Д ОЛОМ ИТ 11 ,4300 | | 12,760 [¿¿41^ ь0_,100 19,3 501 I I }

м ел ¡1,4000 | | ¡1,560 0,410 0.290 154^580 0,310 ¡0,0201 _}0,0В0

Сода ¡9,0000 { I |юо ооо| |

Сульфат 19.0000 1 1 1 ¡56.400 1

% ввода щелочей через сульфат = 0,500

Результаты расчета:

[•^^^ЯВИя «о ? А1203 [саО МоО 1ма20

Рас ч ^ ос туе |72.1 000 Зад состав 172,1000 2.0000 [8.7000 2 0800 8.7000 4.0800 11 5.зеоз 4Л0500 И5^3600

Отклоиемия|0,0000 ¿¿оооЖрооо АмошдгаЕ.

ЕЕШЯ9 19. вр , 19 60

Н О. М С| 63 99 63 69 63 69

17.03 17.03 17,0? ,

нагсоз 19 95

8^92^4 ¿¿¡21* 0,9214

Д иат^мит эюг А12О 3 }Ре203 ¡С»О [)4£0__|Ма20 Де2304 К20 100кг ет.|с уч уноса •ПлацЮОО С^ч елаж^^Цстои^мосхь

Ьв .7035 1ДА13Д, ?4.?3 ?4.93 |34;.29 349.29 ТТв'вб

П ? $ ^ к А2ДА12, 0.05?9 10.0430 1 ^3,00 | 43 00 429.98 ¡300.99

Д ОЛОИ ит, „, 0,5389 0.0664 |0,01 35 Ь.рб^З 3.7779 | , 19.52 | 19.52 Ш 24 1?5,24 |273.33

Мея.......... 0,0143 0.00311о,оо27 Ш з.роо; ЛиВйЯХ. 0,9159 ,„[о.9159 9,159.............. 9.159 I 12.82

Сола | Г Т _ 2^.8175 24.82 (2<.82 248.18 _ ^ 4 е.18 |гг>з.8б_

Сульфат ..... __[_[_ 1 ДЛ160 ^_1.189 I 1,189 11,89 11^»

Итого 72^1000 [2,0 0 0 о] 0 »934 16 .7 000 4^1500 10..0Щ.1 460_ Д.4318 124_^7_1 £24^3 7 1243,73 1243.73 ¡2997,57

Всего 72,1000 2,00 0 0 _|0Д9 3 44^70 0 0 4,0500 ¡0,0589 24,8175 1,1 46 0 0^4Ц8 Ё^Зт- 12 43,73 1243.73 (2997,57

Рисунок 2. Отчет программы «Расчет рецепта» для шихты с диатомитом и кварцевым песком стекла состава ВВС

Физические свойства для первых двух расчетов:

Свойства стекла

Метод 1 Метод 2 Метод 3 Метод 4 Метод 5 Метод 6 Метод 7

Механические

Плотность (г/смЗ) 2,514 2,478 2,480 2,513 2,474 2,469 2,503

Модуль упругости (кгс/мм2) 7047 7026 7239 7109 7026

Модуль сдвига (кгс/мм2) 2854 2837

Коэффициент Пуассона 0,235 0,215 0,238

Предел прочн.растяж.(кгс/мм2) 8,091

Предел прочн. сжатия (кгс/мм2) 102,982

Твердость по Ауэрбаху (кгс/мм2) 198

Твердость эмалей (кгс/мм2) 1734

Твердость шлифования (кгс/мм2) 592

Термические

ТКПР до 100 СП0^7 1 /град)

ТКХ1Р до 400 С(*10^7 1/град) 93,4 79,1

Теплоемкость 15-100(кал/г*град) 0,201 0,205

Теплоемкость 40-800(кал/г*град) 0,275

Теплоемкость 40-1000(кал/г*град) 0,284

Теплопроводн. (кал/с м*с е к*гр ад) 0,00231 0,00262 0,02248 0,00226 0,00225 0,00209

