Способы поризации материалов
Придание материалам теплозащитных свойств как основной искусственный способ поризации. Используемые в данном процессе технологические приемы. Принципы создания и функции высокопористых структур теплоизоляционных и акустических материалов и изделий.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | научная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 11.10.2018 |
| Размер файла | 47,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Научно-исследовательская работа
Способы поризации материалов
Введение
поризация теплоизоляционный технологический
Для решения главной технологической задачи - получения теплоизоляционных материалов с заданной высокопористой структурой - применяют несколько десятков способов в зависимости от вида исходного сырья и заданных свойств изделий. Все многообразие способов поризации можно подразделить на шесть основных групп:
1) способ газообразования
2) способ пенообразования
3) способ повышенного водозатворения
4) способ вспучивания
5) способ распушения
6) способ выгорающих органических веществ
Не все вышеперечисленные методы получения пористой структуры имеют одинаковую значимость. Некоторые из них применяются широко, а другие ограниченно в силу различных причин или вовсе не используются. У каждого из этих методов есть свои преимущества и недостатки, и целесообразность применения того или иного способа диктуется видом сырья, технологичностью, требованиями к готовым изделиям.
Выбор метода порообразования зависит от требуемой пористости и заданной структуры. Решающее значение при этом имеют реологические свойства формовочных масс, предопределяющие способ и параметры формования, а также вид пористой структуры и свойства изделий.
Для получения материалов с пористостью до 30 - 32% и равномерными порами обычно используют составы на основе спекшегося зернистого узкофракционированного наполнителя, связываемого высокодисперсным компонентом того же химического состава. Пористость может быть несколько повышена заменой плотных зерен наполнителя пористыми гранулами.
Материалы с пористостью до 50 - 60% получают методом выгорающих добавок. Наиболее высокая пористость, вплоть до 85 - 90%, достижима только при использовании газовых методов.
Вместе с тем разные способы получения пористого строения имеют различную эффективность с технической точки зрения и экономических затрат. Способ выгорающих добавок наиболее экономичен. Однако он не позволяет получить высокоэффективные изделия из-за верхнего предела пористости (60-65%). Наиболее эффективными являются способы пено- и газообразования, что подтверждается специалистами в области изготовления разных видов теплоизоляционных материалов: пено- и газобетонов, огнеупорных легковесов и строительной керамики.
1. Способ газообразования
Способ газообразования основан на введении в сырьевую смесь компонентов, которые способны вызвать химические реакции с выделением в больших количествах газовой фазы. Газы, стремясь выйти из твердеющей пластической массы, образуют пористую структуру материала -- газобетона, газосиликата, газокерамики, ячеистого стекла, газонаполненной пластмассы и др. [1]
В качестве химических газообразователей используются алюминиевая пудра и техническая перекись водорода (пергидроль).
Например, пористая структура в ячеистом бетоне создается путём поризации газом [2]. Она заключается во введении в усредненную многокомпонентную сырьевую смесь тонкодисперсной газообразующей добавки (пудра алюминиевая), в результате химической реакции происходит образование мелких пузырьков газа - водорода. В процессе газообразования, вспучивания и схватывания смеси формируется пористая макроструктура бетона.
Основным преимуществом газовой поризации является отсутствие отрицательного влияния газообразователя на процесс гидратации и твердения вяжущего, технологическая совместимость со всеми видами вяжущих, применяемых при производстве ячеистого бетона, - цементным, известково-песчаным, золошлаковым, щелочным и смешанным. Газовая поризация применима в технологии холодных (начальная температура С) и горячих (начальная температура С) сырьевых смесей. Преимущество горячих смесей заключается в значительной интенсификации процессов вспучивания и схватывания, а также роста пластической прочности сырца, что позволяет существенно сократить продолжительность выдержки массивов до резки на изделия и соответственно, производственного цикла в целом.
