WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |

ПОЛУЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ВОДОСТОЙКИХ УТЕПЛИТЕЛЕЙ ПУТЕМ ХОЛОДНОГО ВСПЕНИВАНИЯ КОМПОЗИЦИЙ ЖИДКОГО СТЕКЛА С НЕКОТОРЫМИ МИНЕРАЛЬНЫМИ ВЯЖУЩИМИ*

В.И. Сидоров, др хим. наук, проф. 

Н.И. Малявский, канд. хим. наук, доц. (Московский государственный строительный университет)

Б.В. Покидько, асп. (Московская государственная академия тонкой химической технологии)

http://www.evolit.ru/?vpath=/press/08/

Изучена возможность использования самотвердеющих сырьевых смесей натриевого жидкого стекла с недорогими и недефицитными отвердителями (портландцемент и его компоненты, гипс, каустический магнезит) для получения водостойких утеплителей методом холодного вспенивания. В качестве поризатора использовании водный раствор перекиси водорода. На основе проведенных исследований разработаны составы сырьевых смесей, позволяющие получать водостойкие утеплители холодного вспенивания с кажущейся плотностью 250350 кг/м3 и теплопроводностью 0,100,13 Вт.м—1 К—1.

Неорганические утеплители холодного вспенивания (ячеистый бетон, газобетон, газосиликат, щелочносиликатные утеплители и др.) получили широкое применение в строительстве при возведении ограждающих и несущих конструкций, в значительной степени благодаря сочетанию таких полезных свойств, как низкая теплопроводность, малая энергоемкость, экологическая и пожарная безопасность, легкость получения в плитной форме. Существенным недостатком многих таких пеноматериалов, прежде всего изготовленных на основе воздушных вяжущих, является пониженная химическая стойкость, в первую очередь, водо и паростойкость. Преодолевается этот недостаток, как правило, путем термообработки (автоклавирования) либо введением модифицирующих добавок, или гидрофобизаторов.

Особенно перспективными представляются утеплители на основе щелочных силикатов (жидкого стекла), которые изза большей однородности стенок ячеек пены могут быть вполне технологичны и при таких низких плотностях, как 120 кг/м3 и ниже. В предыдущей работе авторов [1] была показана возможность получения водостойких щелочносиликатных пеноматериалов путем холодного вспенивания жидкого стекла, модифицированного алюминием и цинком с помощью зольгель метода. При этом использовавшийся поризатор алюминиевая пудра одновременно играл роль водоупрочняющего отвердителя, так как продукты его взаимодействия с жидким стеклом дополнительно модифицировали щелочносиликатную матрицу, повышая ее водостойкость. Такой подход, по всей вероятности, позволяет достичь наилучшего сочетания плотности и водостойкости, однако, с точки зрения технологии, имеет ряд недостатков. Главные из них чрезвычайно сильная зависимость кинетики газовыделения от рН сырьевой смеси и от состояния поверхности поризатора, а также дефицитность и дороговизна модификаторов (алюмината натрия и особенно гидроксида тетраамминцинка).

Целью данного исследования было изучение возможности получения легких и водостойких пеноматериалов на основе жидкостекольных композиций, не включающих дорогих или дефицитных компонентов, что в дальнейшем позволило бы разработать весьма простую и недорогую технологию производства соответствующих утеплителей.

В качестве щелочносиликатного компонента сырьевых смесей использовали натриевое жидкое стекло с молярным модулем 2 (ЖС2, массовая концентрация 43,6%) или 3 (ЖС3, массовая концентрация 41,4%), в качестве отвердителей готовый портландцемент (ПЦ) Воскресенского завода (марка 500), доломитовая мука (ДМ, Киржач, Владимирская обл.), гипс (тех., Воскресенск),вСа2SiO4 (С2S, ч., РХТУ), каустический магнезит (КМ, тех.). Ввиду слишком интенсивной реакции с жидким стеклом гипса и отсутствия реакции у доломита перед использованием их подвергали термообработке (60 мин при 700°С) с целью дезактивации первого и активации второго (отвердители гипс700 и ДМ700). Все отвердители, кроме ПЦ и ДМ, были подвергнуты помолу и просеиванию через сито 46 мкм.

