Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

Бессмертный В.С., Пучка О.В., Крахт В.Б., Бахмутская О.Н., Выскребенец Л.Н., Зимовина Н.Н.

В настоящее время в современном промышленном и гражданском строительстве используют строительные материалы на основе вяжущих минералов, стекла, керамики и других силикатов. Среди них все большее предпочтение отдают теплоизоляционным материалам, способным эффективно выполнять свои функции по сбережению энергоресурсов, затрачиваемых на создание и поддержание необходимого температурного режима во внутренних помещениях.

Существенное повышение теплозащитных свойств стеновых строительных материалов заключается в увеличении их сопротивления теплопередаче до нормативных значений, действующих в настоящее время. Это, с нашей точки зрения, может быть достигнуто только утеплением стен теплоизоляционными материаломи, которые должны быть защищены от наружных воздействий защитно-декоративным слоем, способным при необходимости сохранить и улучшить архитектурно-художественный облик зданий или помещений.

Нехватки в России эффективных, экологически чистых теплоизоляционных материалов приводит к большой потере тепловой энергии. Так, через стены жилых помещений теряется до 45 % тепла, через оконные и дверные проемы -33 %, а через полы и чердаки - 22 % тепловой энергии. Производство эффективных теплоизоляционных материалов в России требует разработки новых технологий и расширение ассортимента выпускаемой продукции.

В соответствии с основными направлениями экономического и экологического развития страны до 2010 года предусматривается интенсификация процессов стеклоделия, производство теплоизоляционных строительных материалов, расширение местной сырьевой базы, внедрение экологически чистых, безотходных, энергосберегающих технологий.

Авторами предполагается принципиально новые одностадийные и двухстадийные способы получения блочного пеностекла с защитно-декоративным покрытием.  Современные теплоизоляционные материалы для строительства должны обладать не только высоким тепловым сопротивлением, но и целым комплексом таких свойств как пожаробезопасность, отсутствия выделения вредных веществ при эксплуатации, высокая механическая прочность, стойкость к бытовым воздействиям, простота применения, низкая стоимость. Большинство применяемых в настоящее время теплоизоляционных материалов как на органической, так и на неорганической основе этим комплексом свойств не отличаются. Пеностекло как наиболее эффективный теплоизоляционный строительный материал всеми этими качествами обладает. Так, пеностекло толщиной 5 см по своим теплоизоляционным свойствам соответствует кирпичной кладке толщиной до 50 см. Особо следует отметить, что пеностекло имеет высокую механическую прочность при малой объемной массе и низком водопоглащении. По этим показателям оно превосходит керамзит и пенопласты.

На сегодняшний день с учетом присущих производству пеностекла технологических ньюансов и тонкостей, а также применяемых «ноу-хау», промышленное производство пеностекла осуществляется в наиболее развитых странах: США, Японии, Германии, бельгии, Китае, а также в Белоруси (ОАО «Гомельстекло»).

В России за время кризиса в 1990 годах технология производства пеностекла была утрачена и до сих пор не восстановлена.

Нами для производства пеностекла предлагается использовать местные источники сырья, в частности кристаллические сланцы и отходы обогащения железистых кварцитов КМА. Технология получения блочного пеностекла предусматривает подготовку шихты, варку стеклогранулята при 1490 - 15100 С, выработку стеклогранулята, его помол до удельной поверхности 650 м2 /кг, приготовление пенообразующей смеси, вспенивание при 8500 С, отжиг при 5900 С, разделку блоков, нанесение на их лицевую поверхность защитно-декоративных покрытий.

Нами разработан оптимальный состав шихты на основе отходов обогащения железистых кварцитов КМА и кристаллических сланцев, представляющих вскрышную породу. Шихта включала до 30-40 % кварцитов КМА и кристаллических сланцев, стеклобой и газообразователь.

Проведенные предварительные исследования показали, что блочное гранулированное пеностекло можно получать из шихт, содержащих до 15% - 19% оксидов железа, причем (CaO + MgO) / FeO + Fe2 O3 > 1. В качестве газообразователя применялся кокс (1,4 - 1,6%) и мел (1,9 - 2,1 %). Пенообразующиеся смеси вспенивали по двухстадийному способу при Т=890 0 С в течение 1часа 45 минут. После вспенивания блоки пеностекла отжигали при Т=5550 С в течение 9 часов и проводили глазурование с целью получения защитно-декоративных покрытий.

Таблица 1. Пасты для получения защитно-декоративных покрытий

№ п/п

Наименование компонентов

Состав 01

Состав 02

Состав 03

Состав 04

1

Молотый кварцевый песок

-

-

-

30-40

2

Молотое оконное стекло

60-70

 

20-30

10-20

3

Молотый фарфор (отходы)

-

50-60

35-45

 

4

Каолин

6-8

-

10-15

-

5

Бура

1,5-2,5

-

-

1,5

6

Жидкое стекло

8,5

18-20,5

9,5

12,0

7

Вода

26-28

22-24

23-25

30

8

Соли кобальта

0,4

-

-

-

9

Соли хрома

-

0,2

-

-

10

Соли меди

-

-

0,9

-

Для получения защитно-декоративных покрытий использовали как глазури, выпускаемые отечественной промышленностью, так и составы, разработанные на основе местных источников сырья. С этой целью использовали отходы производства санитарно-строительной керамики, отходы керамзитового производства, молотый кварцевый песок, стеклобой. В качестве связующего и плавня использовали жидкое стекло. Покрытия получали одностадийным и двухстадийным способом, путем нанесения пасты, ее сушки и обжига.

Пасты для декорирования готовят совместным помолом сырьевых материалов в шаровых мельницах. Пасты наносятся на лицевую поверхность аэрографом или кистью.

Предварительные исследования показали, что хороший результат дает применение паст следующих сплавов (таблица 1).

Соли кобальта окрашивают покрытие в синие цвета, хрома - в зеленые, меди - в вишнево-красные. Показатели качества блочного пеностекла с защитно-декоративным покрытием представлены в таблице 2.

Снижение энергозатрат, затрат на сырьевые материалы, времени вспенивания и повышение качества позволит снизить себестоимость продукции по сравнению с аналогами и повысить его конкурентоспособность как на внешнем, так и на внутреннем рынке.

Таблица 2. Ожидаемые показатели качества блочного пеностекла с защитно-декоративным покрытием

№ п/п

Показатель

Ед. измерения

Величина показателя

1

Плотность

Кг/м3

170-250

2

Коэффициент теплопроводности

Вт/м·К

0,075 - 0,105

3

Паропроницаемость

мг/(м·ч·Па)

0,02-0,03

4

Водопоглощение

%

2-4

5

Прочность на сжатие

МПа

6 ÷15

6

Морозостойкость

циклы

1-50

7

Прочность сцепления покрытия с основой

МПа

2,8-3,5

8

Водостойкость покрытия

Гидролитический класс

II

9

Сопротивление непродолжительному воздействию тепла

0 С

750-780

10

Верхний температурный предел эксплуатации

0 С

600-620

11

Стабильность при эксплуатации (разрушение от времени)

-

Время эксплуатации не ограничено

12

Экологическая безопасность

-

Экологически безопасен