Новые конгломератные строительные силикатные композиты автоклавного твердения с регулируемыми целевыми характеристиками

ветствующим потерям массы для этих составов. Для стекол третьей серии концентрация ионов меди растет с увеличением содержания меди в стекле.

Рис. 3. Выход ионов меди в раствор из стекол I и II серий после кипячения

Рис. 4. Потери массы стекол III серии после кипячения

Рис. 5. Выход ионов фосфора в раствор из стекол Ш серии после кипячения

Таким образом, проведенное исследование процесса деградации медьсодержащих фосфатных стекол в водных средах показало, что увеличение соотношения (CaO+CuO)/P2O5 в их составе приводит к увеличению гидролитической устойчивости данных стекол по отношению к воде. Резкое падение гидролитической устойчивости в области составов с соотношением (CaO+CuO)/P2O5 от 0,8 до 1,0 и последующая стабилизация параметра позволяют делать вывод о том, что медь в структуре данных стекол является модификатором, как и кальций. Также было выявлено, что в отношении данных стекол действует известная по литературным данным закономерность - добавление в их состав оксида алюминия повышает их химическую стойкость. Медьфосфатные стекла являются менее гидролитически устойчивыми, чем кальцийфосфатные (замена в составе стекол оксида кальция на оксид меди снижает их гидролитическую устойчивость).

УДК 666.64 А.В. Мосьпан

Государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, Белгород, Россия

НОВЫЕ КОНГЛОМЕРАТНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИЛИКАТНЫЕ КОМПОЗИТЫ АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ С РЕГУЛИРУЕМЫМИ ЦЕЛЕВЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Sound- and thermalinsulation properties of silicate concrete autoclave hardening investigated over adding to their composition of components with different poral structure - crushed thermal- and soundinsulation foarmglasses.

Исследованы звуко- и теплоизоляционные свойства силикатного бетона автоклавного твердения при введении в его состав компонентов с различной поровой структурой - дробленых тепло- и звукоизоляционных пеностекол.

Действующий в настоящее время уровень энергосберегающих строительных норм для стен жилых и производственных помещений показывает экономическую неприемлемость использования многих традиционных плотных стеновых материалов и требует

as

более широкого применения в ограждающих конструкциях композитов строительного назначения с улучшенными теплофизическими свойствами. Наиболее перспективным представляется использование прочных поризованных компонентов сырьевых силикатных шихт без существенной замены существующего заводского оборудования и изменения действующих технологий получения стеновых материалов.

На кафедре «Строительные материалы, изделия и конструкции» выполнен комплекс исследований по улучшению теплофизических свойств традиционных стеновых материалов путем изменения характеристик их поровой структуры, позволивший существенно улучшить теплоизолирующие свойства стеновых материалов, в частности, силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения. Также изучалась возможность использования отходов местных производств при формировании структуры конгломератных строительных материалов.

В качестве поризующего компонента силикатного ячеистого бетона использовано дробленое блочное теплоизоляционное пеностекло (порообразователи - уголь и сажа), звукоизоляционное пеностекло (порообразователь - мел) и смесь их в различных соотношениях. Фракцию с размером зерен от 3,0 до 20,0 мм получали путем дробления и отсева пеностекла по ТУ 5914-003-02066339-98 "Материалы и изделия строительные теплоизоляционные". Насыпная плотность дробленого теплоизоляционного пеностекла с размером зерен от 3,0 до 20,0 мм составляет 170-200 кг/м3, звукоизоляционного -260-280 кг/м3 в зависимости от пористости. Химический состав пеностекол, мас.%: SiO2 - 71,5-78,4; Al2Oз - 2,1-2,9; Fe2Oз - 0,1-0,4; СаО - 7,5-8,9; MgO - 0,8-2,1; K2O+Na2O - 10,2-15,8; SO3 - 0,2-0,8. Гранулированные пеностекла нами не использовались, т.к. технология их получения предусматривает использование метасиликата натрия, который снижает прочность и ухудшает поровую структуру пеностекольного компонента ячеистого бетона при его автоклавной обработке.