Процессом газовой поризации смеси в определенной мере можно управлять путем изменения начальной температуры и щелочности смеси, содержания воды (В/Т), а также применением вибрационных или ударных воздействий на смесь. Кроме того, газовая поризация позволяет вводить в сырьевую смесь некоторые добавки, регулирующие скорость газообразования и гидратации вяжущих, а также рост пластической прочности сырца и конечной прочности бетона. В процессе взаимодействия алюминия со щелочным компонентом в смеси образуются гидроалюминаты, которые при автоклавной обработке переходят в гидроалюмосиликаты кальция, аналогичные тем, что образуются при твердении цемента.
2. Способ пенообразования
Способ пенообразования основан на введении воздуха в жидкотекучие растворы или массы, содержащие поверхностно-активные вещества, равномерном его распределении в виде ячеек и стабилизации образовавшейся пеномассы [3]. Стабилизированные пузырьки пены представляют собой воздушные поры пенобетона, пеносиликата, пенокерамики и др. В качестве стабилизаторов пены для повышения ее стойкости до момента отвердевания вяжущего используются столярный клей, сернокислый глинозем, смолы и др. Пенообразователями служат соли жирных кислот -- натриевые и калиевые мыла, мыльный корень и извлекаемый из него сапонин; клееканифольный пенообразователь, получаемый из канифольного мыла (соль абиетиновой кислоты ); алюмосульфонафтеновый пенообразователь, получаемый из керосинового контакта и сернокислого глинозема; гидролизованная кровь (ПС), получаемая путем обработки отходов мясокомбинатов по схеме техническая кровь + едкий натр + железный купорос + хлористый аммоний.
Пенный метод позволяет изготовлять изделия с наиболее высокой общей пористостью. Этот прием основан на введении в керамический шликер пенообразователей или на смешивании заранее приготовленной технической пены со шликером.
Размер пор у материалов, полученных с использованием пенообразователей, зависит от размера ячеек пены, который характерен для каждого пенообразователя. Например, пена на основе клееканифольного пенообразователя имеет средние ячейки размером 0,5-0,6 мм, у сапонинового ячейки мельче - в среднем 0,2-0,3 мм. Поэтому некоторые ученые считают, что строение пористой керамики, полученной пенометодом, почти не поддается регулированию [4]; а другие утверждают, что органически присущим недостатком пенометода является неоднородная структура изделий.
3. Способ повышенного водозатворения
Способ повышенного водозатворения состоит в применении большого количества воды при приготовлении формовочных масс (например, из трепела, диатомита) и последующего ее испарения с сохранением пор при высушивании. Образование несущего каркаса перед испарением воды необходимо для существенного снижения или полного исключения, сушильных усадок, так как только при этих условиях можно получить высокие значения пористости материала. Этот способ применяют в производстве древесно-волокнистых, торфяных плит, твердых и декоративно-акустических минераловатных плит, а также для устройства мастичной тепловой изоляции из асбестотосодержащих масс.
Так как испарение большого количества воды требует весьма значительных затрат теплоты, то способ повышенного водозатворения относится к высокоэнергоемким и подлежит существенному совершенствованию.
4. Способ вспучивания
Способ вспучивания заключается в нагревании до высоких температур некоторых горных пород и шлаков. Из сырья выделяются газы или водяные пары главным образом в связи с отделением химически связанной или цеолитной воды. При способе вспучивания сырьем служат перлит и обсидиан, вермикулит, некоторые разновидности глин, в особенности содержащие легкоплавкую закись железа (FeO). Эти и некоторые другие сырьевые материалы после вспучивания образуют соответствующие высокопористые теплоизоляционные материалы -- вспученные перлит и вермикулит, керамзит, шлаковую пемзу и др.
Так, например, технология производства зернистого пористого материала из кремнезёма проста, малоэнергоёмка и включает следующие операции: приготовление смеси высокомодульного жидкого стекла, формование гранул и их вспучивание [5]. Химический состав микрокремнезема представлен следующими оксидами, мас.%: - 90-94; - 1-3; CaO - 0,7-1,4; MgO - 0,2-0,4; - 0,1-0,5; - 0,7-0,5; - до 0,09; SiС - до 3. Истинная плотность микрокремнезема составляет 2000-2630 кг/м3, насыпная плотность - 150-300 кг/м3.
