Зернистый теплоизоляционный материал на основе высокомодульной жидкостекольной композиции из микрокремнезема
На правах рукописи
СВЕРГУНОВА НАТАЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА
ЗЕРНИСТЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ
ВЫСОКОМОДУЛЬНОЙ ЖИДКОСТЕКОЛЬНОЙ КОМПОЗИЦИИ ИЗ МИКРОКРЕМНЕЗЕМА
05.23.05 – Строительные материалы и изделия
АВТОРЕФЕРАТ
Диссертации на соискание ученой степени кандидата
технических наук
Томск - 2007
Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Братский государственный университет»
Научный руководитель доктор технических наук, профессор
Кудяков Александр Иванович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Верещагин Владимир Иванович
кандидат технических наук,
Майдуров Владимир Анатольевич
Ведущая организация Новосибирский государственный
архитектурно-строительный
университет
Защита состоится 30 марта 2007 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.265.01 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2, корп. 5, ауд. 307.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета.
Автореферат разослан «___» __________ 2007 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Скрипникова Н.К.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В производстве строительных материалов потребляется значительное количество природных минеральных ресурсов, на переработку которых требуется большое количество энергоресурсов. В связи с постоянным повышением стоимости энергоресурсов актуальным является снижение энергозатрат как в производстве эффективных строительных материалов, так и при эксплуатации зданий. Уменьшение теплопотерь в зданиях обеспечивается за счет использования новых эффективных, в том числе и зернистых, теплоизоляционных материалов на основе отходов промышленности. Использование отходов промышленности позволяет расширить сырьевую базу для производства новых теплоизоляционных строительных материалов и решить проблемы экологической безопасности.
В связи с высокой концентрацией промышленных предприятий в г. Братске возникают проблемы с утилизацией значительного количества отходов. Особое внимание заслуживает микрокремнезем, отход производства кристаллического кремния ООО «Братский завод ферросплавов», ежегодный выход которого составляет 14-18 тыс. тонн.
Сотрудниками кафедр «СМиТ» Братского государственного и Томского государственного архитектурно-строительного университетов установлено, что на основе микрокремнезема может быть получено жидкое стекло, пригодное для изготовления различных эффективных строительных материалов, в том числе и теплоизоляционных.
Составы и технологические приемы получения зернистого теплоизоляционного материала на основе жидкостекольной композиции из микрокремнезема не изучены, что затрудняет организацию его производства. Проведение исследований по получению теплоизоляционного материала на основе жидкостекольной композиции из микрокремнезема является актуальным.
Диссертационная работа выполнялась в рамках госбюджетных тем 67.15.55 и 67.09.55 научного направления «Разработка композиционных строительных материалов с заданными свойствами и технологией их изготовления путем комплексного использования местных сырьевых ресурсов», подраздел «Исследование местных сырьевых ресурсов для получения эффективных строительных материалов».
Объект исследований. Жидкостекольные поризованные гранулы.
Предмет исследования. Процесс формирования зернистого теплоизоляционного материала на основе высокомодульной жидкостекольной композиции из микрокремнезема.
Цель диссертационной работы. Разработка зернистого теплоизоляционного материала на основе высокомодульной жидкостекольной композиции из микрокремнезема и научно обоснованных технологических приемов его производства.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:
- Обосновать выбор местного техногенного сырья для изготовления зернистого теплоизоляционного материала.
- Исследовать влияние состава и технологии получения высокомодульной жидкостекольной композиции на свойства зернистого теплоизоляционного материала.
- Исследовать влияние режимов тепловой обработки отформованных гранул на свойства теплоизоляционного материала.
- Провести физико-химические исследования, с целью изучения фазовых изменений в процессе структурообразования гранул на основе высокомодульной жидкостекольной композиции из микрокремнезема.
- Разработать технические условия на зернистый теплоизоляционный материал на основе высокомодульной жидкостекольной композиции, технологический регламент его производства и провести опытно-промышленные испытания.
