Научная статья на тему 'РАЗРАБОТКА АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ СВЯЗУЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЗЕРНИСТОГО ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ПРО ТЕКАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ'

РАЗРАБОТКА АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ СВЯЗУЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЗЕРНИСТОГО ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ПРО ТЕКАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
22
3
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ALUMINOSILICATE BINDER COMPOSITIONS BASED ON AN AQUEOUS SO-LUTION OF SODIUM SILICATE / THERMAL INSULATION PRODUCTS / FORMATION OF THE STRUCTURE OF ALUMINOSILICATE ZHIDKOSTEKOLNYH BINDER COMPOSITIONS / PHYSICO-CHEMICAL BASIS

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Гурлев Владимир Геннадьевич

Проанализированы и изучены закономерности протекания физико-химических процессов формирования структуры связующих композиций и теплоизоляционных изделий. Разработан и представлен расчётно-экс- периментальный методов прогнозирования свойств алюмосиликатных жидкостекольных связующих компо- зиций для изготовления теплоизоляци-онных изделий на основе вспученного вермикулита. Изучены законо- мерно-сти по созданию научно-обоснованных рекомендаций и методов реализации знаний о формировании структуры алюмосиликатных связующих компози-ций и взаимодействие их с вермикулитовым наполнителем в процессе изго-товления теплоизоляционных изделий. Изучены формирования внутренних напряжений при проектировании связующих алюмосиликатных композиций и выявлены закономерности формирования проч- ностных свойств жидкосте-кольных плёнок. Представлены результаты физико-химических, микроско-пиче- ских и реологических исследований.The calculated experimental method is developed and represented. This is the method of forecasting the properties of the organo- and aluminosilicate liq-uid-glass connecting compositions. It is developed for the manufacture of thermal insulation articles on the basis of the distended vermiculite. The regularities in the physicochemical processes of the formation of the structure of the binding compositions and thermal insulation articles are analyzed and studied.The scientifically substantiated recommendations and methods for realization of knowledge about the formation of the structure of the silicate binding composi-tions and their interaction with the vermiculite filler in the process of the manu-facture of thermal insulation articles are created. We studied the formation of in-ternal tension in the design of aluminosilicate binder compositions and the regu-larities of formation strength properties liquid-glass pellicle.This article presents the results of physico-chemical, microscopic and rheological studies. The key-words: the organo- and aluminosilicate binding compositions on the basis of liq-uid glass. Thermal insulation articles. Physical chemistry processes. Formation of the structure of the liquid-glass binding compositions.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Гурлев Владимир Геннадьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «РАЗРАБОТКА АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ СВЯЗУЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЗЕРНИСТОГО ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ПРО ТЕКАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ»

РАЗРАБОТКА АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ ЖИДКОСТЕКОЛЬНЫХ СВЯЗУЮЩИХ КОМПОЗИЦИЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЗЕРНИСТОГО ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ПРО _ТЕКАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Гурлев Владимир Геннадьевич,

доктор технических наук, профессор, Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)

г.Челябинск

АННОТАЦИЯ

Проанализированы и изучены закономерности протекания физико-химических процессов формирования структуры связующих композиций и теплоизоляционных изделий. Разработан и представлен расчётно-экс-периментальный методов прогнозирования свойств алюмосиликатных жидкостекольных связующих композиций для изготовления теплоизоляци-онных изделий на основе вспученного вермикулита. Изучены законо-мерно-сти по созданию научно-обоснованных рекомендаций и методов реализации знаний о формировании структуры алюмосиликатных связующих компози-ций и взаимодействие их с вермикулитовым наполнителем в процессе изго-товления теплоизоляционных изделий. Изучены формирования внутренних напряжений при проектировании связующих алюмосиликатных композиций и выявлены закономерности формирования прочностных свойств жидкосте-кольных плёнок. Представлены результаты физико-химических, микроско-пиче-ских и реологических исследований.