Установлено, что для получения зернистого пористого материала с оптимальным сочетанием физико-механических свойств необходимо использовать высокомодульное жидкое стекло с силикатным модулем 5, содержанием щелочи 16,8-17,4% и водотвердым отношением сырьевой смеси в пределах 0,9-0,94. Время варки жидкого стекла составляет 10 мин.
Известно, что на свойства зернистого пористого материала на основе высокомодульного жидкого стекла оказывает влияние и технология тепловой обработки гранул. Был установлен оптимальный режим тепловой обработки: предварительный подогрев гранул в течение 10 мин при с последующим их вспучиванием при температуре 300-С в течение 10 мин. Такой режим тепловой обработки позволяет обеспечить получение наибольшего коэффициента вспучивания гранул, снизить водопоглощение путем уменьшения количества открытых пор в гранулах. Получен зернистый пористый теплоизоляционный материал с насыпной плотностью 80-120 кг/м3, прочностью при сжатии 0,5-1 МПа, пористостью 87-95%, объемным водопоглощением до 7%.
Способ химического вспучивания позволяет достаточно широкорегулировать строение изделий по количеству образующихся пор и их размеру варьированием дисперсности и содержания газообразующих добавок, а также температурой исходной шликерной массы. Однако он создает структуру с открытой пористостью, а также требует нагрева до высокой температуры и четкого режима вспучивания. То есть интервал температуры, при которой происходит вспучивание, находится в небольших пределах, все это усложняет технологию изготовления.
5. Способ распушения
Способ распушения заключается в изготовлении из сравнительно плотного минерального сырья волокнистого материала в виде бесформенной массы с возможным последующим приданием ей формы изделий. Наибольшее распространение этот способ получил в производстве минеральной и стеклянной ваты и изделий из них. Сырьем для минеральной ваты служат пегматиты, туфы и другие горные породы и металлургические шлаки, а для изготовления стеклянной ваты используют стеклянный бой и отходы стекла на стекольных заводах. Способом распушения получают также органические теплоизоляционные материалы -- хлопковую и шерстяную вату, ватные изделия (ватин, войлок), древесные волокна и др.
Получаемый из минерального расплава методом раздува слой ваты представляет собой совокупность хаотически расположенных в пространстве стеклянных волокон, разделенных воздушными порами [6]. Из-за низкой плотности эти материалы отличаются пониженными значениями коэффициента теплопроводности, электропроводности, хорошей звукоизолирующей способностью, возможностью применения при относительно высоких температурах, которые зависят от диаметра получаемых волокон. Чем они тоньше, тем меньше дефектность их структуры и выше прочностные свойства. Тонкий слой волокон минеральной ваты легко уплотняется под действием собственного веса, что делает нестабильными его свойства. Поэтому для улучшения потребительских свойств теплоизоляционных изделий из таких материалов минеральную вату подвергают уплотнению путем формования.
В следующем случае, для получения пористого волластонита используются шлаки следующего химического состава, мас.%: - 51,52; - 6,74; - 0,97; CaO - 30,96; MgO - 8,71; - 0,29; - 0,41; - 0,4, предварительно переведенные в аморфное состояние методом восстановительного плавления с последующим охлаждением в режиме термоудара [7].
Полученный аморфный материал подвергали помолу до размера частиц 60 мкм, смешивали с 5%-ным раствором серной кислоты в количестве 10% и формовали образцы диаметром и высотой 1 см, которые затем подвергали обжигу при температурах 875, 900, 925, 975, 1080, С.