Методы исследований. В работе использовались стандартные методы и методики исследований материалов, планирование эксперимента, методы рентгенофазового, дифференциально-термического и ИК-спектрального анализов.
Научная новизна:
1 Установлено, что при повышении силикатного модуля жидкостекольной композиции до 5 и средней плотности до 1,4 г/см3 обеспечивается получение минимальной средней плотности гранул, что позволило получить зернистый теплоизоляционный материал с насыпной плотностью 70-120 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности 0,05-0,07 Вт/(м·0С).
2 Установлено, что максимальное вспучивание гранул происходит при концентрации щелочного раствора жидкостекольной композиции 16,8-17,4% и двухступенчатой термообработке отформованного теплоизоляционного материала при температуре 1000С (10 мин) и 4000С (10 мин).
3 Установлено, что при температуре тепловой обработки жидкостекольной композиции равной 950С и сокращении длительности тепловой обработки на 50-100% наблюдается неполное взаимодействие микрокремнезема с щелочью, создаются равномерно распределенные центры кристаллизации, что позволило повысить скорость структурообразования гранул теплоизоляционного материала и достигнуть прочности на сжатие 0,65 МПа.
Практическая значимость работы:
- Разработаны составы смесей и получен зернистый теплоизоляционный материал на основе высокомодульной жидкостекольной композиции, с насыпной плотностью от 70 до 120 кг/м3, прочностью при сжатии от 0,5 до 1 МПа, водопоглощением по объему 7%.
- Разработаны технология и технологический регламент получения зернистого теплоизоляционного материала.
- Разработаны технические условия, позволяющие использовать зернистый теплоизоляционный материал для повышения теплозащиты ограждающих конструкций (ТУ 5712-018-02069295-2003 «Материалы теплоизоляционные зернистые на основе жидкого стекла из микрокремнезема»).
- Проведена промышленная апробация разработанных рекомендаций по получению зернистого теплоизоляционного материала на основе высокомодульной жидкостекольной композиции из микрокремнезема и показавшая эффективность применения.
Достоверность результатов работы обеспечена использованием аттестованных средств измерений и методов математической статистики, а полученные выводы и рекомендации подтверждены сходимостью экспериментальных результатов и опытно-промышленными испытаниями.
На защиту выносятся:
- результаты исследований влияния состава и параметров изготовления высокомодульной жидкостекольной композиции на свойства зернистого теплоизоляционного материала;
- результаты исследований параметров тепловой обработки зернистого теплоизоляционного материала;
- результаты физико-химических исследований структурообразования зернистого материала;
- результаты исследований физико-механических свойств зернистого теплоизоляционного материала;
- результаты опытно-промышленных испытаний разработанных составов и технологических приемов по изготовлению зернистого теплоизоляционного материала.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались: на XXII научно-технической конференции БрГТУ (г. Братск 2001 г.); на втором международном научно-техническом семинаре ТГАСУ «Нетрадиционные технологии в строительстве» (г. Томск 2001 г.); на третьей Всероссийской конференции Чувашского государственного университета «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкций» (г. Чебоксары 2001 г.); на седьмой Всероссийской научно-технической конференции КГАЦМиЗ «Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика» (г. Красноярск 2001 г.); на международных научно-технических конференциях ПГАСА «Композиционные строительные материалы. Теория и практика», «Актуальные проблемы современного строительства» (г. Пенза 2002 г., 2005 г.); на десятых академических чтениях РААСН КГАСУ «Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения» (г. Казань 2006 г.).
Публикации. Основное содержание работы и ее результаты опубликованы в 10 печатных работах, в том числе две статьи в журнале, входящем в перечень ВАК, и приведены в описании двух полученных патентов.
Диссертационная работа выполнялась с 2000 по 2006 г. Экспериментальные исследования проводились автором в лабораториях Братского государственного и Томского государственного архитектурно-строительного университетов.
