Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ теоретических предпосылок и постановка задач исследований 12
1.1. Ячеистые материалы для ограждающих конструкций 12
1.2 Свойства ячеистых материалов для стеновых конструкций и факторы их обуславливающие 17
1.2.1. Макроструктура вспененных материалов 17
1.2.2 Микроструктура и ее влияние на свойства материала 23
1.3 Ячеистые материалы на основе жидкого стекла 27
1.4 Выводы и задачи исследований 32
2. Свойства сырьевых материалов и методы исследований 34
2.1 Натриевое жидкое стекло из микрокремнезема 34
2.2 Пенообразователи 35
2.3 Вода 36
2.4 Минеральные наполнители 36
2.4.1 Микрокремнезем 36
2.4.2 Зола-унос 38
2.5 Отвердитель 39
2.6 Кальцийсодержащая добавка 39
2.7 Методы исследований 39
2.8 Выводы 45
3. Изучение физико-механических характеристик минерализованных отвержденных жидких стекол ... 46
3.1 Изучение влияния наполнителя на свойства смеси 46
3.2 Выбор условии твердения 52
3.3 Влияние силикатного модуля и плотности жидкого стекла па физико-механические характеристики минерализованных отвержденных жидких стекол 55
3.4 Выводы 68
4. Изучение физико-механических характеристик теплоизоляционных материалов на основе минерализованных пен из жидкого стекла 70
4.1 Изучение вспенивания жидко стекольных композиций 70
4.2 Влияние параметров минерализации на свойства пеностекольной композиции и характеристики материалов на основе вспененного минерализованного жидкого стекла 77
4.3 Оптимизация составов для получения композитов на основе вспененных минерализованных жидких стекол 83
4.4 Связь свойств теплоизоляционных материалов на основе вспененного минерализованного жидкого стекла и процессов структурооб-разования 94
4.4.1 Изучение процессов синтеза новообразований 94
4.4.2 Изучение поровой структуры материал 103
4.5 Строительно-эксплуатационные характеристики ячеистых материалов на основе минерализованных пен из жидкого стекла 105
4.5.1 Разработка методики подбора составов для получения материалов 105
4.5.2 Строительно-эксплуатационные характеристики ячеистых материалов 109
4.6 Выводы 111
5. Апробация разработанных предложений по получению материалов из вспененного минерализованного жидкого стекла 113
5.1 Разработка технологии получения блоков стеновых мелких и плит теплоизоляционных 113
5.2 Промышленная апробация технологии на базе ОАО "Экологические материалы" 114
5.3 Технико-экономическая эффективность использования ячеистых материалов на основе минерализованных пен из жидкого стекла в ограждающих конструкциях 119
5.4 Экологические аспекты разработанных предложений 122
5.5 Выводы 127
Общие выводы 128
Литература 130
- Микроструктура и ее влияние на свойства материала
- Влияние силикатного модуля и плотности жидкого стекла па физико-механические характеристики минерализованных отвержденных жидких стекол
- Оптимизация составов для получения композитов на основе вспененных минерализованных жидких стекол
- Технико-экономическая эффективность использования ячеистых материалов на основе минерализованных пен из жидкого стекла в ограждающих конструкциях
Введение к работе
Жилищная программа 2002-2010 г.г. подразумевает осуществление технической политики, направленной па удешевление квадратного метра жилья. Решение задачи, согласно [75], предполагается путем внедрения новых более эффективных строительных технологий и материалов, что позволит уменьшить энергоемкость, материалоемкость и трудовые затраты на выпускаемую продукцию на 25-30%, сократить сроки строительства и снизить эксплуатационные расходы на 20%, то есть сократить инвестиционные затраты в 1,5 раза.