ABSTRACT

The calculated experimental method is developed and represented. This is the method of forecasting the properties of the organo- and aluminosilicate liq-uid-glass connecting compositions. It is developed for the manufacture of thermal insulation articles on the basis of the distended vermiculite. The regularities in the physicochemical processes of the formation of the structure of the binding compositions and thermal insulation articles are analyzed and studied.

The scientifically substantiated recommendations and methods for realization of knowledge about the formation of the structure of the silicate binding composi-tions and their interaction with the vermiculite filler in the process of the manu-facture of thermal insulation articles are created. We studied the formation of in-ternal tension in the design of aluminosilicate binder compositions and the regu-larities of formation strength properties liquid-glass pellicle.This article presents the results of physico-chemical, microscopic and rheological studies. The key-words: the organo-and aluminosilicate binding compositions on the basis of liq-uid glass. Thermal insulation articles. Physical chemistry processes. Formation of the structure of the liquid-glass binding compositions.

Ключевые слова: алюмосиликатные связующие композиции на основе водного раствора силиката натрия. Теплоизоляционные изделия. Формиро-вание структуры алюмосиликатных жидкостекольных связующих компози-ций. Физико-химические основы.

The keywords: aluminosilicate binder compositions based on an aqueous so-lution of sodium silicate; thermal insulation products; formation of the structure of aluminosilicate zhidkostekolnyh binder compositions; physico-chemical basis .

Проектирование и разработка комплексных связующих композиций на основе водного раствора силиката натрия при изготовлении теплоизоляционных изделий с мелкодисперсным зернистым вермикулитовым наполнителем основано на применении модифицирующих минеральных добавок различного состава. Образовавшийся комплекс сопровождается процессами вспучивания при отверждении смеси как силикатной прослойки, так и вермикулитового наполнителя, т. е. в данном случае и связующая композиция и наполнитель играют роль и модификатора и наполнителя.

Эффективным направлением в разработке составов жидкостекольных связующих композиций и смесей с его применением является модифицирование, позволяющее изменить их свойства относительно простыми приёмами. В соответствии со сложившимися представлениями [1...7] под модифицированием понимается изменение свойств и структуры материалов как в обычном, так и в нагретом состоянии при введении незначительного количества нового вещества. При

этом энергетическое состояние дисперсных систем, к числу которых относятся и жидкостекольные связующие композиции и смеси описывается уравнением Ги-ббса [8](1)

ас < -Бсгг + рау + а,,,,, ■ аи

уд

где dG - изобарно-изотермический потенциал (энергия Гиббса), Т - температура, S - энтропия; Р -давление; V - объём системы; ажг- поверхностное натяжение раствора; Fуд - удельная поверхность наполнителя.

Выражение (1) показывает возможность изменения в определённых пределах отдельных параметров системы (ажг, Руд и т.д.) при сохранении её термодинамического потенциала в равновесном состоянии. Добавлением в водный раствор силиката натрия различных алюмосиликатов возможно изменить условия смачивания связующей композицией твёрдых зёрен наполнителя. Процесс смачивания зёрен наполнителя связующим при изготовлении смесей эффективней

протекает, если поверхностное натяжение твёрдого вещества атг много больше поверхностного натяжения жидкости ажг. В этом случае равнозначной прочности различных смесей возможно достичь при меньшем содержании связующего за счёт более плотной упаковки зёрен наполнителя. Выбор добавок для разработки жидкостекольной связующей композиции затруднено высокой чувствительностью водного раствора силиката натрия ко многим веществам. При определении изменений свойств жидкостекольного связующего необходимо учитывать силы взаимного притяжения частиц в его структуре (когезия) и силы притяжения связующего к поверхности твёрдого наполнителя (адгезия). В этом случае явление смачивания наполнителя жидкостекольным связующим играет основную роль в процессе формирования структуры различных смесей. Одним из способов получения SiO2 - золя кремниевой кислоты является введение в водный раствор силиката натрия алюминатов.