Автор выражает признательность к.т.н. доценту Т.Н. Радиной, профессору, к.т.н. А.А. Зиновьеву за оказанную помощь, ценные советы и консультации при выполнении работы.
Структура и объем работы:
Диссертационная работа изложена на 144 страницах основного текста, содержит 36 рисунков, 27 таблиц; состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка используемой литературы, содержащего 127 источников, 9 приложений на 45 страницах. Общий объем работы 189 страниц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы.
В первой главе приводятся современные представления о получении зернистых теплоизоляционных материалов.
Распространенность сырьевой базы, простота технологии производства, не значительные капиталовложения и энергозатраты способствуют высокой экономической эффективности производства зернистых теплоизоляционных материалов на основе вспученного жидкого стекла. Технология получения пористых стекловидных материалов из гидратированного растворимого стекла путем его нагревания изучена и не представляет особых трудностей. Такие материалы при очень высокой пористости имеют низкую плотность, малую теплопроводность и водостойкость.
Для повышения водостойкости и прочности гранул на основе жидкого стекла вводят химические добавки. Однако, применение различных добавок связано с удорожанием продукции и усложнением технологии его производства. По данным В.И. Корнеева и В.В. Данилова при увеличении силикатного модуля жидкого стекла повышается водостойкость материала, изготовленного на его основе. Таким образом, целесообразно рассмотреть возможность повышения водостойкости и улучшения других характеристик зернистого теплоизоляционного материла на основе жидкостекольной композиции путем повышения ее силикатного модуля.
Исследованию свойств жидких стекол и изделий, полученных на их основе, посвящены работы многих специалистов: П.Н. Григорьева, М.А. Матвеева, В.И. Корнеева, В.В. Данилова, А.И. Жилина, И.В. Рыжкова, В.С. Толстого и многих других. Основным способом производства жидкого стекла является автоклавное растворение в воде щелочно-силикатных твердых стекол (растворимого стекла – силикат-глыбы). Недостатками при получении такого жидкого стекла является дефицит качественных природных минеральных ресурсов, сложность технологии, высокие энергозатраты, что экономически неэффективно.
Эффективным способом получения жидкого стекла является прямое растворение кремнеземсодержащих компонентов в едких щелочах, с получением требуемых щелочносиликатных растворов в один этап на одном технологическом переделе. К достоинствам этого способа производства можно отнести простоту технологического решения, низкую температуру растворения кремнеземсодержащего компонента, возможность получения жидких стекол с повышенным значением силикатного модуля.
Сотрудниками кафедры «СМиТ» Братского государственного университета установлена возможность получения жидкого стекла из микрокремнезема ООО «Братский завод ферросплавов» по «мокрому способу». Высокая дисперсность микрокремнезема и повышенная его реакционная способность при взаимодействии со щелочными растворами позволяет получить в одну стадию жидкое стекло с силикатным модулем от 1 до 7 и плотностью от 1,1 до 1,5 г/см3.
Во второй главе приведены характеристики используемых в работе материалов, методы и методики исследования полученного материала.
Для получения высокомодульной жидкостекольной композиции использовались следующие компоненты: микрокремнезем, едкий натр и вода.
Синтез жидкостекольной композиции осуществлялся в стационарном лабораторном аппарат – нагревателе при атмосферном давлении и температуре 95°С в течение 10-20 мин. Время синтеза варьировалось в зависимости от силикатного модуля жидкостекольной композиции.
В третьей главе изучено влияние состава и технологических параметров получения высокомодульной жидкостекольной композиции на свойства зернистого теплоизоляционного материала.
Анализ результатов исследования по изучению свойств гранул, полученных на основе высокомодульных жидкостекольных композиций с силикатным модулем от 3 до 5, показал, что с увеличением силикатного модуля повышается прочность материала, что обусловлено снижением содержания щелочи в составе композиции. Минимальные значения водопоглощения и водонасыщения гранул установлены при использовании жидкостекольной композиции с силикатным модулем 5, что свидетельствует об образовании водостойких новообразований (рис. 1).