Расплава

Поверхн.натяжение (дин/см) 326

Электрические

Дизл. проницаемость 7,539

Оптические

Показатель преломления 1,513 1,513 1,517 1,518

Средняя дисперсияП0^5) 866 870 1078

Коэффициент дисперсии 62,258

Название параметра Формула 1 2 3 4 5 6

Технол. температура варки стекла(ГТВС) т=2 1462 1445 1462 1466 1396 1404

Температура капли/выработки(ТК) |д(У)=з 1211 1198 1211 1203 1202 1204

Температура начала формования 1д(У)=3.7 1081 1070 1081 1077 1089 1087

Верхняя температура формования 1дМ=4 1033 1023 1033 1032 1045 1043

Температура ликвидуса Ш=4.1 1020 1010 1020 1018 1031 1028

т=5 914 906 914 912 921 915

1дОО=б 827 819 833 822 824 816

1д(У)=6.5 789 780 798 786 784 776

Температура конца формования т=7 755 749 765 753 750 741

Температура размягчения. Точка Литтлтона (Тэ.РБР) 1д(У)=7.65 719 714 726 716 713 704

|дОО=8 701 696 706 699 695 687

1дМ=9 658 657 654 654 654 647

Температура возможной деформации изделий |д(У)=ю 621 618 622 617 622 618

Температура размягчения стекла(Тр 1д(У)=11 591 589 594 586 595 596

1д(У)=12 565 562 569 559 568 575

Верхняя температура отжига 1д(У)=13 544 541 545 536 537 550

Температура фиксации изделия (Тар) 1д(У)=13.4 536 533 536 528 522 538

1д(У)=14 524 522 524 516 497 518

Нижняя температура отжига(Тзр) 1д(У)=14.5 515 513 514 507 472 497

Температура твердого состояния стекла 1д(У)=15 506 504 504 498 443 473

Интервал от температуры капли до температуры ликвидуса ТЗ-Т4.1 191 188 191 185 171 176

Интервал от расплава (варки) до твердого состояния Т2-Т15 956 941 957 968 953 931

Интервал от расплава (варки) до начала формования Т2-Т4 428 422 428 433 351 362

Интервал от температуры начала формования до температуры возможной деформации Т4-Т10 412 405 411 415 423 424

"Длина" стекла Т2-Т10 840 827 839 849 774 786

Сравнительная скорость стеклоформующей машины (%) (СССМ=(Т5-450) *ЮО/(ТЗ-ТАР4вО 102 101 102 99 97 103

Температурный интервал формования (ТИФ-1) WRI1=TK-TS 492 484 485 487 489 501

Температурный интервал формования (ТИФ-2) \ЛЯ?12=ТЗ-ТАР 184 181 190 189 190 165

Индекс кристаллизации (ИК) ОИШ2-1БО 24 21 30 29 30 5

Если убрать кварцевый песок из рецепта, то получаем следующий результат:

Д патом кг цена ?а *г|уала:ги, 0 2000 1 5102 |*СОЗ ______ Ре2031са0 2.371 10 300 Оя2— 0.771 РЩО 0.166 Ш1&ЗЛ, На25041к20 11 234

Л ОЛОК ИТ 1.4000 1 2,760 ¡0,340 ^100(31^20, 19,350 I

и еп 1.4000 | 1.560 [0.410 0 280 [54.560 0А!0_ СЦ)20 10.060

Сода 9,0000 I ¿00,000 1

Сульфат 9,0000 1 96,400 |

% ввода щелочей через сульфат = 0,500

Результаты расчета:

ПЛОИВ? юг ¡айоз СаО 1М до На20

Расч достав(72.100р|4.7407 3 9 Я ,£ Я 511» ■, |12Л,И! Щ ЗУ 9 Я й„ 6.7000 [4.0500 6.7000 |4Л)100 15,3600 15.3609