Таблица Сравнение свойств поризаторов, используемых для холодного вспенивания жидкостекольных композиций Поризатор Легкость диспер гирования в ЖС Зависи мость газообра зования от Ph Водоупроч няющее действие Газообразование,л На 1кг поризатора На 1 руб. стоимости поризатора Si   +   +     Al   +   +   + CO          + CaS           + H2O   +         CH2Cl            Эмульсия ГКЖ   +       + 0, В качестве поризатора использовали концентрированный водный раствор перекиси водорода (тех. пергидроль, массовая концентрация 37%). Такой выбор был сделан в результате анализа важнейших химических, технологических и техникоэкономических характеристик, используемых для жидкого стекла поризаторов (табл.1). Легко заметить, что H2O2 по экономической эффективности (газовыделение на 1 руб. стоимости) уступает только кремнию, карбиду кальция и сухому льду, значительно превосходя последние два по легкости диспергирования в ЖС (и отсутствию необходимости помола) и имея важные преимущества перед первым недефицитность и практическая независимость скорости газообразования от pH среды (в щелочной области). Кроме того, в отличие от других поризаторов, кроме сухого льда, H2O2 при разложении выделяет кислород – газ абсолютно нетоксичный и негорючий. В качестве катализатора разложения H2O2 использовали технический пиролюзит (МпО2).



Пеноматериалы готовили путем смешения компонентов сырьевых смесей в пластиковых контейнерах, в которых они вспенивались и затем сушились при 30°С в течение 2 суток. Водостойкость образцов (Н, %) оценивали по методу, использованному в работах [12] путем измерения процента потери нелетучих компонентов в результате 5минутного кипячения в 100кратном количестве дистиллированной воды. Для сравнения водостойкости образцов с различной кажущейся плотностью и различным содержанием остаточной воды использовали величину эффективной водостойкости, рассчитываемой по формуле [2] Q = 0,01 · r ·(1 – W / 100) · H, где Q – эффективная водостойкость (мг/см3);

       r кажущаяся плотность (кг/м3);

      W содержание летучих компонентов (%).

Часть приготовленных образцов исследовали методами рентгенофазового анализа (РФА, рентгендифрактометр Jeol JDS10 PA) и кинетикоспектрофотометрического молибдатного анализа (МА, спектральный колориметр Спекол10). Результаты последнего подвергались количественной обработке с помощью специальной компьютерной программы SIKIM [34], в результате которой рассчитывались основные параметры молекулярномассового распределения (ММР) силикатных анионов в образце (средняя основность анионов, массовые доли четырех основных фракций: мономера, димера, олигомеров и полимеров, а также средние основности олигомерной и полимерной фракций).

Оксиды, гидроксиды и соли (в т.ч. силикаты) щелочноземельных металлов и ранее использовались в качестве водоупрочняющих добавок к жидкому стеклу с целью получения водостойких пеноматериалов, главным образом, горячего вспенивания [57]. В отличие от атомов Al или Zn, чье водоупрочняющее действие основано на их способности замещать атомы кремния в кремнекислородных тетраэдрах с образованием кислотного центра со связанным катионом натрия, неспособным к гидролитическому выщелачиванию, атомы Са и Мg выступают в качестве модификаторов стеклообразной матрицы, замещая натрий и образуя нерастворимые в воде силикаты или гидросиликаты. На рис.1 показаны зависимости эффективной водостойкости безводных пеноматериалов (после термообработки при 550°С) от содержания кальцийсодержащих модификаторов в сырьевых смесях с жидким стеклом модуля 3. Видно, что модификаторы повышают водостойкость щелочносиликатного пеностекла в 5100 раз (для вспененного трисиликата натрия величина Q приблизительно равна 200) и во всех случаях, кроме СаО, с повышением содержания добавки водостойкость возрастает. Что касается СаО, то процесс модификации им жидкого стекла осложнен изза быстрой гидратации с образованием пленок обезвоженных гидросиликатов кальция и натрия, препятствующих полному протеканию реакции.