Рис 1 Зависимость водопоглощения и водонасыщения гранул от силикатного модуля жидкостекольной композиции
водопоглощение по объему, водонасыщение по объему
Повышение водостойкости гранул наблюдается также с увеличением плотности жидкостекольной композиции с 1,3 до 1,4 г/см3.
В процессе исследований было установлено, что конечные свойства теплоизоляционного материала в значительной мере зависят от технологических параметров получения высокомодульной жидкостекольной композиции.
Для изучения влияния концентрации щелочного раствора жидкостекольной композиции на свойства зернистого теплоизоляционного материала использовалась высокомодульная жидкостекольная композиция с силикатным модулем 5 и плотностью 1,4 г/см3, полученная при температуре 95°С.
Результаты исследований показывают (таблица 1), что с увеличением концентрации щелочного раствора жидкостекольной композиции от 16,8% до 18,2% насыпная плотность гранул повышается, коэффициент вспучивания и общая пористость снижается. Наименьшее снижение значений коэффициента вспучивания наблюдается при щелочности раствора жидкостекольной композиции в интервале 16,8-17,4%, что и принято оптимальным для дальнейших исследований. В выбранном интервале щелочности раствора жидкостекольной композиции обеспечивается получение зернистого теплоизоляционного материала с насыпной плотностью от 100 до 108 кг/м3 и общей пористости от 87,1 до 89,1%.
Таблица 1
Свойства гранул на основе высокомодульной жидкостекольной композиции с различной щелочностью исходного раствора
| Свойства материала | Концентрация щелочного раствора / жидкотвердое отношение (Ж/Т) | |||||||||
| 16,82/ 0,94 | 16,97/ 0,93 | 17,12/ 0,92 | 17,27/ 0,91 | 17,43/ 0,9 | 17,60/ 0,89 | 17,76/ 0,88 | 17,93/ 0,87 | 18,10/ 0,86 | 18,27/ 0,85 | |
| Насыпная плотность, кг/м3 | 100,0 | 102,0 | 105,3 | 106,7 | 108,5 | 110,2 | 116,4 | 117,0 | 116,7 | 118,2 |
| Общая пористость, % | 89,1 | 88,5 | 88,0 | 87,9 | 87,1 | 86,9 | 86,6 | 86,1 | 85,6 | 87,0 |
| Коэффициент вспучивания | 3,30 | 3,28 | 3,27 | 3,25 | 3,25 | 3,19 | 3,16 | 3,1 | 2,9 | 2,7 |
При снижении концентрации щелочного раствора в жидкостекольной суспензии слой частично или полностью гидратированного кремнезема растет, что повышает диффузионное сопротивление и скорость растворения его падает.
Исследованиями установлено, что с повышением силикатного модуля жидкостекольной композиции с 3 до 5 целесообразно снижение продолжительности тепловой обработки жидкостекольной композиции при получении жидкого стекла с 20 до 10 мин. При сокращении длительности тепловой обработки жидкостекольной композиции на 50-100% наблюдается неполное взаимодействие микрокремнезема с щелочью, что способствует созданию равномерно распределенных центров кристаллизации и повышению скорости структурообразования и прочности гранул на сжатие. Снижению времени тепловой обработки высокомодульной жидкостекольной способствует изменение соотношения твердой и жидкой фаз в сторону повышения доли микрокремнезема в суспензии, увеличение поверхности контакта между ними.
Ранее на кафедре «СМиТ» Братского государственного университета В.В. Шаровой было установлено, что жидкое стекло на основе микрокремнезема отличается от промышленного жидкого стекла из силикат-глыбы наличием нерастворимых кристаллических примесей – высокодисперсных С и SiC. Указанные примеси могут оказывать влияние на закономерности структурообразования и свойства зернистого теплоизоляционного материала, изготовленного на основе такого жидкого стекла. Анализ полученных данных по изменению свойств зернистого теплоизоляционного материала, полученного из жидкостекольной композиции на основе прокаленного микрокремнезема, показал (таблица 2), что удаление углеродистых примесей прокаливанием микрокремнезема приводит к существенному уменьшению коэффициента вспучивания и увеличению насыпной плотности гранул.