<}тг Л5неиия|р,0000 |2А7407 ¿¿ОООДО^СЩОЩ 0 0000

ГДТШППП к * * п * " " с уч унос ам» алажи

Угао 123.95 23,95 Г 23,95

Н О. И С| 1 66.07 68,07 I 68.07

СаСОЗ | 15.13 15.13 ¡15.13

Ка2СОЗ 1 18,20 18.20 „1 1 8.20

N82504 10.87 1 5 0,8715 10,67^ 5

Д иатомих

ИрО

Д олом ИТ

А аозлг а 2 ОЗ. 1С ■ о

ШЯЗ-

уб73> [2.0666 18 2014 |0.671/

0.0?9? Ь.рГГГМ^^^ТгЗ??/

«»го 11Ч2С0 31Ыг230'1К20

11.0750 II 67.12

Ц1ЛД-

С^уч }иос а 67.12

1Х4Д-

;п<ч«(юао)

С у« 11ЧЖ х [Стоим

671.18

йЫЯ-

0 0075 '0.0053 |0,|у71 ¡0 00^7

Шлз.

32М,

ИЛ—

Ш2

ШЛ1.

шла.

С уп ьф»£„,,.

ила.

пл.

Д72Д000

ТТд^Т^о «^ТбТгооо! Го 5 с а

12704 73_

¡72 1000

<■7407 ¡2.0893 16.7000 \4.0580

ЩЦ»............ЦЩД.

Рисунок 3. Отчет программы «Расчет рецепта» для шихты без кварцевого песка стекла состава ВВС

И тогда получим следующие расчетные физические свойства:

Таблица 3

Свойства стекла

Метод 1 Метод 2 Метод 3 Метод 4 Метод 5 Метод 6 Метод 7

Механические

Плотность (г/смЗ) 2,511 2,478 2,492 2,512 2,468 2,467 2,476

Модуль упругости (кгс/ми2) 6994 6957 7164 7031 6729

Модуль сдвига (кгс/мм2) 2828 2804

Коэффициент Пуассона 0,236 0,216 0,241

Предел прочн.растяж.(кгс/мм2) 8,174

Предел прочн.сжатия (кгс/мм2) 103,063

Твердость по Ауэрбаху (кгс/мм2) 176

Твердость эмалей (кгс/мм2) 1746

Твердость шлифования (кгс/мм2) 617

Термические

ТКЛР до 100 С(*10^7 1/град)

ТКЛР до 400 0^10^7 1/град) 94,5 80,5

Теплоемкость 15-100(кал/г*град) 0,201 0,205

Теплоемкость 40-800(кал/г*гр ад) 0,275

Теплоемкость 40-10ОО (кал/ г"тр ад) 0,285

Те п л о п р о в о д н. (ка л/с м^с е к*гр а д) 0,00231 0,00262 0,02272 0,00228 0,00222 0,00209

Расплава

Поверхн.натяжение (дин/см) 322

Электрические

Диэл. проницаемость 7,513

Оптические

Показатель преломления 1,512 1,514 1,518 1,518

Средняя дисперсияСЮ^б) 866 870 1083

Коэффициент дисперсии 62,382

Название параметра Формула 1 2 3 4 5 6

Технол. температура варки стекла(ТТВС) 1д(У)=2 1498 1482 1498 1497 1430 1440

Температура капли/выработки(ТК) 1д(У)=3 1240 1228 1240 1228 1231 1234

Температура начала формования 1д(У)=3.7 1107 1096 1107 1098 1114 1113

Верхняя температура формования 1дМ=4 1057 1048 1057 1052 1070 1067

Температура ликвидуса 1дМ=4.1 1044 1034 1044 1038 1055 1052

1д(У)=5 934 927 934 929 941 935

1дМ=б 845 837 853 838 841 834

[д(У)=6.5 806 797 817 801 801 793

Температура конца формования т=7 771 764 783 768 766 758

Температура размягчения. Точка Литтлтона (Тэ^БР) 1д(У)=7.65 734 728 744 730 727 720

т=в 715 710 724 712 709 703

1д(У)=э 667 666 671 667 666 663

Температура возможной деформации изделий 1д(УН0 633 630 639 629 634 635

Температура размягчения стекла(Тр 1дМ=11 602 600 610 597 607 612

1дМ=12 576 573 585 570 580 591

Верхняя температура отжига 1д(У)=13 555 553 560 547 548 566

Температура фиксации изделия(Тар) 1д(У)=13.4 547 545 551 538 533 554

1дМ=14 536 534 538 526 508 532

Нижняя температура отжига(Твр) !дМ=14.5 527 525 528 517 483 511

Температура твердого состояния стекла |дМ=15 518 517 518 508 454 486

Интервал от температуры капли до температуры ликвидуса ТЗ-Т4.1 197 194 197 189 176 181