Формирование структуры связующих композиций на основе водного раствора силиката натрия и алюминатов связано с комплексообразованием системы геля алюмината натрия (2№[А1(0Н)4]) при смешивании растворов щёлочи (каустической соды) и активных оксидов YAl2O3 ^-глинозём) или с гидроксидом алюминия А1(ОН)3 [9...11]. Задача проектирования связующих композиций с заданными свойствами заключается в необходимости достижения высоких (эксплуатационных) свойств материалов при обеспечении водостойкости и реологических свойств на стадии формования изделий. Добавление в водный раствор силиката натрия алюминатных составляющих приводит к связыванию их в алюминаты натрия типа аналь-цима ^(ОН^ИА^^]

2№0Н+3Н20+А1203 ^ 2№ [А1(0Н)4 ] (2) Na0H+3H20+AL(0 Н)3^ № [А1(0Н)4] тетраоксоа-люминат натрия (3)

Водные растворы алюминатов натрия являются нестабильными и в щелочной среде проявляют коагулирующее действие. Они рассматриваются как соль, образованного (№АЮ2-2Н20) сильного основания №0Н и слабой кислоты НАЮ2. Известно, что электролиты в водной среде гидролизуются с образованием №0Н и НАЮ2. При невысоком каустическом модуле (№20/ А12Оэ) частицы гидрооксоалюмината плохо сохраняют

свою стабильность, укрупняются, создают центры коагуляции и оказывают сшивающие действие на водный раствор силиката натрия за счёт образования пространственной тетраэдрической сетки, в которой часть ионов Si4+ заменена ионами Al3+. В результате тепловой обработки такой связующей композиции образует пористую структуру силиката. Гидроксоалюминат натрия под воздействием высоких температур подвергается деструкции с образованием Al2O3 и NaOH с последующим их взаимодействием и образованием 2NaALO2 (или Na2O Al2O3) не образующих жидких силикатов до температуры 1650оС [1, 9...11].

Для изучения влияния роли поверхностного натяжения жидкостекольной связующей композиции на содержание её в смеси, толщину её плёнки и физико-механические свойства смесей, проведены исследования по изучению воздействия выбранных добавок на характеристики связующей композиции: смачивающая способность связующих композиций наполнителя определялась по величине угла смачивания кварцевой и глинозёмной подложки связующей композицией; прочностные характеристики плёнки связующего - по величинам внутренних напряжений, возникающих в процессе отверждения в её плёнках и по прочности смесей. Кроме того, качество связующей алюмосили-катной композиции оценивалось по величине удельной поверхности с определением распределения пор (дефектов) по радиусам, изучением реологических характеристик при различных температурах, а также по результатам электронно-микроскопического анализа плёнок связующего.

Определение краевого угла смачивания. Метод позволяет оценить смачивающую способность связующей композиции. Краевой угол угла смачивания определялся методом построения касательной после проекции лежащей капли, находящейся в равновесии под действием сил поверхностного натяжения и её массы (рис.1). Краевой угол смачивания © определялся по выражению

©=arc sin 2h/r , (4)

где h - высота лежащей капли на подложке; r - расстояние от центра до конца капли. Точность измерений определяется погрешностью выбранной шкалы измерения и составляет 0,95 - 0,98.

Рис.1. Схема капли связующей композиции на подложке

Определение внутренних напряжений. Внутренние напряжения опреде-лялись консольным способом [12], сущность которого заключается в следу-ющем. На одну из сторон пластинки 1 длиной - I и толщиной - t из упругого материала (рис.2.) наносится раствор связующей композиции. В процессе отверждения связующего в нём возникают внутренние напряжения, которые вызывают деформацию пластины и покрытия. В этом случае прогиб количе-ственно характеризуется радиусом кривизны - г, стрелой прогиба - f или от-клонением свободного конца консоли - ^ между которыми суще-

ствует связь

(5)

В процессе отверждения пленки связующего на пластине объём её уменьшается и она деформируется. Так как этому препятствуют когезионные силы между связующим и упругой пластиной, то плёнка оказывается растя-нутой по отношению к положению равновесия, то есть в ней возникают нор-мальные а и