Таким образом, свойство ситаллов деформироваться в области изменения низкотемпературной вязкости позволило с помощью 10%-ной добавки к шихте 5%-ного раствора серной кислоты получить пенокерамику с началом ее кристаллизации в области деформации. Добавка слабого раствора серной кислоты к шихте способствует образованию таких соединений, как гидросульфоалюминат и сульфат алюминия, которые при дальнейшем нагревании образцов диссоциируются с образованием газовой фазы, которая и приводит к процессу вспенивания образца в области его кристаллизации.
6. Способ выгорающих органических веществ
Известен еще один способ поризации теплоизоляционных материалов -- способ выгорающих органических веществ, вводимых в сырье как порообразующие добавки, которые разобщают керамические составляющие. Повышая пористость материала, выгорающие добавки одновременно его разрыхляют. Данный способ основан на введении в формовочную массу и последующем выжигании органических добавок. Он применим только для керамических высокопористых материалов [8], так как для материалов другого состава выжигание добавки невозможно. При этом имеется возможность точно регулировать среднюю плотность получаемых изделий, не требуется введение в формовочную массу большого количества воды, вследствие чего сушку сырца можно проводить без форм по ускоренному режиму при существенной экономии топлива [2].
В качестве выгорающих добавок используют любые твердые горючие материалы, применение которых экономически целесообразно, в том числе древесные опилки разных пород, древесный уголь, древесную муку, различные виды каменных углей - бурый, антрацит, битумно-навозный; продукты коксования - кокс, нефтяной кокс, смолы, гудрон, графит, торф, а также ряд других материалов - пробковую и бумажную пыль, просяную и рисовую шелуху, рубленую солому различных злаков [9].
Так, технология производства пористой керамики из сырцовых гранул включает три основных процесса: обжиг со вспучиванием гранул; слияние вспученных гранул; заполнение межзернового пространства и образование однородной поризованной массы; релаксация температурных напряжений, возникающих при охлаждении пористой керамики[10].
От завершенности этих процессов зависят физико-технические свойства пористой керамики: чем оптимальнее вспучивание, тем больше пористость, ниже плотность и теплопроводность, чем полнее слияние и релаксация температурных напряжений из-за однородности поризованной массы, тем выше прочность и ниже водопоглощение, чем быстрее образовывается монолитная структура слияния гранул, тем ниже плотность.
Метод введения выгорающих добавок получил широкое распространение при производстве керамических теплоизоляционных материалов. Однако данный метод позволяет получить материал с пористостью не более 65%, при этом материал получается с неоднородной структурой, что приводит к его разрыхлению как следствие, низкой прочности. При формовании сырца этим способом появляется возможность точно регулировать плотность изделий, также не требуется вводить большое количество воды. Но завершающими этапами при производстве данным методом являются сушка и обжиг, что делает метод выгорающих добавок энергоемким, так как расход энергоресурсов при его использовании составляет 77 кг у.т./т.
Заключение
Рассмотрение способов получения пористых теплоизоляционных материалов позволило изучить достоинства и недостатки технологий. В настоящее время уже существует альтернативный способ, в котором отсутствуют недостатки вышеописанных методов. Таким способом является смешанный метод, то есть поризация материала с помощью технической пены, а увеличение прочности сырца и снижение влажности происходят за счет введения дисперсных волокон и газообразующих веществ. Технология получения такого материала исключает процесс тепловой обработки материала и обжиг. Однако данному способу присущи свои недостатки, которые состоят в регулировании времени вспучивания и повышенном влагосодержании сырьевой смеси, что усложняет процесс твердения смеси, тем самым способствует получению неудовлетворительных параметров технологического процесса.
Основным направлением развития технологии при получении высокопористых материалов любым из рассмотренных способов является совмещение двух или нескольких технологических процессов в одной технологической операции, что позволяет резко сократить затраты труда и снизить энергоемкость производства. Совмещение различных структур в материале позволяет не только повысить общий объем пористости, но и изменить ее характеристики в нужном направлении, а также повысить общестроительные свойства материалов: прочность, вибростойкость, термостойкость, стойкость по отношению к воде и др.