Интервал от расплава (варки) до твердого состояния Т2-Т15 980 965 980 989 976 955

Интервал от расплава (варки) до начала формования Т2-Т4 441 434 441 445 361 373

Интервал от температуры начала формования до температуры возможной деформации Т4-Т10 424 417 419 424 436 432

"Длина" стекла Т2-Т10 865 851 860 868 797 805

Сравнительная скорость стеклоформующей машины (%) (СССМ=(ТЗ-450) *100/(ТЗ-ТАР4в0 )) 107 106 108 103 101 110

Температурный интервал формования (ТИФ-1) WRI1=TK-TS 507 499 497 498 504 513

Температурный интервал формования (ТИФ-2) WRI2=TS-TAP 186 183 192 192 193 166

Индекс кристаллизации (ИК) 0ИШ2-160 26 23 32 32 33 6

Чтобы приблизиться к требуемому составу стекла, нужно в диатомите убавить алюминий до 2.22%. Тогда получим:

■02.........|А120Э|Г«?РЗ

82,17612,200 }г.зм

760 ¡0.340 [О.юо

560 ! 0,41 О 10,290

9,300 10.771

31 ,220119.350

54,580|0.310

М120|И»;С03|М»2504

% ввода щелочей через сульфат = 0,500

Результаты расчета:

ВД^ЩИвШдю г__1А -н СаО |МаО |на2 0

Рас» с о с та а 17 2.100 ОН .9 634 6.7600 [4.0500 11 5.3699

Зуд^о^таа 17^.1 000|2.0000 6 7000 14 05р0 ¡1?,3600

ОтгЛ9н?иия]о,0000 ¡0 0^6? ,9.0000 10.0901? !0.0000 •

ЁПТПТЗ Базовый с уч унос а|и в паж и

ХМР 23,95 .Ц^Ч_ 23.95

н о нщ 68 07 , «6,97!е<Го7

СаСОЗ 15.13 М 5.1 3

Ма2СОЗ 16.20 18,20 16.20

N825 04 »ЛЦ! 0.8715 10,8715

Рисунок 4. Отчет программы «Расчет рецепта» для шихты с диатомитом с меньшим содержанием оксида алюминия стекла состава ВВС

Если после этого отказаться еще и от мела, то получим следующий результат:

Л ало*иг

Сода_

Супь 1р а

Д и а то и ит^

да«« II иг!^ ЦЧ»И 1% у»9>аиог ¡аС031Ц20МС^9 , 1мсО [н а20|н «2СР з!н ??504~К20

182^7612 200

12 760 10,34О

¡0.30 Я_!оли.

0.1 2 011?3?0

% ввода щелочей через сульфат = 0,500

Результаты расчета:

Анализы Баз о а ы иЕе ученое а •<.1° | 24,70 " и а_лаж^ 24 70

У_ГЛ£____________

Н 0_Н£!_ _Л.9 5_¡И.05, ., 66,95

СаСОЗ JJU14 ¡16.14 16,14..........

На2£03_ _ЦЦ12

Рисунок 5. Отчет программы «Расчет рецепта» для шихты с диатомитом без мела стекла состава ВВС

Если убрать сульфат и мел, но оставить песок:

^ нагонит цен« у« ,кг{% «я«» »■02 |*1203 Ре2031Са0 ¡Мао ,,]на201Ыа2С03 Ла25041к2О

0.2000 ™Т ~Т 2,371 ¡0,300 j0.771j0.168j 11.23«

Песок 0.7000 1 1 99.640|0Тз0 0,100 | ....... 1 1 1 |

Д ОЛОМИТ 1.4000 1 I 2.760 ¡0,340 0,100 ¡31.22ojl9.35ol 1 |

Сода 9.0000 1 1 1..................1.................... 1 1 ! ¡100,000 1 , .....

Результаты расчета:

5Ю2.......... Мао 1иа20