касательные ъвн внутренние напряжения (рис.2). Внутренние напряжения авн вызывают изгибающий момент М, действующий по контуру пластины. Таким образом, задача сводится к чисто плоскому изгибу четы-рё-хугольной пластины с равномерно распределённым по её контуру момен-том. Изгиб такой пластины описывается уравнением (6)

м =

ш-

12(1 -цг)уду2 ^ дх2 }

где Е - модуль упругости; т - коэффициент Пуассона; t - толщина подложки; х и у - координаты пространства.

Рис.2. Схема консоли для исследования внутренних напряжений в плёнках связующих композиций: I - длина консоли; t - толщина пластины; d - толщина покрытия; h - отклонение конца пластины; М - изгибающий момент; f - прогиб пластины; г - радиус кривизны; 1 - пластина; 2 - покрытие

Оценка дефектов поверхности связующей композиции. Качественная и количественная оценка дефектов поверхности связующего (наличие пор, трещин и т.п.) производилась по методу БЭТ [13]. Принцип метода БЭТ за-ключается в определении количества газа в порах (в данном случае водяного пара) в интервале полимолекулярного слоя. По величине адсорбции водяного пара на поверхности твёрдых тел возможно непосредственное экспериментальное определение удельной адсорбции по изменению массы адсорбента. По расчётным значениям эффективных радиусов шаровидных менисков в порах и трещинах, которые определяются по формулам

где So - площадь, занимаемой одной молекулой газа в адсорбционном слое;

ат - адсорбционная ёмкость насыщенного монослоя, определяющаяся размером «посадочной» площадки молекулы газа - площадью которую она занимает в насыщенном монослое; N - постоянная Аво-гадро.

Для разработки связующей алюмосиликатной композиции использовалось жидкое стекло с модулем М=2,95...3,00 и плотностью р=1,40...1,41 г/см3. Щелочной раствор гидроксида алюминия был получен путём

растворения А1(ОН)3 и YA|2О3 в 45.47%-м водном растворе щёлочи №ОН (соотношение А1(ОН)3^аОН или YAI2O3/NaOH равно 0,25.0,30). Связующая композиция готовилась смешением алюминатного раствора в соотношении 20/80.30/70 с жидкостекольным связующим и добавлением YAI2O3 от 1,5 до 6,5%. С применением алюмосиликатной связующей композиции на первом этапе были разработаны составы смесей на одном зернистом вермикулите Марки ВВУ-200 (250, 300 по ГОСТ 12865-67) и микглинозём ГОСТ 12865-67 (8.11% А1203).

Таким образом, установлено влияние каждого из компонентов алюмо-силикатного связующего на его свойства. Определены количественные соотношения компонентов алюмосиликатной связующей композиции и техноло-гические приёмы её приготовления. Установлено, что состав АССК (алюмо-силикатной связующей композиции) содержащий 25.30% щелочного алюминатного раствора с соотношением А1(0Н)3/№0Н=0,25...0,30 и до 6.8% YAI2O3 является оптимальным. После обработки результатов экспериментов на ЭВМ получены математические модели, по которым производилась оценка реализации свойств теплоизоляционных изделий табл.1. В качестве параметров оптимизации свойств теплоизоляционных материалов выбраны следующие показатели: прочность на сжатие в сыром состоянии, прочность на растяжение (или изгиб) после отверждения и энергия разрушения при технических и технологических операциях (табл. 1).