Таблица 2
Влияние прокаливания микрокремнезема на свойства зернистого материала
| Свойства материала | Не прокаленный микрокремнезем | Микрокремнезем прокаленный, мин. | ||
| 30 | 60 | 90 | ||
| Коэффициент вспучивания | 2,8 | 2,7 | 2,5 | 2,3 |
| Насыпная плотность, кг/м3 | 118 | 125 | 201,2 | 240 |
| Водопоглощение по объему, % | 7,7 | 8,5 | 11,1 | 15,1 |
С целью оптимизации состава зернистого теплоизоляционного материала при проведении исследований был использован метод математического планирования эксперимента. В качестве варьируемых факторов рассматривались Ж/Т отношение и температура тепловой обработки получаемых гранул. В качестве результативных рассматривались коэффициент вспучивания гранул, плотность, пористость, водопоглощение по объему. Анализ полученных математических моделей позволил провести комплексную оценку свойств гранул теплоизоляционного материала. Было установлено, что лучшей совокупностью свойств (Побщ.=90,7%, pнас.= 100 кг/м3, Wоб.=6,87%, Квсп.=3,4) характеризуется материал, полученный при Ж/Т отношении исходной жидкостекольной композиции 0,94 и при температуре термообработки гранул 400С.
В четвертой главе приведены результаты исследования режима тепловой обработки теплоизоляционного материала на основе высокомодульной жидкостекольной композиции, проведено физико-химическое исследование полученного материала.
Процессы, происходящие в период нарастания прочности гранул, оказывают существенное влияние на свойства теплоизоляционного материала, т.к. в это время формируется основа будущей структуры.
Исследования проведены применительно к двум схемам подготовки сырьевых гранул перед их тепловой обработкой: формование и выдержка перед тепловой обработкой; формование и тепловая обработка без выдержки гранул.
Результаты исследований влияния времени выдержки гранул до тепловой обработки на свойства зернистого материала показали, что после хранения гранул в течение двух суток до термообработки увеличивается их насыпная плотность с 101 до 129,8 кг/м3 и снижается коэффициент вспучивания гранул. Это можно объяснить тем, что во время хранения образцов на их поверхности образуется затвердевший слой, который препятствует вспучиванию гранул (рис.2).
Рис. 2 Вспучиваемость гранул при различных способах их подготовки и продолжительности времени тепловой обработки
1 – гранулы, вспученные сразу после формования;
2 - гранулы, вспученные через два дня после формования.
Для предотвращения слипания гранул при хранении и транспортировании (вариант вспучивания гранул у заказчика) предложено: использовать обсыпку гранул дисперсным материалом на стадии формования (грануляции); подсушивать гранулы при невысоких температурах до образования корочки. При использовании обсыпки происходит увеличение плотности гранул и насыпной плотности теплоизоляционного материала.
Для повышения качества зернистых теплоизоляционных материалов на основе обводненных минеральных смесей С.П. Онацкий предложил использовать ступенчатый режим термообработки с постепенным нагревом сырцовых гранул (в зависимости от особенностей сырья) и последующим быстрым нагревом до температуры вспучивания, что и было принято для дальнейшего совершенствования технологии получения зернистого материала на основе жидкостекольной композиции из микрокремнезема.
С использованием планирования эксперимента были изучены различные режимы выдержки при температурах 60, 80 и 100С первой ступени термообработки гранул с последующей тепловой обработкой при температуре 400С, являющейся максимальной по проведенным ранее исследованиям. Сравнительный анализ оптимального двухступенчатого режима (100С в течение 10 мин, затем 400С в течение 10 мин) и традиционного способа термообработки (400С - 20 мин) материала показал, что двухступенчатый подъем температуры при тепловой обработке гранул позволяет повысить коэффициент их вспучивания до 3,7, уменьшить водопоглощение по объему до 6,78%, при общей пористости 90,5% уменьшить количество открытых пор, повысить прочностные характеристики материала до 0,8 МПа.