Новые строительные материалы помимо экономичности должны обеспечивать реализацию конструктивных решений возводимых объектов, а также подлежащего реконструкции аварийного жилого фонда, объем которого составляет около 50 млн. м". Для регионов с суровыми климатическими условиями особенно актуальны вопросы повьппения энергоэффективности как строящихся, так и эксплуатируемых зданий и сооружений, отраженные новыми требованиями СНиП П-3-79 "Строительная теплотехника'1. Значительная роль в решении этих вопросов отводится эффективным теплоизоляционным материалам. Имеются примеры использования многослойных ограждающих конструкций с эффективным утеплителем, удовлетворяющих требованиям второго этапа СНиП П-3-79*. В различных регионах России находят широкое применение энергоэффективные ограждающие конструкции, разработанные МНИИТЭПом, НИИМосстроем, ЦНИИЭПжилища, КБ им. А.А. Якушева, ЦНИИС, СибЗПИИЭП, Мосгражданпроектом, Ленграждан-проектом, Оргстройпроектом "СПК Мосэнергострой", Пермгражданпроектом, НИИСФ, НИИЖБ и др [77].
Для города Братска, приравненного к районам Крайнего Севера и имеющего значительный объем жилого фонда, требующего реконструкции, вышеизложенное особенно актуально.
Немаловажным аспектом в производстве строительных материалов является рациональное использование сырьевой базы. Как показывает опыт, использование отходов промышленности в производстве строительных материалов позволяет покрыть потребность в сырьевых ресурсах, сократить затраты па изготовление строительных материалов и снизить техногенные нагрузки на окружающую среду. В городе Братске и регионе в результате работы промышленных предприятий образуется ряд многотоннажных отходов, физические свойства и химический состав которых позволяют рассматривать их как сырье высокой степени готовности для производства строительных материалов.
Диссертационная работа выполнялась в рамках госбюджетной тематики 67.09.91, 67,09.35, 67.09.31, в соогветствии с научным направлением "Изучение и решение региональных проблем социально-экономического развития и задач строительного комплекса", поднаправленис "Эффективные строительные материалы на основе местного сырья и отходов промышленности".
Цель работы: разработка ячеистого стенового материала на основе минерализованных пен из жидкого стекла и технологии его производства.
Задачи работы:
[.Обоснование выбора местного техногенного сырья для получения теплоизоляционных материалов на его основе.
Разработка составов и способа получения минерализованных жидко-стекольных смесей и их поризации.
Изучение физико-химических процессов твердения минерализованных пеностекольных композиций.
Изучение свойств ячеистых стеновых материалов на основе минерализованных пен из жидкого стекла, разработка технологии их получения, проведение опытно-промышленных испытаний.
R Научна» новизна:
установлена селективная последовательность введения и перемешивания компонентов пеностекольной композиции, обеспечивающая требуемую степень поризации смеси, включающая предварительное получение пены с последующим введением жидкого стекла в количестве 55 - 65 % по массе, а затем тонкодисперсных минеральных компонентов при постоянном турбулентном перемешивании;
установлены условия формирования устойчивой пеностекольной композиции путем вспенивания жидкого стекла с силикатным модулем 2-3 и плотностью 1,4 - 1,3 г/см3 и его последующей минерализации до степени 0,37, что позволяет получить максимальную прочность межпоровых перегородок за счет контактного омонолнчивания наполнителя жидким стеклом при сохранении требуемой степени поризации и формуемости смеси;
- установлено, что при твердении пеностекольной композиции на основе минерализованного микрокремнеземом жидкого стекла из микрокремнезема с добавкой кремнефтористого натрия и извести при температуре 50-60 С синтезируются низкоосновные гидросиликаты кальция, гидросиликаты натрия и фтор - гидросиликаты, что обеспечивает получение стеновых материалов с требуемыми прочностными характеристиками и водостойкостью.
Практическая значимость:
разработаны составы и способ получения теплоизоляционных материалов плотностью 300-700 кг/м из вспененного минерализованного жидкого стекла;
изучены технико-эксплуатационные показатели материалов из вспененного минерализованного жидкого стекла;
результаты исследований использованы при разработке методики подбора состава, технологического регламента получения теплоизоляционных материал о» из вспененного минерализованного жидкого стекла, технических условий ТУ 5767-020-02069295-2003 "Блоки стеновые мелкие из вспененного минерализованного жидкого стекла" и ТУ 5767-019-02069295-2003 "Плиты теплоизоляционные из вспененного минерализованного жидкого стекла";
проведена промышленная апробация разработанных предложений по получению теплоизоляционных материалов из вспененного минерализованного жидкого стекла.