Таблица 1

Составы и свойства смесей с АССК

Код алю- моси-ли- катного состава изделиия (АСИ) Состав смеси асбестовермикулитовых изделия ФОВ Свойства смесей

мас. соотношение. А1203/ №ОН (алюми-натный раствор) (Аг) мас. со-отн. (Аг)^ связ. композиция кол-во Sv, (% от массы напо-лн.) Соотношение верми-ку-литгли-нозём проч-ность на изгиб (растяж) а , МПа р' сырая прочность. а , кг/см2 с' Энергия разрушения после тепловой обработки 600-9000С W, Дж

АСС-1,1 0,25...0,30 20/80... .30/70 6,0...7,5 45/65...60/40 0,40... .0,45 0,07...0,09 2...9

АСС-1,2 7,5...8,5 45/65...60/40 0,40... 0,77 0,05...0,07 4...15

АСС-1,3 7,5...8,0 57/43...58/42 0,60... 0,65 0,08...0,10 5...6

АСС-2,1 6,0...7,5 50/50...75/25 0,45... 0.90 0,10...0,05 4...25

АСС-2,2 7,5...8,5 50/50...75/25 0,60... 1,25 0,10...0,05 13...25

АСС-2,3 7,5...8,0 55/45...60/40 0,70... 0,80 0,08...0,05 11...12

Асбестовермикулитовые изделия ФОВ изготовляют на вышеперечислен-ных связующих композициях и используют для изоляции поверхностей с температурой до 600°С. По средней плотности такие изделия разделяются на марки 230, 250 и 280. Асбестовермикулитовые плиты АВХ-300 и АВХ-350 средней плотностью соответственно 300 и 350 кг/м3 предназначены для изо-ляции поверхностей с отрицательными температурами. Размеры плит (мм): длина - 1000; ширина - 500; толщина - 40 и 50. Влажность плит не более 5 %; содержание органического связующего 15-25 %; гигроскопичность не более 7 %; морозостойкость не менее Мрз 25; теплопроводность при средней температуре слоя 293 К, Вт/(мК), не более: для АВХ-300 - 0,093 и для АВХ-350 -0,097; предел прочности при изгибе, МПа, не менее: для АВХ-300 - 0,2, для АВХ-350-0,23.

В результате теоретического анализа и практических исследований физических параметров жидко-стекольных связующих композиций и оптимального содержания их в составе смесей теплоизоляционных изделий установлена взаимосвязь между поверхностным натяжением и толщиной силикатной плёнки на зёрнах наполнителя. Показано, что оптимальное соотношение между поверхностным натяжением и толщиной силикатной плёнки на зёрнах наполнителя можно определить по формуле

или

Сж = к ■ р • 8Ж • 5Г ,

(9)

связующего; (Sт=Sж) - площади поверхностей наполнителя (связующего); V- объём связующего ^ж=5ж^ж, где 5ж - толщина оболочки связующего); У- объём наполнителя ',у _ 1. к. где - усредненный

т п ^9

радиус зерен

наполнителя:

где Сж - количество связующей композиции; к -коэффициент, учитывающий потери; р - плотность

, где сМ - диаметр ¡-й частицы наполнителя, к. - коэффициент, учитывающий число кх частиц наполнителя); ажг - поверхностное натяжение жидкости (связующей композиции); атг - поверхностное натяжение наполнителя.

Введением добавок в раствор силиката натрия возможно изменять физико-механические свойства связующих композиций и оптимизировать количественные соотношения компонентов. В представленном исследовании определены наилучшие характеристики смачиваемости (0=30...35°) при минимизации внутренних напряжений в процессе теплового отверждения плёнок связующих композиций (авн=15...22 МПа), что обеспечивает прочность на изгиб (растяжение) образцов изделий - а=1,5...2,0 МПа (табл. 1). Оценка качества поверхности плёнок связующих композиций по методу БЭТ производилась с оптимизированными составами. На микроструктуре плёнок алюмосиликатных связующих композиций (рис.3) отчётливо видно, что поверхности разработанных связующих композиций (с центрами коагуляций) после сушки при температуре 200-250оС имеют лучшее качество, характеризуемое уменьшением величин удельной поверхности и сокращением количества относительно крупных дефектов.