Показатели качества различных фракций зернистого теплоизоляционного материала на основе высокомодульной жидкостекольной композиции из микрокремнезема представлены в таблице 3.
Таблица 3
Показатели качества зернистого теплоизоляционного
материала
| Наименование показателя | Диаметр гранул, мм | ||
| 5-10 | 10-20 | 20-40 | |
| Насыпная плотность, кг/м3 | 100-120 | 80-100 | 70-80 |
| Водопоглощение по объему, %, не более | 7 | 7 | 7 |
| Прочность при сжатии, МПа | 1,0 | 0,8 | 0,5 |
Результаты проведенных физико-химических исследований зернистого теплоизоляционного материала на основе высокомодульной жидкостекольной композиции из микрокремнезема позволили объяснить механизм его структурообразования.
Данные рентгенофазовых исследований зернистого теплоизоляционного материала и исходных компонентов указывают на увеличение кристаллической составляющей при твердении материала. Большинство продуктов, образующихся в составе материала, представлены аморфной фазой. Кристалличекая фаза представлена кварцем. Тепловая обработка гранул при температуре 400 С позволяет интенсифицировать процесс образования кристаллической фазы с образованием кристобалита и кварца.
На дериватограммах теплоизоляционного материала выявлены эндотермические эффекты в области температур от 70 до 150 С, что соответствуют удалению кристаллической воды, по всей вероятности, из основного минерала гранул - гидросиликатов натрия. Процесс удаления воды происходит ступенчато, что объясняется наличием в материале гидросиликатов натрия с различным количеством связанной воды. Что подтверждает эффективность применения двухступенчатого режима термообработки.
Анализ ИК-спектров материала позволил отметить смещение полосы поглощения 500 см-1 в сторону уменьшения волнового числа в области до 1750 см-1. Полоса поглощения в области 1096 см-1 относится к колебаниям силоксановой связи Si-O. В ИК-спектре образца отмечается очень сильная полоса поглощения в этой области спектра, однако, происходит ее смещение в область низких частот 1085 см–1. Очевидно, при твердении образцов вспученного зернистого материала на основе высокомодульной жидкостекольной композиции имеет место образованием полимерных соединений линейной структуры, что способствует повышению водостойкости и прочности гранул.
В пятой главе изложены предложенные технологические схемы производства теплоизоляционного материала. На базе полученных результатов исследований разработаны технические условия на зернистый теплоизоляционный материал на основе высокомодульной жидкостекольной композиции из микрокремнезема (ТУ 5712-018-02069295-2003), технологический регламент на производство теплоизоляционного зернистого материала. Предложены технологические схемы с хранением и без хранения сырцовых гранул перед тепловой обработкой.
Промышленная апробация разработанного материала в ООО «Экомат» и ИЦ «Братскстройэксперт» подтвердили достоверность полученных научных результатов и рекомендации по получению зернистого теплоизоляционного материала на основе высокомодульной жидкостекольной композиции из микрокремнезема, а также возможность его использования в качестве сыпучего материала для ограждающих конструкций зданий и сооружений в соответствии с разработанными техническими условиями.
Технико-экономическая эффективность использования зернистого теплоизоляционного материала показана в таблице 4.
Технико-экономический эффект достигается от использования микрокремнезема (отхода промышленности) в качестве основного сырья и применения энергосберегающей технологии изготовления зернистого теплоизоляционного материала.
Жидкостекольную композицию получают прямым растворением микрокремнезема в щелочной среде при температуре 95С и атмосферном давлении в течение 10 мин, взамен ранее существующей технологии, при которой жидкое стекло получают в течение 20-60 мин.
