Вспененные изоляционные материалы на основе аморфного кремнеземсодержащего сырья

• Автор: Субботин, Роман Константинович
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 204 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОСТЕКЛА И НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА ЕГО ОСНОВЕ ДЛЯ КОМПОЗИЦИЙ
1Л. Строение и физико-химические свойства пеностекла
1.2. Композиционные материалы на основе вяжущих и стекла
1.3. Природные кремнеземсодержащие материалы
1.4. Синтез стекол и расчет шихты
1.5. Методы исследования сырьевых материалов, стекольных шихт и изделий
1.6. Цель и постановка задачи исследований
2. СИНТЕЗ СТЕКОЛ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВСПЕНЕННЫХ ИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ШИХТ НА ОСНОВЕ ДИАТОМИТА
2.1. Синтез стекол на основе диатомита и кварцевого песка, оптимизация состава стекольных шихт
2.2. Физико-механические свойства диатомита и шихты на его основе
2.3. Сушка диатомита, влияние влажности диатомита на свойства шихты..
2.4. Разработка режимов транспортирования, хранения и компактирования шихт на основе диатомита
3. ОСОБЕННОСТИ ВАРКИ СТЕКОЛ НА ОСНОВЕ ДИАТОМИТА, ФАЗОВЫЕ И СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ ТЕРМООБРАБОТКЕ
3.1. Сравнительный анализ кварцевого песка и диатомита как компонентов шихт
3.2. Опытно-промышленные варки стекла
3.3. Исследование фазовых и структурных изменений, физического состояния стекольных шихт на основе диатомита и кварцевого песка при термообработке

4. РАЗРАБОТКА ПРОМЫШЛЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ СИЛИКАТНЫХ ПЕНОМАТЕРИАЛОВ
4Л. Теоретические основы технологии синтеза пеностекла
4.2. Приготовление шихты на основе диатомита для варки стеклогранулята
4.3. Варка и выработка стеклогранулята на основе диатомита
4.4. Подготовка пенообразующей смеси и ее вспенивание
5. ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОЗИЦИЙ ВЯЖУЩЕГО С НАПОЛНИТЕЛЕМ ИЗ ПЕНОСТЕКЛА
5.1. Механизм взаимодействия цементной матрицы со стеклом
5.2. Физико-химические процессы в порах наполнителя
5.3. Исследована свойств композиций
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Моделирование составов и свойств стекол
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Оценка объемов потребления пеностекла для тепловой
изоляции (Центральный и Северо-Западный регионы)
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Акт об опытной варке стекла ММС1А на базе
диатомитового сырья
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Акт об изготовлении и испытании опытной партии бетонных блоков, армированных гранулированным пеностеклом на базе диатомита

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В настоящее время в строительстве используется 18-20 млн м3 теплоизоляционных материалов, производится в России 8-10 млн м3, остальное - импорт. Расход энергии на отопление жилья в России составляет 500-600 кВт-ч/м2 в год, в Норвегии, Канаде, странах со схожим климатом -120 кВт-ч/м2. Увеличение производства стройматериалов требует дополнительных сырьевых ресурсов. Важной народно-хозяйственной проблемой является расширение сырьевой базы стекольной промышленности. Опалкремнеземистые породы, к которым относится диатомит, являются важными источниками кремнезема БЮг, а также содержат ценные щелочные и щелочноземельные оксиды и глинозем, что позволяет снизить стоимость сырья, количество сырьевых компонентов шихты. Шихта на основе диатомита, благодаря микро- и нанопористой структуре и многокомпонентному составу последнего, позволяет создать энергоэффективные технологии производства широкой гаммы материалов: пеностекла, стекловолокна, электроизоляционного стекла. Актуальность работы обоснована снижением затрат топлива и энергии у крупнейших их потребителей - ЖКХ, стекольной промышленности - и вовлечением в производство строительных материалов нового высокоэффективного сырья.
Цель работы. Разработать составы и синтезировать стекла на основе диатомита и песка, исследовать физико-механические свойства диатомитовых шихт, особенности варки стекол на основе диатомита, и на этой основе разработать технологию тепло- и звукоизоляционных материалов экономически и технически конкурентоспособных по сравнению с материалами, нашедшими применение в строительстве и технике.
Научная новизна. Установлено, что микро- и нанопористая структура диатомита стабилизирует сыпучие свойства стекольных шихт при колебаниях влажности шихт в диапазоне 10-30%, так как в ней внутрипоровыми силами связана вода, часть которой сохраняется до температуры 950 С. Высокое содержание воды в структуре диатомита повышает способность шихт к агрегированию при относительно низких давлениях и компактированию без использования связующего.

стекла на 0,05% от исходного по каждому из пяти компонентов SiC^, Na20, CaO, MgO, AI2O3 соответствует изменению вязкости на 11%, 6,6%, 3,7%, 2,0%. Следует подчеркнуть, что формулы Охотина М.В. выведены на основе анализа вязкости сотен составов листовых и тарных стекол, и благодаря большой выборке отличаются очень высокой статистической надежностью.
Методы расчета и корректировки составов стекольной шихты, как правило, сводятся к решению системы линейных уравнений, составленных по материальному балансу компонентов шихты, переходящих в стекло, с учетом улетучивания, механического испарения и т.д. Недостатки этих методов состоят в не учете ограничений, связанных с неотрицательностью решений, нормированностью суммы компонентов. На практике нередко бывают случаи, когда методы решения системы линейных уравнений не дают необходимое единственное решение. Кроме того, в общем виде не исключаются отрицательные решения.
Обзор методов расчета и корректировки состава шихты дан в [43, 46]. Зависимость состава шихты от состава сырьевых материалов описывается системой линейных уравнений в векторно-матричном виде:
Y = А'Х (1),
где Y - вектор состава шихты, X - вектор отвесов сырья, А - матрица состава сырья.
Решение уравнения (1) с минимизацией квадрата разницы между расчетным и заданным составом при отклонении вектора отвесов сырья от задания ||Y - А-Х\2 —> min (2) имеет вид:
X = AT-(A-AT)'1-Y°(3).
Раскладывая решение в ряд Тейлора и пренебрегая членами второго и более высоких порядков, окончательное решение примет вид:
X = AT-(A-AT)'1-Y°, k>n,

X = (AT-A)-'-AT-Y°,k где к - количество оксидов в составе стекла,
п - количество компонентов сырья.