Сырьевая база для производства ячеистых стекол и пеностекла весьма богата и разнообразна: можно применять технический стеклобой и стеклоотходы, отходы добычи, дробления и переработки перлита, трепела, цеолитов, туфов, пластичных глин, отходов обогащения железных руд и их всевозможных комбинаций со стеклом различного химического состава и генезиса, при этом решается часть экологических проблем целых регионов.

При изготовлении силикатного ячеистого бетона были использованы: в качестве известкового компонента - известь негашеная кальциевая по ГОСТ 9179, в качестве

3 «-*

кремнеземистого компонента - аргиллит с плотностью 195 кг/м , химический состав, мас.%: SiO2. - 59,9, Al2Oз - 14,6, Fe2Oз - 4,2, СаО - 8,1, MgO - 2,1, R2О - 1,7, SOз -

0,4, потери при прокаливании - 9,0; в качестве газообразователя - алюминиевая пудра марки ПАП-2 по ГОСТ 2067. Соотношение между кремнеземистым компонентом и известью находится в пределах 2,4-3,6, вода берется в количестве, обеспечивающем оптимальную текучесть. Получаемые из этой сырьевой смеси изделия имеют среднюю плотность 600-650 кг/м и теплопроводность 0,16-0,19 Вт/(мК). Существенное уменьшение плотности и теплопроводности силикатного ячеистого бетона удалось достигнуть благодаря использованию дробленых тепло- и звукоизоляционных пеностекол, при этом теплопроводность снизилась до 0,04 Вт/(м К), коэффициент звукопоглощения при этом увеличивается с 0,51 до 0,68-0,73 [1].

Полученные изделия испытывали на прочность (по ГОСТ 10180), определяли плотность (по ГОСТ 17623), теплопроводность (по ГОСТ 7076) и акустические характеристики (по ГОСТ 23499).

Изучая закономерности порообразования в силикатном ячеистом бетоне в присутствии дробленого пеностекла различной структуры, отмечется высокий уровень

теплозащитных свойств полученных изделий композиционного материала. Зависимость теплопроводности стеновых материалов от условий эксплуатации связана с особенностями процессов тепло- и массообмена, физико-химическими превращениями, происходящими при автоклавировании. Детальный анализ указанных процессов требует уточнения способов описания внутренней структуры, привлечения значительно более сложных уравнений тепло- и массопереноса, особенно при наличии сорбционной влаги в материале. Появляется много дополнительных трудноопределяемых в инженерной практике параметров.

Анализируя полученный экспериментальный материал, был подобран оптимальный гранулометрический состав вводимого при приготовлении сырьевых смесей дробленого пеностекла, условия получения изделий, влажность, а также установлена общая зависимость изменения теплопроводности силикатных ячеистых бетонных изделий от наличия дробленого пеностекла, которую можно выразить упрощенной формулой:

X = X, - пА,

где X - теплопроводность силикатного ячеистого бетона с добавкой дробленого пеностекла, Вт/(мК); Хо - теплопроводность бездобавочного ячеистого бетона, Вт/(мК); А - содержание дробленого пеностекла, мас.%; п - коэффициент, соответствующий снижению теплопроводности силикатного ячеистого бетонного материла при добавлении 1 мас.% дробленого пеностекла, Вт/(м К %). Коэффициент п в большой степени зависит от типа вводимого пеностекла: при использовании теплоизоляционного пеностекла п = 2,5110-3 Вт/(м К %), при использовании звукоизоляционного пеностекла п = 1,25 10-3 Вт/(м К %). При использовании смеси дробленых пеностекол для оценочных расчетов можно применять множитель, учитывающий долю данного типа пеностекла в смеси по массе. Зная теплопроводность выпускаемого силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения на конкретном производстве, с помощью формулы можно с достаточной точностью определить количество добавки дробленого пеностекла, которую нужно ввести для улучшения этой важной характеристики стенового материала до необходимого уровня.

Конгломератные строительные материалы являются разновидностью композитных материалов, состоят из двух и более компонентов, различающихся по своему химическому составу и разделенных выраженной границей, имеют свойства, отличающиеся от свойств составляющих их компонентов [2]. Контактная зона представляет собой третий равноправный производный компонент структуры, требующий своего учета при синтезе и конструировании структуры строительных композитов. Определены основные эксплуатационные свойства полученных материалов с целью регулирования их потребительских и эксплуатационных свойств, при этом особое внимание уделено минералогическим, физико-механическим и др. особенностям контактных зон матричных компонентов.