Полученные данные показывают, что при использовании высокомодульной жидкостекольной композиции в производстве зернистого материала в 2 раза снижается концентрация щелочного раствора, что позволяет уменьшить расход дефицитного и дорогостоящего едкого натра. В 1,5 раза уменьшается время варки жидкостекольной композиции. В 2 раза увеличивается доля микрокремнезема в суспензии, что способствует более полному использованию отхода промышленности и улучшению экологического состояния окружающей среды в г. Братске.
| Таблица 4 Сравнительные характеристики теплоизоляционных материалов | Керамзитовый гравий | 0,3-0,6 | 200-1000 | 24-45 | 0,09-0,1 | 600-1200 | Тепло- и звукоизоляционные засыпки в строительной конструкции |
| Вермикулит | 0,1-0,3 | 80-300 | 90 | 0,07-0,1 | 700-800 | Теплоизоляцион-ные засыпки в конструкциях, заполнитель для бетонов | |
| Бисипор / Силипор | 0,1-0,4 | 40-200 | 18-60 | 0,028-0,065 | 400-600 | Теплоизоляцион-ные засыпки, для изготовления тепло-изоляционных материалов | |
| Зернистый теплоизоляционный материал на основе высокомодульной жидкостекольной композиции | 0,5-1,0 | 70-120 | 7,0 | 0,059-0,07 | 300-400 | Сыпучий теплоизоляционный материал для ограждающих конструкций зданий | |
| Характеристики материалов | Прочность, МПа | Плотность, кг/м3 | Водопоглощение по объему, % | Теплопроводность, Вт/(мС) | Температура вспучивания, С | Область применения |
При тепловой обработки материала значительно снижается потребление электроэнергии, т.к. процесс подсушивания происходит при температуре 100°С в течение 10 мин, а вспучивание материала осуществляется при температуре 400С в течение 10 мин.
Расход материальных затрат, необходимых на производство 1 м3 зернистого теплоизоляционного материала с плотностью 100 кг/м3 составляет 446 руб.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
- При увеличении силикатного модуля жидкостекольной композиции повышается прочность гранул на сжатие и водостойкость. Получение минимальной средней плотности гранул обеспечивается при силикатном модуле жидкостекольной композиции равном 5 и средней плотности 1,4 г/см3. Получен теплоизоляционный материал с насыпной плотностью 70-120 г/см3 и коэффициентом теплопроводности 0,05-0,07 Вт/(м·0С).
- Максимальное вспучивание гранул из высокомодульной жидкостекольной композиции происходит при концентрации щелочного раствора 16,8-17,4%, что позволяет получить теплоизоляционный материал диаметром 10-20 мм со следующими физико-механическими свойствами: насыпной плотностью 100-108 кг/м3, общей пористостью 87-89%, водопоглощением по объему 6,9-7%.
- При температуре тепловой обработки жидкостекольной композиции равной 950С и сокращении длительности тепловой обработки на 50-100% наблюдается неполное взаимодействие микрокремнезема с щелочью, создаются равномерно распределенные центры кристаллизации в объеме гранул. Это позволяет увеличить скорость структурообразования гранул теплоизоляционного материала и повысить их прочность на сжатие.
- Наибольшая интенсивность вспучивания зернистого теплоизоляционного материала (3,7) и формирование прочности гранул (0,8 МПа) обеспечивается при осуществлении тепловой обработки с плавным подъемом температуры, а именно двухступенчатом режиме термообработки гранул (100С в течение 10 мин, вспучивание 400С в течение 10 мин).
- Разработаны технологические схемы производства зернистого теплоизоляционного материала на основе высокомодульной жидкостекольной композиции из микрокремнезема и технологический регламент, позволяющие получать теплоизоляционный материал с насыпной плотностью от 70 до 120 кг/м3 и теплопроводностью от 0,05 до 0,07 Вт/(м·С).