В комплексе мер по ресурсо- и энергосбережению большое значение приобретает решение задач, связанных с разработкой эффективных поризованных строительных материалов на основе доступной сырьевой базы.
Список используемых источников
1. Рыбьев И.А. Строительное материаловедение: учебное пособие для строит. спец. Вузов/ Рыбьев И.А. - Москва: Высшая школа, 2002. - 701с.
2. Филатов А.Н. Поризация сырьевой смеси в технологии ячеистого бетона / Филатов А.Н., Вудвуд Т.Н., Иваненко В.А. // Строительные материалы. - 2012. - № 11. - С. 28-32.
3. Горлов Ю. П.Технология теплоизоляционных материалов и изделий / Ю. П. Горлов.- М.: Высшая школа, 1989. - 384 с.
4. Иванов И.А.Технология легких бетонов / И. А. Иванов.- М.: Стройиздат, 1974. -287 с.
5. Кудяков А. И. Зернистый пористый материал из микрокремнезема /Кудяков А. И., Свергунова Н. А.// Строительные материалы. - 2006. -№ 6. - С. 86-87.
6. Матюхина А.В. Особенности процесса формования слоя минеральной ваты/Матюхина А.В., Кащеев И.Д., Матюхин В.И. // Огнеупоры и строительная керамика. - 2009. - № 4-5. - С. 74-79.
7. Шабанов В.Ф. Пористый волластонит на основе шлаков металлургического производства / Шабанов В.Ф., Павлов В.Ф., Павленко Н.И. // Строительные материалы. - 2002. - № 4. - С. 40-42.
8. Технология теплоизоляционных материалов: [учеб. для вузов] / Ю. П. Горлов, А. П. Меркин, А. А. Устенко.- М.: Стройиздат, 1980. - 399 с.
9. Гузман И. Я. Высокоогнеупорная пористая керамика / И. Я. Гузман.- М.: Металлургия, 1971. - 208 с.
10. Тамов М.Ч. Моделирование кинетики вспучивания пористой керамики / Тамов М.Ч. // Строительные материалы. - 2001. - № 10. - С. 26.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Основные свойства строительных смесей и материалов. Понятие структуры и текстуры строения материала. Акустические свойства строительных материалов: звукопоглощение и звукоизоляция. Оценка строительно-эксплуатационных свойств акустических материалов.
контрольная работа [27,7 K], добавлен 29.06.2011Основные породы древесины. Физико-химические процессы при автоклавной обработке известково-песчаных камней. Сырье для изготовления теплоизоляционных материалов. Методы переработки пластмасс. Изготовление железобетонных изделий поточно-агрегатным способом.
контрольная работа [414,4 K], добавлен 30.03.2010Сущность акустических материалов, их разновидности и свойства. Обзор мягких, полужестких и твердых звукопоглощающих материалов. Звукопоглощающие свойства акмиграна, способы его изготовления. Классификация звукоизоляционных прокладочных материалов.
презентация [561,5 K], добавлен 02.03.2016Виды декоративных облицовочных материалов. Применение теплоизоляционных минераловатных материалов ТЕРМО в конструкциях. Производство теплоизоляционных плит "ТЕРМО". Система монтажа вентилируемого фасада. Устройство теплоизоляции и ветрогидрозащиты.
реферат [2,9 M], добавлен 24.12.2014Оценка эксплуатационных свойств и назначения материалов. Обзор способов улучшения эстетических свойств отделочных материалов. Изучение методов сокращения ресурсопотребления при строительстве и эксплуатации жилого дома. Классификация кровельных материалов.
контрольная работа [114,8 K], добавлен 25.09.2012Исследование особенностей выбора экологичных строительных и отделочных материалов. Описания материалов, содержащих токсические вещества опасные для здоровья человека. Анализ недостатков пенопласта, теплоизоляционных плит, железобетона, поливинхлорида.