Рис.3. Микроструктура алюмосиликатной связующей композиции (АССК): а) - исходный состав ЖСС;

б) - алюмосиликатная связующая композиция

На рис. 4 представлена микроструктура образцов теплоизоляционных изделий с максимальной пористостью зернистостью теплоизоляционного материала. Пористость плёнок связующих композиций образуется при термообработке 400...800°С с удалением свободной воды исходя из принципов плотной упаковки. Образование пор в силикатных прослойках связующих композиций при воздействии на изделия температурной обработки 650...900°С, является причиной снижения однородности её массы. После прогрева связующей композиции при температуре 980...1100°С видно, что разупрочнённая пенистая структура после теплообработки при температуре 300...600°С не успела восстановится и на микрофотографиях отчётливо просматривается пористые и рыхлые поверхности. Результаты электронной микроскопии подтверждены

термогравиметрическим анализом образцов алюмоси-ликатных связующих композиций.

Образовавшийся гидрооксоалюминат натрия №^(ОН)4] (уравнения 2 и 3) при температуре 615°С...655°С подвергается деструкции с образованием AL2O3 и №ОН и последующим их взаимодействием [9,10,14.17]. При этом возможно получение разупрочнённой структуры силикатной прослойки, что подтверждено термогравиметрическими исследованиями алюмосиликатных связующих композиций (рис.4-а-б). Образовавшееся соединение 2NaALO2 (или №20^203) имеет высокую температуру плавления (около 1650оС) не способствует образованию жидких силикатов и упрочнению связующей композиции после её остывания.

Рис. 4. Поровая структура зернистого теплоизоляционного материала с применением АССК: а) и б) разработанная АССК; в) исход СК

В рассматриваемой жидкостекольной алюмосиликатной связую-щей композиции под действием высоких температур силы межмолеку-лярного взаимодействия велики и поэтому их расплавы обладают вы-сокой вязкостью и склонностью к стеклообразованию. Такое

течение расплавов происходит без полного разрыва связей. На реологической диаграмме (рис.5) кривая падения вязкости от температуры алюмоси-ликатных связующих композиций.

Таблица 2

Аппроксимация реологических кривых алюмосиликатной связующей композиции (АССК)

Наиме- Реоло- Значения реологических величин 8у2 2у2 F*=4,49

н о в а - гические при температуре, оС - кр.

ние СК величины 1000 1100 1200 Фишера (а= 0,05)

У У У У У У

АССК ъ104 j1/2 6,35 6.00 7,66 7,88 7,71 6.12 0,54 0,13 5,16

9,16 10"4 8.2 10"4 6,72 10"3 5,05 10"3 6,07 10"3 7.08 10"3 10,11 3.01 3,36

ъ1Л'105-104 4,12 4,032 6,22 6.07 6,92 7,03 6,94 1,34 4,14

j 1/2,15 3,41 10-8 3,56 10-8 2,75 10-8 1.84 10"2 4,01 10"6 2,98 10"6 0,15 0,035 4,31

ъ1/2-102 j1/5 5,9 5,84 7,29 6.37 6,72 7,03 6,94 1,34 4,14

2,11 10"2 3,12 10"2 4,50 10"3 3.64 10"2 4,29 10"3 5,40 10"3 0,69 0,12 5,74

Зависимость между развивающимися напряжениями и градиентом скорости сдвига описывается дифференциальным законом Бингама [17,18].

(10)

т7ц = т% +

где ъ - действующие напряжения сдвига; ъ0 - предел текучести системы; п - вязкость системы; j - градиент скорости сдвига; п и т - параметры нелинейности. При соотношении параметров нелинейности п=2,15 и т=1,05 в откликах ъ1/п и ъ1/т была достигнута адекватность (для а = 0,05) экспериментальных кривых реологических изменений расплава алюмоси-ликатного связующего (табл.2). В результате анализа величин п и т отдано предпочтение откликам ъ047 и j0'^5, так как в этом случае отношение дисперсий равно или меньше табличных значений критерия Фишера. И тогда уравнение (10) будет иметь вид

.0,46 _ , (11)

хи'46 = то + (ту)1

Величина ъ0 для алюмосиликатного связующего была определена в результате опытов, обработанных в координатах ъ047- j0'95 и составила ъ0=5,6 104 Па (для исходного связующего ъ0=1,25104 Па). И для каждой экспериментальной точки на кривой изменения градиента скорости сдвига и напряжения определены значения вязкости по выражению (11). Установлено, что значения вязкости снижается с ростом напряжений и скорости сдвига.