Процессы автоклавного твердения, происходящие в зонах контакта частиц дробленого теплоизоляционного и звукоизоляционного пеностекол, имеющих пленочно-пористую структуру и чрезвычайно развитую поверхность из-за разрушенных внешних пор, активированную зольными включениями, оставшихся после выгоревшего газообразователя на стадии производства пеностекол, с остальными компонентами сырьевой смеси силикатного ячеистого бетона весьма специфичны. Микроскопический, петрографический и рентгенофазовый методы анализа показывают, что в результате автоклавной обработки сырцовых изделий, содержащих дробленое пеностекло, на границах контакта поверхности пеностекла с активными компонентами шихты регистрируется повышенное содержание хорошо сформированных кристаллов гидросиликатов кальция различной степени основности и ряда других кристаллических образова-

ний, которые сильно увеличивают эффекты тепло- и звукопоглощения в исследованных композиционных материалах. Звуковые и тепловые потоки, проходя по материалу переменной плотности и структуры и, отражаясь от резонирующих полифактурных поверхностей, меняют частоту, амплитуду, снижают свою интенсивность.

Размер дробленых частиц пеностекла выбран исходя из анализа результатов экспериментальных данных: частицы именно такого размера имеют развитую внешнюю поверхность, позволяющую обеспечивать прочное сцепление в силикатных ячеистых бетонах, и ядер с неразрушенными порами, которые являются носителями основных тепло- звукоизоляционных свойств пеностекольного материала. Полученные стеновые материалы имеет следующие преимущества: теплопроводность снижена более чем в 2 раза; коэффициент звукопоглощения при этом увеличивается в 1,2—1,3 раза, прочность при сжатии удовлетворяет требованиям ГОСТа.

Силикатные ячеистые изделия, содержащие в своем составе теплоизоляционное пеностекло, имеют значительно меньшие показатели сорбционной влажности при хранении их в атмосфере, насыщенной водяными парами, что благоприятно сказывается на стабильности их теплоизолирующих характеристик по сравнению с ячеистыми бетонами без добавок дробленого пеностекла. Силикатные изделия с добавками звукоизоляционного и ячеистого пеностекла отличаются повышенной прочностью, на их основе можно получать декоративно-отделочные материалы с уникальными тепло- и звукоизоляционными характеристиками. Разработка представляет интерес для всех регионов России и стран СНГ.

Список литературы

1. Пат. РФ № 2305670 РФ, МПК С04В 38/00. Сырьевая смесь для изготовления силикатного ячеистого бетона автоклавного твердения для строительных изделий и строительное изделие / В.М. Воронцов, Р.В. Лесовик, A.B. Мосьпан и др. № 2006128978/03; Заявлено 09.08.2006. Опубл. 10.09.2007. Бюл. № 25, Приоритет 09.08.2006. - 5с.

2. Чернышов, Е.М. Разрушение конгломератных строительных материалов: концепции, механизмы, принципы и закономерности управления/ Е.М.Чернышов, A.H Макеев //Строительные материалы. - 2007. - № 9. - С.63-65.

УДК 666.293.762

A.C Лысенков,* Ю.Ф. Каргин,* A.H Захаров,** С.М. Колесникова,** НА. Попова,** И.П. Боровинская,*** В.В. Закоржевский***

* Институт металлургии и материаловедения им. A.A. Байкова РAН, Москва, Россия

** Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия

*** Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РAН, Черноголовка, Россия

СПЕКАНИЕ КЕРАМИКИ ИЗ НИТРИДА КРЕМНИЯ В РЕЖИМЕ СВС

Sintering of Silicon Nitride during Self-Propagating High-Temperature Synthesis are studied. The starting mixture contained Silicon Nitride and Silicon powder with oxide additives. The green samples are obtained by pressing and paraffin casting. Data of microscope study, mechanical and other properties of sintering samples are presented. Results of repeat sintering are compared with previous sintering.

Изучали спекание нитрида кремния в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Исходная смесь содержала порошки нитрида кремния, кремния и добавки оксидов. Образцы формовали методами прессования и парафинового литья. Приведены данные микроскопии, механические и иные свойства спеченных образцов. Проведено сравнение результатов первого и повторного спеканий.