На защиту выносятся;
- результаты исследований влияния свойств жидкого стекла, минерали
затора и степени минерализации на свойства ячеистых материалов на основе
низкократпых минерализованных пен из жидкого стекла;
-экспериментальные данные по оптимизации составов теплоизоляционных материалов и способа получения материалов из вспененного минерализованного жидкого стекла;
-результаты исследований основных физико-механических и технико-эксплуатационных свойств материалов из вспененного минерализованного жидкого стекла.
Апробация работы:
ОсновЕїьіе положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на ХХІ-ХХІІ научно-технических конференциях БрГТУ (Братск', 2000-2001г.г.)> Научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Региональные проблемы социально-экономического развития и задачи строительного комплекса" (Братск, БрГТУ, 2001-2002г.г,), Межрегиональных
10 научно-технических конференциях "Естественные и инженерные науки -развитию регионов" (Братск, БрГТУ, 2002-2003г.г.), Межрегиональной научно-практической конференции "Охрана окружающей среды в муниципальных образованиях на современном этане" (Братск, 2002г.), 57 и 58-й научно-технических конференциях НГАСУ (Новосибирск, 2000-2001ім\), Международных и Всероссийских научно-технических конференциях ''Композиционные строительные материалы: Теория и практика", ''Актуальные проблемы современного строительства", "Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов" (Пенза, ПГАСА, ПДЗ, 2001г,)> Всероссийской научно-технической конференции "Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика" (Красноярск, КГАЦМиЗ, 2001г.), Втором научно-техническом семинаре "Нетрадиционные технологии в строительстве", Научно-технической конференции "Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок" (Томск, ТГАСУ, 2001-2002г.г.), III Международной научно-практической конференции-школы-семинара молодых ученых, аспирантов и докторантов "Современные проблемы строительного материаловедения" (Белгород, БелГТАСМ, 2001г.), Втором Международном конгрессе студентов, молодых ученых и специалистов "Молодежь и наука -третье тысячелетие" (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002п)
Публикации:
Основное содержание работы и ее результаты опубликованы в 15 печатных трудах и защищены патентом. По результатам работы получены 4 положительных решения ФИПС о выдаче патентов.
Диссертационная работа выполнялась с 1999 по 2003 г.г. Экспериментальные работы проводились в лабораториях БрГТУ, ТГАСУ,
Автор выражает благодарность д.т.н,, профессору А.И, Кудякову (ТГАСУ), к.т.н., профессору А.А. Зиновьеву (БрГТУ) за оказанную помощь, ценные советы и консультации при выполнении работы, а также д.тлі., профессору ІО-С. Саркисову (ТГАСУ), к.т.п., доценту ГІ.О. Копанице (ТГАСУ) за помощь при проведении физико-химических исследований.
Объем работы:
Диссертационная работа изложена на 143 страницах основного текста, содержит 39 рисунков, 32 таблицы; состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографии, включающей 132 источника, 10 приложений на 58 страницах. Общий объем работы 201 страница.
Микроструктура и ее влияние на свойства материала
Прочность ячеистых материалов в значительной степени определяется прочностью межпоровых перегородок. Именно каркас и стенки пор обеспечивают комплекс механических свойств пенобетонов [48]. Обеспечение максимальных прочностных характеристик ячеистой матрицы возможно при условии целенаправленного формирования ее микроструктуры. Микроструктура обуславливается характером взаимодействия связующего и наполнителя [76]» Предпосылки получения ячеистых композитов па основе наполненного жидкого стекла базируются па его хороших адгезионных свойствах к различным материалам и возможностью химического взаимодействия. Исследования в области наполнения жидких стекол дисперсными компонентами и их структурообразования немногочисленны, но имеющиеся данные [111, 26] схожи с закономерностями наполнения и структурообразования полимерных материалов [61, 62, 20]. Полимерное строение этих материален [49, 102] обуславливает схожесть их реологических свойств [18].