- Зернистый теплоизоляционный материал, разработанный на основе высокомодульной жидкостекольной композиции, рекомендован для использования в качестве засыпного материала в ограждающих конструкциях зданий и сооружений по ТУ 5712-018-02069295-2003.
- Опытно-промышленные испытания, проведенные в ООО «Экомат» и в ИЦ «Братскстройэксперт», подтвердили основные выводы и рекомендации диссертационной работы, показали высокую технико-экономическую эффективность производства и использования разработанного теплоизоляционного материала в строительстве.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
- Радина Т.Н. Эффективный гранулированный теплоизоляционный материал на основе жидкого стекла из микрокремнезема / Т.Н. Радина, Н.А. Курмашева, И.С Рубайло, Н.И. Павленко // Нетрадиционные технологии в строительстве: Материалы второго международного научно-технического семинара. Томск: Изд-во Томского архитектурно-строительного университета, 2001. - с. 472-476.
- Радина Т.Н. Теплоизоляционные материалы на основе высокомодульного жидкого стекла из микрокремнезема / Т.Н. Радина, Н.А. Курмашева // Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкций: Материалы Третьей Всероссийской конференции. Ч. 2. – Чебоксары: Чувашский университет, 2001. – с. 299-300.
- Радина Т.Н. Исследование свойств вспученных материалов на основе жидкого стекла из микрокремнезема / Т.Н. Радина, Н.А. Курмашева // Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика: сборник научных трудов, под общ. ред. Стацуры В.В. – Красноярск: ГАЗМиЗ, 2001. – с. 89.
- Кичанова Т.Г. Гранулированный утеплитель из местного техногенного сырья / Т.Г. Кичанова, Т.А. Еремина, Н.А. Курмашева, Т.Н. Радина // XXII научно-техническая конференция БрГТУ. – Братск, 2001. – 280 с.
- Кудяков А.И. Технология получения легкого зернистого материала на основе микрокремнезема / А.И. Кудяков, Т.Н. Радина, Н.А. Свергунова // Строительные материалы. - 2002. - № 10. – с. 34.
- Радина Т.Н. Технология получения зернистого теплоизоляционного материала с использованием техногенного сырья / Т.Н. Радина, Н.А. Свергунова, М.Ю. Иванов, М.А. Кузнецова, Е.А. Дмитриева // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: Сборник научных трудов Международной научно-технической конференции. – Пенза: ПГАСА, 2002. – с. 296-298.
- Радина Т.Н. Влияние режима термообработки на свойства зернистого материала / Т.Н. Радина, Н.А. Свергунова // Актуальные проблемы современного строительства: Тезисы докладов международной научно-технической конференции. Часть 1. - Пенза: ПГУАС, 2005. – с. 191.
- Свергунова Н.А. Зернистый теплоизоляционный материал на основе высокомодульного жидкого стекла из микрокремнезема // Новые энерго- и ресурсосберегающие наукоемкие технологии в производстве строительных материалов: сборник статей Международной научно-технической конференции. – Пенза, 2005. – с. 162-164.
- Свергунова Н.А. Технология получения зернистого теплоизоляционного материала с использованием техногенного сырья - микрокремнезема // Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения. Десятые академические чтения РААСН. Изд-во Казанского государственного архитектурно-строительного университета. – Казань, 2006. – с. 556.
- Кудяков А.И. Зернистый пористый материал из микрокремнезема / А.И. Кудяков, Н.А. Свергунова // Строительные материалы. - 2006. - № 6. – с. 86.
- Патент РФ № 2234474. МКИ С 04 В 20/00. Способ получения высокомодульного жидкого стекла / Т.Н. Радина, Н.А. Свергунова, И.С. Рубайло, М.Ю.Иванов. – Опубл. БИ. –2004. - № 23.
- Патент РФ № 2238242. МКИ С 01 В 33/32. Способ получения высокомодульного жидкого стекла / Т.Н. Радина, Н.А. Свергунова. – Опубл. БИ. –2004. - № 29.
