Ячеистое стекло

Характеристики и применение

1. Следует отметить, что у газосиликатных блоков структура ячеек открытая (из-за чего они легко "впитывают" воду), а у пенобетона структура ячеек закрытая (водопоглощение у пенобетона значительно ниже).

2. Пенобетонные блоки изготавливаются из экологически безопасного природного сырья - смеси вяжущего (цемент), песка, пенообразователя и воды путем формования массы с последующим естественным твердением.

3. Пенобетонные блоки соответствуют требованиям ТУ 5741-013-00284753-93 "Блоки стеновые пенобетонные. Технические условия".

4. Пенобетонные блоки плотностью 500-600 кг/м³ рекомендуется применять для кладки несущих наружных и внутренних стен и перегородок зданий высотой до 3-х этажей, но не более 12 м.

5. Этажность зданий, в которых применяются стеновые блоки из ячеистого бетона для заполнения каркасов или ненесущих (навесных) стен, не ограничивается.

Стены из пенобетонных блоков по типу кладки могут быть однослойные, двуслойные и трехслойные (с облицовкой); при кладке стен толщиной в один блок рекомендуется цепная перевязка; кладка наружных стен производится по цоколю здания, выполненному из морозостойких и влагостойких материалов. При этом высота цоколя должна быть не менее 500 мм от уровня грунта, стены должны быть гидроизолированы в местах их примыкания к цоколю, полу первого этажа и к подвалу; глубина опирания междуэтажных железобетонных плит перекрытия на стены из пенобетонных блоков должна быть не менее 100 мм, однако рекомендуется осуществлять опирание через ряд кирпича, уложенный плашмя на растворе; торец железобетонной плиты перекрытия должен быть утеплен эффективным утеплителем.

Свойства пенобетона:

- плотность 400 - 1200 кг/м³,

- теплопроводность 0,1-0,38Вт/м^oС,,

- морозостойкость более 25 циклов,

- предел прочности при сжатии 0,7-7,5МПа,

- водопоглощение 10-14%.

В зависимости от вида используемого исходного сырья различают 2 вида ячеистого стекла:

1. Пеностекло, получаемое различными способами с использованием в качестве основного исходного компонента твердого тонкоизмельченного стекла в составе специально приготовленной шихты.

2. Поризованные изделия на основе жидкого стекла, получаемые с использованием жидкого натриевого стекла, тонкомолотых наполнителей и специальных добавок.

Пеностекло – это пористый легкий материал с ячейками, разделенными тонкими перегородками.

В 1939 году Китайгородский и Бутт разработали способ промышленного производства пеностекла с использованием в качестве сырья стекольного боя.

Пеностекло легко поддается механической обработке: пилится, сверлится, шлифуется, в него можно забивать гвозди. Оно обладает высокой биостойкостью. Средняя плотность - 150-800 кг/м³ и зависит от вида газообразователя, продолжительности вспучивания, температуры, степени измельчения порошкообразных газообразователя и стекла.

Пеностекло характеризуется повышенной прочностью и коэффициентом конструктивного качества по сравнению с другими ячеистыми материалами, что объясняется высокой прочностью стекловидной фазы.

Соотношение между прочностью пеностекла и его средней плотностью может быть выражено зависимостью

R_сж=0,2S₀-20, S₀-средняя плотность пеностекла, кг/м³,

R_сж-прочность при сжатии.

Пористость составляет 80-95% общего объема пеностекла. Характер пор закрытый, за исключением звукоизолирующего и фильтрующего пеностекла, у которого преобладают сообщающиеся поры.

Размер микропор, составляющих ячеистую структуру пеностекла, составляет 0,1-3мм.

Для всех видов пеностекла уменьшение размера пор влечет за собой улучшение их качественно-эксплутационных характеристик.

Характер пористости зависит от типа газообразователя и химического состава стекла. При использовании стекол с низкой температурой кристаллизации в материале преобладают сообщающиеся поры.

Материал характеризуется невысоким водопоглощением (1-10% по объему) при закрытой пористости. В этом случае вода адсорбируется лишь в поверхностных разрушенных ячейках пеностекла. При сообщающейся пористости водопоглощение гораздо выше (70-80% по объему). Гигроскопичность пеностекла исчисляется долями процента по объему.

Пеностекло имеет невысокую теплопроводность (0,055-0,085 Вт/мград), что обеспечивается высокой степенью поризованности, малыми размерами пор и стеклообразным состоянием каркаса.