Структура наполненных полимеров обуславливается характеристиками вяжущего или матричного материала, наполнителя и характером их адгезионного контакта (рис 1.3).
Прочность адгезионного контакта в большей степени определяет механические свойства полимерного композита [61, 62]. С целью установления характера формирования адгезионного слоя целесообразно рассматривать адгезию как частный случай адсорбции [61]. В связи с этим формирование межфазного слоя "вяжущее - наполнитель" определяется рядом факторов,
Известно, что адсорбция на границе твердое тело - раствор зависит от смачиваемости поверхности наполнителя [61, 116, 28]- Из-за неполной лио-филизацни поверхности наполнителя матричным материалом образуются пустоты [127]. Установлено, что увеличение шероховатости поверхности наполнителя способствует растеканию жидкостей, угол смачивания в которых ниже 90 [61], Повышение смачивания обуславливается также понижением поверхностного натяжения раствора при использовании поверхностно-активных веществ [9SJ, Но следует учитывать, что чрезмерное содержание поверхностно-активных веществ может негативно сказаться на прочностных характеристиках и темпах твердения вяжущего [46].
Характер адсорбции определяет прочность адгезионного соединения [116, 28]. В отличии от физической адсорбции хемосорбция позволяет сформировать более прочный межфазпый слой [96]. Хемосорбция осуществима при условии химической активности наполнителя по отношению к связующему. При использовании в качестве связующего жидкого стекла целесообразно применение активных кремнеземсодержащнх наполнителей [49].
Важнейшими характеристиками определяющими как характер адгезионного контакта так и структуру матричного материала являются поверхность взаимодействия контактируемых фаз и толщина прослоек связующего [116, 28, 131]. Эти характеристики взаимозависимы и обусловлены количеством и дисперсностью наполнителя, а также однородностью его распределения в объеме связующего. Увеличение количества наполнителя приводит к повышению вязкости, усложняется гомогенизация смеси. Получение технически однородной смеси, возможно, при условии увеличения расхода вяжущего то есть при снижении степени наполнения [116]. Исследования в области наполнения полимеров и жидкостекольных композиций показывают, что зависимость прочностных характеристик от степени наполнения носит экстремальный характер [127, 20, 61, 62, 111, 26]. Объясняется это явление способностью наполнителя при определенных концентрациях структурировать матричный материал, что подтверждается законами структурообразования в дисперсных системах [18, 118]. При недостаточных концентрациях наполнителя наблюдается различие свойств вяжущего в межфазном слое и в объеме, что обуславливает появление внутренних напряжений создающих дефекты в структуре матричного материала и ухудшающих механические свойства композита. [62]. Компенсировать это явление можно уменьшением толщины клеевого слоя путем повышения концентрации наполнителя, но до определенного значения. Недостаток связующего ведет к нарушению непрерывности сети матричного материала и появлению пустотное в структуре композита. Таким образом, оптимальное соотношение матричного материала и наполнителя соответствует однородной структуре, в которой наполнитель омоноличен тонкими прослойками связующего и образует пространственную структуру [127, 20, 62, 61], Отмечено, что минимальная степень наполнения, при которой формируется пространственная структура, уменьшается с ростом степени дисперсности наполнителя [62, 20]. Повышение адгезионной и когезионной прочности путем перевода связующего в непрерывную пленочную сеть подтверждено рядом работ [48, 103, 19,49, 116].
Приведенными исследованиями отмечено, что характер формирования микроструктуры наполненного композита в значительной степени закладывается на стадии наполнения. Имеются данные о закономерностях наполнения жидкого стекла. Однако для получения ячеистых материалов необходимо наполнение вспененного жидкого стекла. Специфичность наполнения жидкосте-кольных пен обусловлена совокупностью свойств пены и связующего. Данных о закономерностях наполнения вспененных жидких стекол в литературе не обнаружено.