В рассматриваемом интервале температур наблюдается падение вязкости на несколько порядков (с п=5,6-1014 до п=4,2-108 Пас), но значительно меньше, чем у исходного жидкостекольного связующего (с П=1,051014

до п=1,2-106 Па с), а температурный интервал падения вязкости значительно шире, чем у исходной связующей прослойки и составил 980...1370°С.

Таким образом, фактор обеспечивающий образование пористой структуры является снижение вязкости силикатных прослоек при увеличении напряжений сдвига. И процесс восстановления структуры затруднён из-за расширения температурного интервала падения вязкости силиката.

Основные выводы

- изучены теоретические основы, методики и критерии выбора алюминатных модифицирующих добавок жидкостекольного связующего с учётом обеспечения требуемых свойств смесей. Разработаны принципы прогнозирования свойств связующих композиций и смесей.

Разработаны научно обоснованные технологические решения по созданию алюмосиликатной жидко-стекольной связующей композиции для изготовления теплоизоляционных изделий.

Изучен механизм взаимодействия выбранных добавок с раствором силиката натрия и основные закономерности формирования структуры и свойств связующих композиций и смесей на всех этапах их изготовления и применения. Разработаны методы оценки пределов варьирования модифицирующих добавок и допустимых интервалов их содержания в связующих композициях. Получены математические модели, описывающих свойства связующих композиций и смесей при различном варьировании компонентов и оптимизированы их составы.

На основании теоретических предпосылок о формировании структуры и свойств жидкостекольных алюмосиликатных связующих композиций и смесей установлено, что модифицирующие добавки должны удовлетворять следующим требованиям:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

- улучшать условия смачивания связующим наполнителя, что позволит получить более тонкие пленки связующего;

- способствовать снижению внутренних напряжений в тонких пленках связующего, что обеспечит необходимую прочность при снижении содержания связующего;

- создавать условия для образования разупрочнен-ной структуры силикатной пленки после высокотемпературного воздействия за счет повышения температуры плавления связующей композиции и снижения количества образующейся силикатной жидкости.

Разработаны новые способы, алгоритмы и реализующие их компьютерные программы позволяющие формировать информационную базу данных составов связующих композиций и смесей. Полученные математические модели позволяют производить подбор и оптимизацию составов с учётом технологических условий изготовления стержней и форм.

1.0Е+13 1 ,ОЕ-М 2 О 1.0E+1-I 1,0Е+1 О 1.0Е+0Э £ 10Е+08 g 1.0Е+07 £ 1.0Е+06 m 1.0Е+05 1.0Е+04

1.0Е+03,-----------

600 690 700 800 850 900 950 1000 1050 1 ООО 1100 Температура Т, °С

-

1.5 2,0 2,5 З.О 3.5 ** 4.5 5.0 V- 'в.О 6;в 7,0 7,5

Напряжения сдвига Т • ю" .Па е

Рис.5. Реологическая диаграмма АССК

Литература:

1. Айлер Р. Химия кремнезёма. Растворимость, полимеризация, коллойдные и поверхностные свойства, биохимия. В двух частях, перевод с англ. Журав-лёва Л. Г./ под ред. Прянишникова В. П. М.: Мир, 1982. Ч.1 416 с.

2. Н.К. Структурообразование в системах на основе жидкого стекла и опа-ловых пород / Н.К. Иванов, С.С.Радаев, С.М. Шорохов // Строительные ма-те-риалы. 1997. №8. С. 24.