Коэффициент звукопоглощения для пеностекла с сообщающейся пористостью равен 0,5-0,65, что отвечает требованиям нормативных документов к акустическим материалам.

Морозостойкость достаточно высока при условии защиты поверхности пеностекла от увлажнения. В противном случае материал разрушается по поверхности при попадании и замерзании влаги в поверхностных открытых порах.

Термостойкость пеностекла высокая вплоть до температуры размягчения, используемого для производства стекла.

Материал негорюч, предел температуры использования у обычных промышленных стекол составляет 400-500⁰С, бесщелочных до 600⁰С, высококремнеземистых до 1000⁰С.

Существует несколько способов получения ячеистой структуры пеностекла:

1. Холодный – получение при обычной температуре пеностекольной «сырой» массы, включающей молотое стекло и пенообразователь с последующей фиксацией структуры спеканием частиц стекла при высокой температуре.

2. Введением в состав шихты веществ, образующих при варке стекла обильную пену.

3. Использование вакуума для вспучивания размягченного стекла.

4. Порошковый – спекание порошкообразной смеси с газообразователем.

Наибольшее распространение получил порошковый способ, позволяющий регулировать физико-механические свойства пеностекла в широких пределах за счет изменения вида газообразователя, химического состава стекла, температурного режима обработки. Промышленность производит по этому способу несколько видов пеностекла: монтажное строительно-изоляционное, звукоизолирующее фильтрующее, специальное температуростойкое.

Физико-химические основы производства пеностекла порошковым способом.

Сущность способа заключается в следующем: формы, заполненные шихтой, содержащей тонкомолотые стекло и газообразователь (0,5-3% по массе), нагревают до температуры вспенивания и охлаждают.

Размягчение и спекание частиц стекла начинается при 600⁰С. Дальнейший подъем температуры снижает вязкость стекла, способствует выделению газов вследствие разложения газообразователя и вспучиванию стекломассы со значительным ее объемом. По достижении необходимой степени поризации температуру в печи снижают. При этом прекращается выделение газа и фиксируется ячеистая макроструктура пеностекла вследствие резкого увеличения его вязкости.

Способность стекломассы вспениваться и характер возникающей поризованной структуры регламентируются физико-химическими и технологическими факторами. К первым относятся вязкость и поверхностное натяжение стекольного расплава, которые зависят от химического состава стекла, давления выделяющейся газовой фазы, определяемого видом и количеством газообразователя. К технологическим факторам относятся степень измельчения спекаемого материала, температура и скорость ее подъема, продолжительность вспенивания.

Вязкость и поверхностное натяжение являются важнейшими характеристиками, определяющими возможность получения пены из стеклянного расплава. Низкое поверхностное натяжение позволяет получать тонкие пленки, вязкость препятствует разрыву этих пленок. Высокое поверхностное натяжение расплава препятствует получению пены, предпочтительнее использовать расплавы с широким температурным интервалом рабочей вязкости.

Наиболее оптимальным является стекло следующего состава:

SiO₂-70-75%; Al₂O₃-1-2; CaO-3-6

MgO-2-3; Na₂O-15-16; SO₃-0,5

Давление газовой фазы при вспенивании зависит от вида газообразователя, его расхода, температуры разложения и может достигать 1,1 МПа.

Расход газообразователя более 5% вызывает усиленное газовыделение, приводящее к увеличению размера пор, что не всегда желательно, хотя при этом и уменьшается средняя плотность.

Чем выше температура, тем быстрее идет вспучивание и получается материал с меньшей средней плотностью.

Тонкость помола стекла оказывает непосредственное влияние на скорость спекания порошкового стекла, качество получаемого расплава и структуру пеностекла. Степень диспергации стекла в шихте регламентируется остатком на сите с 10000 отв/см² не более 10% и полным прохождением через сито с 6400 отв/см².

Сырьевые материалы

В качестве сырьевых материалов при производстве пеностекла можно использовать бой тарного и оконного стекла, отходы стеклопроизводства, специально сваренный гранулят стекла, легкоплавкие щелочесодержащие горные породы, а также различные газообразователи. Наиболее качественное пеностекло получают из специально сваренного стеклянного гранулята, а из стеклянных отходов и боя получают материал с нестабильными свойствами (рис.3 прил).