Способность стекольных вяжущих омоноличивать зерна наполнителя с образованием высокопрочного конгломерата лежит в основе получения ряда строительных материалов, применяемых как для изоляции поверхности оборудования [28, 65, 72, 73, 112], так и в ограждающих конструкциях [82, 83, 84, 89]. Преимуществом жидкого стекла является его способность на стадии приготовления смеси сохранять вязко - пластичное состояние при обычных температурах, в дальнейшем їіа стадии структурообразования приобретать свойства камня при температуре не более 100 С, На стадии приготовления смеси вязко -пластичное состояние жидкого стекла оказывает влияние на формирование структурных характеристик материала, особенности которого приведены в н. 1,2.1 и 1,2.2. На стадии структурообразования одним из условий отверждения жидкого стекла является использование отвердителей. Опыт получения композитов на основе жндкостекольного вяжущего показывает целесообразность использования в качестве отвердителя кремнефтористого натрия Na2SiF6 [73, 112, 65, 72, 111, 110]. Рассмотрим закономерности структурообразования жидко-стекольных композиции с добавкой кремнефтористого натрия.
Влияние силикатного модуля и плотности жидкого стекла па физико-механические характеристики минерализованных отвержденных жидких стекол
Столь узкий диапазон плотностей является следствием предельного общего содержания SiO? в интервале 44 - 49 мае. % для жидких стекол с различным К". Невысокая плотность минерализованных отвержденных жидких стекол обусловлена высокой пористостью (порядка 63 - 81%), как результат значительного содержания жидкого стекла (в среднем 60 %) и, соответственно, значительного количества удаляемой при сушке воды, высокой пористости наполнителя и наличия защемленного воздуха. Изменение плотности композитов в зависимости от свойств жидкого стекла в значительной мере обусловлено различным количеством удаляемой при сушке воды. Так с увеличением плотности жидкого стекла увеличивается плотность получаемых композитов как результат снижения доли воды в минерализованных жидких стеклах высоких плотностей (табл. 1 прпл.1). Аналогично зависимость плотности композитов от силикатного модуля обуславливается количеством воды в минерализованных жидких стеклах (табл. I прнлЛ). Максимальную плотность имеют композиты, полученные на основе минерализованных жидких стекол с силикатным модулем 2, имеющих самое низкое содержание воды. Минимальная плотность у композитов на основе минерализованных стекол 1-го силикатного модуля (с самым высоким содержанием воды).
Зависимости представленные на рис. 3.8 и данные табл. 3.4 показывают, что с увеличением силикатного модуля и плотности жидкого стекла воз-растают деформации усадки, тем интенсивнее, чем выше плотность и модуль жидкого стекла. Это происходит как следствие снижения коэффициента насыщения и увеличения толщины прослойки жидкого стекла между частицами наполнителя. Это объясняется увеличением толщины адсорбционного монослоя, что связано с увеличением длины полимерных частиц жидкого стекла. При твердении жидкого стекла выделяется гель кремниевой кислоты, который, обезвоживаясь, уменьшается в объеме и вызывает деформации усадки. Чем толще прослойка жидкого стекла, тем больше деформации усадки [78].
Таким образом, с целью исключения усадочных деформаций необходимо, чтобы степень минерализации и свойства жидкого стекла обеспечивали контактное омоноличивание наполнителя жидким стеклом.
