Влияние рецептурно-технологических факторов на процесс получения пеностекла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние рецептурно-технологических факторов на процесс получения пеностекла

Шелковникова Т.И.,

Баранов Е.В.

В последнее время энергосбережение при проектировании и эксплуатации жилых зданий становится одной из приоритетных задач. В современном промышленном и гражданском строительстве все большее значение приобретают теплоизоляционные материалы, способные эффективно выполнять свои функции по сбережению энергетических ресурсов, затрачиваемых на создание и поддержание необходимого температурного режима во внутренних помещениях.

При этом обязательным условием является обеспечение повышенных санитарно-гигиенических и комфортных условий для проживания. В современном обществе под "теплым домом" подразумевается дом с эффективным использованием энергии. Это означает, что в здании должен быть обеспечен повышенный тепловой комфорт, высокая экологическая безопасность, сниженное удельное энергоотопление и уменьшение потерь тепла. Проводимая политика "дешевых" энергоносителей привела к строительству домов с невысоким уровнем теплоизоляции.

В настоящее время получают распространение теплоизоляционные материалы, содержащие в своем составе органические составляющие. Недостатком этих материалов является их горючесть, низкий предел температуры использования, низкая пожаробезопасность, органическая основа приводит к выделению токсических веществ при нагревании. Кроме этого, при эксплуатации наблюдается охрупчивание и разрушение материала, содержащего органические вещества. Благодаря удачному сочетанию комплекса уникальных свойств пеностекло наиболее перспективный теплоизоляционный материал, производство которого стоит возродить в России. Несмотря на широкие возможности использования пеностекла как теплоизоляционного материала, должного развития оно не получило. Основным препятствием широкой организации производства пеностекла является отсутствие надежной технологии, обеспечивающей получение материала с заданными и постоянными свойствами.

При разработке технологии пеностекла исследователями было предложено несколько десятков веществ, пригодных к употреблению в качестве газообразователей. Однако лишь небольшое число из них было практически использовано при производстве пеностекла (сажа, карбонатные породы).

Нами предлагается рассмотрение возможности вспенивания стекломассы за счет силанольной воды, образующей в результате обводнения стекла.

Основным фактором, определяющим пригодность гидратированных техногенных стекол для получения пористых материалов, является количество и характер связанной воды.

В настоящее время установлено, что кремнезем (в том числе и кремнезем в стеклообразном состоянии) содержит воду в состоянии гидроксильного поверхностного покрова, гидроксильные группы которого связаны с поверхностью прочной ионной или донорно-акцепторной связью и являются центрами адсорбции молекулярной вода. Молекулы адсорбированной воды связаны с гидроксильными группами поверхностного гидроксильного покрова водородной связью. При повышении степени гидратации увеличивается количество гидроксильных групп.[2]

Разделение воды по видам можно производить по температуре ее удаления. Количественное разделение видов воды связано со значительными трудностями, поэтому осуществляют разделение только силанольной и молекулярной с помощью термогравиметрического анализа.

Вода при вхождении в структуру стекла разрывает ?Si-O-Si? связи с образованием двух групп ?Si-OН. Непрерывная силикатная цепь стекла дробится на отдельные звенья. При вспучивании обводненного стекла газообразователем является силанольная вода. Поскольку силанольная вода испаряется в широком диапазоне температур, то и интервал вспучивания обводненного стекла будет шире, чем у исходного стекла.

Существует тесная взаимосвязь между физико-химическими свойствами пеностекла и технологическими параметрами его получения. Поэтому, представляется целесообразным рассмотрение модели процесса пенообразования при вспучивании с целью оценки взаимосвязи "режим-свойства". Установление закономерностей, позволит в выбранной системе проектировать свойства пеностекла и пористых заполнителей при их производстве. вспенивание стекло обводнение

Широко внедренными в производство в настоящее время являются исследования Б.К. Демидовича, И.И. Китайгородского, Ф. Шила позволяющие получать качественные изделия из пеностекла по порошковому способу. Для этих систем установлены следующие закономерности поведения при нагревании.

Формирование пористой структуры при нагревании может быть условно разделено на следующие этапы - синтез (формирование спека при нагревании до температурного интервала спекания), вспучивание (процесс изменении объема и структуры материала при нагревании), отжиг (охлаждение по специальному режиму).

В интервале температур спекания наблюдается резкое уменьшение объема смеси, сопровождаемое появлением трещин. При медленном повышении температуры происходит более равномерное спекание и образование мелких, хорошо развитых по всему объему трещин. [1]

Однако медленное нагревание может способствовать удалению газообразователя до момента перехода материала в пиропластическое состояние, вследствие чего вспучивание может не произойти. При быстром подъеме температуры, наоборот, наблюдается образование крупных трещин, ширина которых может достигать в отдельных местах до 5…7 мм. Спек разделяется на несколько крупных не одинаковых по величине кусков, между которыми образуются большие раковины. Если в спеке имеются большие трещины, то при бурном вспенивании этих спеков будут образовываться дефекты структуры, преимущественно в центре образца, которые снижают качество пеностекла. Отсюда можно предположить, что более равномерное вспенивание достигается в том случае, когда градиент температур между слоями спека минимальный как в период спекания смеси, так и в период структурообразования пеностекла.

Анализ закономерностей формирования спеков из пенообразующей смеси и структуры пеностекла показывает, что при разработке теоретической температурной кривой вспенивания необходимо учитывать взаимосвязь между физическим состоянием смеси на каждом технологическом этапе и динамикой изменения ее теплофизических свойств

Для изучения процессов структурообразования пеностекла были заформованы и подвергнуты гидротермальной обработке образцы-цилиндры диаметром 5 см и высотой 3 см. Обжиг цилиндров проводился без форм при максимальной температуре 800 0С, 850 0С, 900 0С. Полученные образцы пеностекла имели практически правильную цилиндрическую форму, наружная поверхность оплавилась в разной степени. В середине имеется дефект в виде полости (рисунок 1), образование которого происходит по вышеуказанной схеме.

Для устранения дефекта в виде полости выявленного в структуре пеностекла выполнены исследования и проведен расчет теоретической кривой изменения температуры в центре образца в зависимости от температуры поверхности. Выявлено время необходимое для выравнивания температурных полей поверхности и середины образца и предложен режим для получения бездефектного пеностекла на лабораторных образцах-цилиндрах.

Рисунок 1 - Пеностекло с дефектом структуры в виде полости

В предлагаемом режиме после изотермической выдержки для стабилизации формы образцов целесообразно проводить снижение температуры среды ступенчато, что позволяет реализовать возможности неиспользованного газообразователя в середине образца. При снижении температуры среды снижается температура поверхности и осуществляется фазовый переход "пиропластическое состояние - твердое тело". Блок в целом находится под действием значительного избыточного давления со стороны его внутренней части, находящейся в состоянии вспенивания. Фиксированные границы поверхностных слоев создают жесткие границы для середины, находящейся в пиропластическом состоянии, дефекты залечиваются (рисунок 2).

Рисунок 2 - Пеностекло, обожженное по расчетному режиму

Образцы, обожженные по установленному режиму, не имели дефекта структуры в виде полости. Полученное пеностекло имеет среднею плотность 320…400 кг/м 3, предел прочности при сжатии 18…35 кгс/см 2.

Список литературы

1. Демидович Б.К. Пеностекло / Б. К Демидович. - Минск.: Наука и техника, 1975. - 248 с.

2. Айлер Р. Химия кремнезема: Пер. с анг., часть 2 / Р. Айлер. - М.: Из-во Мир, 1982. - С. 880-889. - 1124 с.

Размещено на Allbest.ru