В качестве газообразователей могут применяться:

1. пиролюзит (t_{спекания}=680-720⁰, 0,5-1%).

2. NaNO₃ (720⁰,3-5%).

3. Известняк, мрамор (760-775⁰, 0,5-1%).

4. СаС₂ (карбид) (750-760⁰) 1-1,5%.

5. антрацит (770-780⁰) 2-3%.

6. кокс (790-800⁰) 2-3%.

7. графит (850⁰) 1-2%.

8. карбид кремния (850⁰) 1-3%.

Технология пеностекла включает следующие основные переделы: (рис 3 прил)

1) получение стеклянного расплава;

2) производство из расплава стеклянного гранулята;

3) получение шихты;

4) вспенивание и отжиг;

5) обработку, упаковку и складирование.

Стеклянный расплав получают в ванных печах. Гранулят образуется при резком охлаждении вытекающих из печи струй расплава, обильно орошаемых водой, что исключает его кристаллизацию.

Далее стеклогранулят измельчается (или стеклоотход) и кусковой газообразователь на дробилках до размера зерен не более 3 мм с последующим совместным помолом в шаровых мельницах непрерывного действия до удельной поверхности 500-700м²/кг. Вспучивание и отжиг производят в стальных жароупорных или чугунных формах по одно- или двухстадийному режиму.

Несмотря на положительные свойства, ячеистое стекло используют в недостаточно широких масштабах, что объясняется энерго- и материалоемкостью процесса получения, а также дороговизной и дефицитностью сырья.

Для снижения топливно-энергетических затрат при производстве ячеистого стекла необходимо максимально полно утилизировать теплоту отходящих газов, использовать дутье горячим воздухом, оптимизировать температурный режим их эксплуатации.

Пеностекло применяют в качестве утеплителя стен и покрытий гражданских и промышленных зданий для изоляции холодильных установок и тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов с температурой, изолируемой поверхности не более 400⁰С.

Основные технико-экономические показатели производства пеностекла:

Средняя плотность = 200-300 кг/м³

Коэффициент теплопроводности при температуре 20⁰,- 0,09-0,1вт/м град.

Поризованные изделия на основе жидкого стекла.

В зависимости от способа вспучивания различают термически вспученные материалы, к которым относятся зернистые и обжиговые крупнообломочные материалы, химически вспученные за счет взаимодействия жидкого стекла со специальными добавками, вводимыми в него.

В зависимости от вида связующего определяется название пористого композиционного материала, например, стеклосиликат, стеклогипс, стеклоцемент, стеклобитум, стеклополимер.

Пористость материала составляет 98-99,6%. Теплопроводность наиболее легких материалов (силипора и стеклопора) составляет 0,028-0,035 Вт/м гр. Для остальных жидкостекольных вспученных материалов теплопроводность не превышает 0,065 Вт/м×град.

Термостойкость зависит от химического состава жидкого стекла, вида и количества вводимых добавок, характера пористости.

В качестве сырьевых материалов используют жидкие натриевые стекла, тонкодисперсные минеральные наполнители и специальные добавки.

Технология получения материалов на основе вспученного жидкого стекла состоит из следующих операций: введения в состав жидкого стекла технологических добавок, частичного обезвоживания жидкостекольной смеси, вспучивания гранулята. Вспучивание производится при t не более 500⁰С за счет ухода воды из гранул бисерного стеклопора при переходе стекла в пиропластическое состояние.

Производство силипора отличается совмещением грануляции и вспучивания в одной операции, производимой при распылении жидкостекольной смеси в башенной сушилке.

Полученные вспученные зернистые продукты используют для производства изделий на их основе с применением различных органических и минеральных связующих или как засыпочный материал для заполнения пустот, например, в сотопластах.

Для производства стеклоцемента используют быстротвердеющие и особо быстротвердеющие цементы.

Связующим для изготовления стеклосиликата служит жидкое стекло или его смесь со специальными добавками. В зависимости от технологии различают крупнопористый легкий бетон, обжиговый стеклосиликат.

Исходными составляющими для изготовления стеклобитума служат стеклопор как заполнитель, и битум в качестве связующего.

Стеклофенопласт получают на основе стеклопора и фенолоспиртов 80-85% концентрации, которые можно разбавлять наполнителями для уменьшения расхода полимера и улучшения теплотехнических характеристик изделий.

ГЛАВА 3. Изделия на основе

Дата добавления: 2014-11-18