Рис. 3.9 показывает, что зависимость предела прочности при сжатии от силикатного модуля жидкого стекла носит экстремальный характер [78, 60] и обусловлена в значительной степени процессами синтеза новообразований, а также пористостью материала, С увеличением силикатного модуля от 1 до 2 предел прочности при сжатии увеличивается, что обусловлено снижением содержания щелочи, оказывающей пептпзирующее действие на продукты твердения. Максимум кривой соответствует оптимальному соотношению S1O2 : Na20 : Н20 в минерализованной композиции для выделения высокопрочных новобразований из раствора силиката натрия, а также для хемо-сорбционного взаимодеЯстиия между жидким стеклом и наполнителем. Дальнейшее повышение модуля приводит к снижению содержания мономерных частиц SiO: в жидком стекле из-за недостатка щелочи, синтез новообразований затрудняется с ухудшением прочностных характеристик. Кроме того, из-за недостатка щелочи затрудняется хемосорбциоппое взаимодействие между наполнителем и вяжущим, следовательно, прочность адгезионного контакта снижается. При повышении модуля свыше 3 тенденция снижения прочности сохраняется (табл. 3.4). Для высокоплотных жидких стекол экстремум кривой выражен значительнее из-за более интенсивных процессов структурообразования. Со снижением плотности жидкого стекла интенсивность структурообразования снижается с ухудшением прочностных характеристик вследствие значительного количества воды в жидком стекле и невысокой концентрации силиката натрия - источника образования кремнегеля.
Коэффициент размягчения зависит от появления водостойких новообразовании в системе, условия синтеза которых приведены выше. Экстремум кривой коэффициента размягчения (рис. 3.10), более интенсивный для высокоплотных стекол, свидетельствует о наличии оптимальных условии (соотношение S1O2: Na20 : Н20) для появления водостойких новообразований при использовании жидких стекол с силикатным модулем 2...3.
Несмотря на общее содержание Si02 (44 - 49 мас. %) в минерализованных микрокремнеземом отвержденных жидких стеклах, полученные композиты характеризуются различными физико-механическими характеристиками. Это обусловлено различным состоянием SiG2- Чем больше кремнезема переходит в новообразования, тем лучше механические характеристики композита, выше водостойкость и плотность. Чем выше доля исходного кремнезема - наоборот.
Изучение влияния вариативности химического состава микрокремнезема различных полей на свойства композитов показало, что существенных различий в свойствах не наблюдается, коэффициент вариации для показателя предела прочности при сжатии не превышает 11,2 %, для показателя коэффициента размягчения не превышает 1,4 %, для показателей средней плотности композита не более 3,6 %, Вариативность количественного значения потерь при прокаливании (графит С и карборунд SiC), отмеченной в п. 2.4Л, значительного влияния на свойства материала не оказывает ввиду отсутствия высокотемпературной обработки, а также химической инертности указанных примесей, доказанной в работах Шаровой В.В. [41, 42], В связи с этим, для дальнейших исследований использована смесь микрокремнезема различных полей,
Оптимизация составов для получения композитов на основе вспененных минерализованных жидких стекол
Материалы из смеси имеют плотность больше проектной и невысокие прочностные характеристики что обусловлено гашением значительной части пены. Такие материалы имеют неоднородную рваную структуру. Получение материалов с оптимальными физико-механическими характеристиками возможно при степени минерализации на 5 - 7 % ниже максимальной. При данной степени минерализации гашение пены составляет не более 5%, Дальнейшее уменьшение К„ сопровождается снижением прочностных характеристик при увеличении средней плотности материала. Как следует из ранее проведенных исследований її данном случае создается объемно омополичип-нал система» Такая система склонна к усадочным деформациям при сушке с нарушением структурных связей.
При наполнении вспененных жидких стекол золой получены композиты с высокими для теплоизоляционных материалов значениями средней плотности (900-1300 - кг/м3) и пониженными прочностными характеристиками (не более 1,0 МПа ). Увеличение степени поризации, с целью снижения средней плотности материала, приведет к более значительному снижению прочности, поэтому в дальнейших исследованиях зола не использовалась.
При использовании в качестве наполнителя микрокремнезема получены материалы со средней плотностью 400-500 кг/м3 (при степени поризации Кп=1), что удовлетворяет требованиям по плотности, предъявляемым к теплоизоляционным материалам. Однако, прочностные характеристики указанных композитов не достаточны для их использования в качестве конструкционно-теплоизоляционных. В связи с этим необходимы меры по повышению прочностных характеристик указанных композитов.