3. Барабанщиков Ю.Г. О влиянии суперпластификатора на эффективность противоусадочной добавки / Ю.Г. Барабанщиков, А.А. Архарова, М.В. Тер-новский // Инженерно-строительный журнал. С-Пб. 2014. №7(51).

4. Кондрашов Н.А. Использование модуля деформации в реологической модели уплотнения асфальтобетонной смеси при строительстве дорожных покрытий /Н.А. Кондрашов , А.А. Шестопалов // Инженерно-строительный журнал. С-Пб. 2014. № 7(51).

5. Мизюряев, С.А. Структурированный высокопористый силикатнатриевый материал повышенной тепло- и термостойкости / С.А.Мизюряев, А.Н. Мамонов, В.М. Горин, С.А. Токарева // Строительные материалы. - 2011. - № 7.- С. 8-9.

6. А.С. N 2134668 А1 РФ «Способ изготовления пористых силикатных ма-териалов»// Брыков СИ. -1999.08.20 84. А.С. N 2134667 А1 РФ «Масса для изготовления пористого силикатного материала под действием сверхвысоко-частотного излучения»// Ненарокова Н.И. - 1999.08.20.

7. Будаева И.И. Вспененные стеклокристалличе-ские материалы на основе вулканических водосодер-жащих стекол и боя тарного стекла. Автореф. дис. . канд. техн. наук: Улан Удэ, 2004. 29с.

8. Бабушкин В.И., Матвеев Г.М. Мчедлов-Петросян О.Д. // Термодинамика силикатов. - М.: Стройиздат, 1986. 407 с.

9. Патент на изобретение № 2151018, кл. В 22 С 1/02.(51) 7. Смесь для изго-товления литейных форм и стержней (варианты) /Гурлев В.Г., Смолко В.А. (РФ) по заявке № 99113003, дата поступления: 21.06.1999,

приоритет от 21.06.1999. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Рос-сийской Федерации, г.Москва, 20 июня 2000 г.

10. Патент на изобретение № 214864, кл. В 22 С 1/02.(51) 7. Смесь для изго-товления литейных форм и стержней (варианты) /Гурлев В.Г., Смолко В.А. (РФ) по заявке № 99113005, дата поступления: 21.06.1999, приоритет от 21.06.1999. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Рос-сийской Федерации, г.Москва, 10 мая 2000 г.

11. Патент № 2056353 С, МПК 01В 33/32,РФ. Способ получения жидкого стекла / Карнаухов Ю.П., Шарова В.В., № 93012625/26 заявл. 9.03.93, опубл. 20.03.96.

12. Санжаровский А. Г. Физико-механические свойства полимеров и лако-красочных покрытий. М.: Химия, 1978. 124.с.

13. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. /пер. с англ. М.: Мир, 1970. 450 с.

14. Бабушкин В.И., Матвеев Г.М., Мчедлов-Петро-сян О.Д. Термодинамика силикатов. М.: Стройиздат, 1986. 407 с.

15. Смальский Б. М., Шульцман З. П., Гориславец В. М. Реодинамика и теп-лообмен нелинейно вязкоп-ластичных материалов. Минск: Наука и техника, 1970. 250 с.

16. Бабушкин В.И., Матвеев Г.М. Мчедлов-Петросян

0.Д. // Термодинамика силикатов. - М.: Стройиздат, 1986. 407 с.

17. Черепанов Б.С., Гонтмахер В.Е. Особенности образования пористой структуры пенокерамических материалов // Промышленность строительных материалов. Сер. Керамическая промышленность. 1992. №

1. С.10-11.

18. Андронов, A.M. Теория вероятностей и математическая статистика / A.M. Андронов, Е.Л. Копытов, Л.Я. Гринглаз. - СПб.: Питер. 2004. 464 с.

19. Гурлев В. Г. Статистика. Математическое моделирование и принятие управленческих решений: учебное пособие / В. Г. Гурлев, Т. С. Хомякова. - Челябинск: Издат. Центр ЮУрГУ, 2012. -94 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.