презентация [173,9 K], добавлен 10.12.2012Основные свойства строительных материалов: физические, химические, механические и технологические. Оценка качества эффективных кровельных рулонных материалов. Материалы, используемые для покрытия пола в цехах химического и механического производств.
курсовая работа [190,1 K], добавлен 18.03.2015Причины и механизмы разрушения различных материалов при эксплуатации их в агрессивных средах. Химическая стойкость бетона, металла, полимерных материалов. Способы защиты от коррозии. Меры повышения долговечности строительных конструкций и изделий.
курс лекций [70,8 K], добавлен 08.12.2012Описание современных архитектурно-строительных систем и материалов, разработанных в Республике Беларусь. Анализ теплоизоляционных материалов. Обзор мягких, мастичных кровель, полимерных мембран. Перспективные разработки в области строительных материалов.
реферат [23,3 K], добавлен 27.03.2012Свойства кровельных и гидроизоляционных материалов на основе органических вяжущих. Виды и применение теплоизоляционных материалов. Требования к зданиям; принципы проектирования генерального плана. Системы отопления и водопровода; канализационные сети.
контрольная работа [100,3 K], добавлен 08.01.2015Свойства строительных материалов, области их применения. Искусство изготовления изделий из глины. Классификация керамических материалов и изделий. Цокольные глазурованные плитки. Керамические изделия для наружной и внутренней облицовки зданий.
презентация [242,9 K], добавлен 30.05.2013Кровля как верхний элемент покрытия, предохраняющий здание от проникновения атмосферных осадков и механических воздействий. Используемые в данном процессе материалы и оценка их качества, потребительские свойства. Применение цементно-песчаной черепицы.
курсовая работа [585,7 K], добавлен 26.09.2015Спокойная, кипящая, полуспокойная сталь. Приклеивающиеся и покровные мастики для рулонных кровельных материалов. Сиккативы - использование в красочных веществах. Производство железобетонных изделий в кассетах. Старение и деструкция полимерных материалов.
контрольная работа [26,2 K], добавлен 30.04.2008Строение, теплофизические свойства, плотность, газопроводность материала. Способ пенообразования, высокого водозатворения. Создание волокнистого каркаса. Зависимость теплопроводности теплоизоляционных неорганических и органических материалов от плотности.
презентация [233,2 K], добавлен 17.02.2011Характеристика материалов (с расчетом состава бетона) и габаритные размеры изделий. Конструкция установки и порядок её работы. Определение часовых расходов теплоты и теплоносителя. Расход пара сужающими устройствами. Расчёт системы теплоснабжения.
курсовая работа [683,8 K], добавлен 29.11.2014Сущность и назначение теплоизоляционных материалов, их виды и история развития производства. Сырье для изготовления пеностекла, основные технологические процессы и оборудование. Свойства и характеристики теплоизоляционно-конструкционного пеностекла.
реферат [569,3 K], добавлен 21.12.2013Исследование состояния теплофизических свойств ограждающих конструкций зданий. Лабораторные исследования теплозащитных свойств ограждающих конструкций. Математическое моделирование 3-слойной ограждающей конструкции. Расчет коэффициента теплосопротивления.
дипломная работа [4,2 M], добавлен 20.03.2017Основные способы осуществления контроля качества строительных материалов, изделий и конструкций, их характеристика, оценка преимуществ и недостатков. Использование геодезических приборов и инструментов при освидетельствовании и испытании конструкций.
реферат [28,3 K], добавлен 25.01.2011Роль и значение применения в строительстве теплоизоляционных материалов. История создания газобетона, а также закономерности и процессы его структурообразования, физико-механические свойства, технологическая схема получения и методы оценки качества.
контрольная работа [184,8 K], добавлен 18.12.2010Основные технологические процессы производства портландцемента, его виды и показатели качества. Физико-технические свойства строительных материалов. Основные направления решения экологических проблем в стройиндустрии. Параметры пригодности материалов.
контрольная работа [80,3 K], добавлен 10.05.2009