Особенностью физико-механических характеристик ячеистых материалов является повышенная пористость и как следствие невысокие прочностные показатели. В связи с этим при формировании оптимальной микроструктуры материала необходимы дополнительные мероприятия, позволяющие повысить прочность межпоровых перегородок, В работе исследована возможность использования в качестве кальции содержащей добавки, повышающей прочностные характеристики за счет синтеза высокопрочных новообразований - извести и гипса (гидросиликат кальция, карбосиликат кальция, карбонат кальция в форме кальцита [109, 30]), в качестве алюмосодержащей добавки - золы и шамота (щелочной алюмосиликат, гидроалюмосиликат [109]). Поисковыми экспериментами установлено, что введение добавки в количестве менее 20 % позволяет повысить прочностные характеристики при сохранении средней плотности материалов на основе вспененного минерализованного жидкого стекла. При использовании гипса отмечено повышение прочности до 30 %, шамота и золы - до 25 %, извести - до 50 %,
При оптимизации составов объектом исследований являлись материалы, полученные путем отвердения при температуре 50-60 С вспененных минерализованных жидких стекол с добавкой отвердителя и извести. Использованы жидкие стекла с силикатным модулем 2,0; 2,5; 3,0 плотностью 1,40; 1,35; 1,30 T/CMJ соответственно, со степенью минерализации 0,37. Для исследования использованы методы математического планирования эксперимента и моделирования, В табл. 4.6 приведен трехфакторный математический план эксперимента. В качестве варьируемых факторов использованы: вид жидкого стекла (xj), расход раствора пенообразователя (х2), расход добавки (х3) (табл.4.5).
В качестве откликов определяли: плотность сырьевой смеси (yi), плотность композитов (у2), предел прочности при сжатии (уз), предел прочности при из гибе (у4), деформации усадки (у5\ пористость (уй), коэффициент размягчения (у7). Путем математической обработки данных табл. 4.6 получены уравнения регрессии каждого отклика. Полученные регрессионные модели адекватны экспериментальным данным согласно коэффициенту детерминации, статистике Фишера и уровню значимости (табл. 4.7 и прил.2). Полученные уравнения описывают зависимости представленіые на рис. 4.8-4.15. На рис. 4.8 представлены зависимости плотности сырьевой смеси на жидких стеклах с п=2 р-1,4г/см , п-2,5 р-1,35 г/см , п=3 р=1,3 г/см от варьируемых факторов. Снижение плотности смеси наблюдается с увеличением расхода пенообразователя; то есть с увеличением степени поризации. Путем минерализации вспененного жидкого стекла получены композиты с плотностью порядка 300 - 700 кг/м (рис, 4.9)- Плотность композитов обуславливается степенью поризации, и соответственно, зависит от расхода раствора пенообразователя. Таким образом, варьируя расход пенообразователя возможно управление плотностью композитов.
Технико-экономическая эффективность использования ячеистых материалов на основе минерализованных пен из жидкого стекла в ограждающих конструкциях
Основными технологическими операциями по получению блоков стеновых и плит теплоизоляционных являются: складирование сырьевых материалов, дозирование компонентов, получение псностскольнои композиции с необходимой степенью норизации, ее минерализация тонкодисперсным наполнителем, введение отвердителя и добавки, формование, тепловая обработка, распалубка изделий [14].
Предлагаемые технологические решения позволяют сохранить первоначальный объем используемой пены па протяжении всего технологического процесса и тем самым получать устойчивые минерализованные пеностеколь-ные композиции и па их основе материалы со стабильными значениями средней плотности. Кроме того, преимуществом технологии является использование местных сырьевых материалов: пенообразователя "Тайга", микрокремнезема - отхода местной промышленности, используемого как для получения жидкого стекла, так и и качестве наполнителя. Ультрадисперсность микрокремнезема осложняет работу с ним її является фактором, сдерживающим его применение. Зачастую при работе с этим материалом используются дополнительные технологические операции по гранулированию или уплотнению. Напротив, условием предлагаемой технологии является дисперсность наполнителя, поэтому микрокремнезем можно рассматривать как сырье высокой степени готовности.
Перечисленные принципиальные особенности предлагаемой технологии получения ячеистых материалов т основе минерализованных пен из жидкого стекла позволяют отметить ее эффективность.
С целью подтверждения достоверности разработанных предложений по получению ячеистых материалов на основе вспененного минерализованного жидкого стекла проведена промышленная апробация разработанных материалов на базе ОАО "Экологические материалы". Данное предприятие располагается в рамках производственных площадей завода ЖБИ-3 г. Братска и специализируется на выпуске строительных материалов на основе отходов местной промышленности. Так в производство внедрена разработанная в БрГТУ технология получения жидкого стекла из микрокремнезема, используемого в данной работе. В настоящее время налажен выпуск изделий из тяжелого бетона на основе указанного жидкого стекла.
Целесообразность проведения опытно-промышленных испытаний на базе ОАО "Экологические материалы" обусловлена обеспеченностью производства основными сырьевыми материалами: жидким стеклом из микрокремнезема и микрокремнеземом, а также наличием необходимого оборудования: высокоскоростного смесителя принудительного действия, виброударной площадки низкой частоты, форм для получения блоков и тепловой камеры (рис, 5.1). В связи с этим при внедрении разработанных предложений потребуется незначительная модернизация производства.
Получение блоков стеновых на ОЛО "Экомат" осуществлялось в соответствии с разработанным технологическим регламентом производства материалов на основе вспененного минерализованного жидкого стекла (прил.5).
Для получения блоков использовано оборудование ОАО "Экомат": высокоскоростной смеситель принудительного действия с частотой врашения лопастей 10 с"1 (нестандартное оборудование), резонансная низкочастотная виброударная установка ВРА-15 с амплитудой 6- 10 мм, частотой колебаний 8-10 Гц, формы для получения блоков (8 ячеек размером 188x200x588 мм), тепловая камера (нестандартное оборудование).
Для получения блоков использованы следующие сырьевые материалы: 1) жидкое стекло из микрокремнезема с силикатным модулем п=2 плотностью 1,42 г/см3, сваренное промышленным способом на данном предприятии; 2)6% водный раствор пенообразователя "Тайга" по ТУ 13-4302007-032-92; 3)микрокремнезем сухой поТУ 5743-048-02495332-96; 4)кремнсфтористый натрий по ТУ 6-08-01-1 и сметки (отход ОАО БрАЗ); 5) известь ію ГОСТ 9179. Дотирование ci.ipi.LMibix компонентов (жидкое стекло, наполнитель, от-верднтелц добавка) осуществляли по массе, дозирование рабочего раствора пенообразователя - по объему.
Пеностекольную композицию готовили следующим образом. Рабочий раствор пенообразователя перемешивали н высокоскоростном смесителе принудительного действия при частоте 10 с"1 до требуемой кратности Р=14. Контроль кратности пены осуществляли по ее объему. Полученную пену перемешивали еще в течение 1 минуты, затем в нее постепенно вводили жидкое стекло при постоянной работе смесителя. Затем производили перемешивание в течение еще 2 минут.
Минерализацию пеностскольной композиции тонкодисперсным микрокремнеземом производили при постоянной работе смесителя путем постепенной подачи небольших порции микрокремнезема с целью избежания недопустимого гашения пены. Допустимое гашение пены при наполнении составляет не более 5%, С целью повышения однородности смеси производили ее перемешивание еще в течение одной минуты. Затем при постоянной работе смесителя вводили кремнефтористый натрий її добавку, смесь перемешивали до однородного состояния в течение одной минуты. Приготовленную смесь размещали в формы для изготовления стеновых блоков размером 188x200x588 мм. Для формования использовали резонансную низкочастотную виброударную установку. Формуемость готовой смеси составила 5 сек. Твердение блоков на основе вспененного минерализованного жидкого стекла осуществляли в тепловой камере с электроподогревом при температуре 50 - 60С в течение 18 часов. Для контроля свойств материалов формовали образцы-кубы 100x100x100 мы, которые твердели вместе с блоками в тепловой камере.