  Водосодержащие материалы, полученные путем сушки композиций жидких стекол с добавками и термообработки гидрогелей при 20150°С, также обладают повышенной водостойкостью по сравнению с немодифицированными натрийсиликатными гидрогелями и водными стеклами. Однако, как и в случае алюминий и цинкосодержащих модификаторов [1], водоупрочняющее действие модифицирующих элементов с ростом содержания воды снижается. На рис.2 показана эффективная водостойкость жидкостекольноцементных композиций, вспененных перекисью водорода, в зависимости от содержания воды. Сравнение с аналогичными зависимостями для жидкостекольных гидрогелей, модифицированных атомами В, Al и Zn [1], показывает, что при содержании воды 1520% исследованные здесь гидрогели более водостойки, чем модифицированные по зольгель технологии, а при содержании воды меньше 12% менее водостойки. В то же время образцы с влажностью 10% и ниже демонстрируют приемлемую водостойкость, не хуже безавтоклавного газобетона (Q=48 при W= 10,4%) или безводных пеносиликатов, приготовленных из жидкого стекла и молотого стеклобоя (Q=40). Интересно также, что при всех величинах W, кроме минимальной W=0.5%, водостойкость образцов, приготовленных на ЖС2, выше, чем образцов, приготовленных на ЖС3. Такой результат соответствует рекомендации, содержащейся во многих патентах, использовать для составления известковожидкостекольных и цементножидкостекольных композиций жидкое стекло пониженного модуля (22,5) для более полного прохождения катонообменной реакции и во избежание коагуляции смеси на поверхности зерен модификатора.





В результате анализа зависимости водостойкости вспененных образцов от содержания отвердителя и воды было установлено, что в условиях сушки пеноматериалов при температурах не выше 35°С приемлемую водостойкость (Q < 70) можно получить при содержании ПЦ не ниже 60% от жидкого стекла, гипса – 700 – не ниже 80%, доломита ДМ700 не ниже 120%. Для этих критических концентраций отвердителей время потери текучести составляло: ПЦ 25 мин. (ЖС2) и 10 мин. (ЖС3), гипс – 700 – соответственно 1,6 и 0,6 мин., ДМ700 – соответственно 200 и 120 мин. Исходя из совокупности данных по водостойкости и кинетики отверждения, наиболее перспективной системой была признана система ПЦ – ЖС2. Другая перспективная система с двухкомпонентным отвердителем была получена заменой части доломита в системе ДМ700 – ЖС3 на гипс 700, что позволяет значительно сократить сроки схватывания и несколько повысить водостойкость. Параметры лучших по водостойкости и реологии вспененных образцов естественной сушки приведены в табл. 2.

Таблица Показатели лучших образцов пеноматериалов естественной сушки, полученные в системах ЖС + отвердитель + H2O2 + МпО Показатели                                         Системы ПЦ+ ЖС ПЦ+ ЖС Гипс+ ЖС ДМ+ ЖС ДМ+Гипс+ ЖС Содержание отвердителя,% от ЖС   100+ Время потери текучести,мин       5, Плотность,кг.м     Прочность на сжатие,МПа 1,  0,  0, 1, 0, Влажность,% 12,   13,   12, 16, 17, Эффективная водостойкость,мг/см             Согласно большинству исследований, взаимодействие оксидов и силикатов кальция и магния с жидким стеклом происходит через промежуточную стадию образования гидроксидов Ca(ОН)2 и Мg(ОН)2 [3,8,9]. В свою очередь, реакция гидроксида кальция с силикатом натрия изучена достаточно хорошо и служит одним из способов получения кристаллических и аморфных силикатов кальция. Это касается, однако, только разбавленных растворов. Реакции же в высококонцентрированных системах жидкое стекло – твердый Ca(ОН)2 до сих пор слабо исследованы, что связано с аморфным характером и плохой сформированностью большинства продуктов. Считается, что наряду с аморфными силикатами, гидросиликатами и гидроксосиликатами кальция при реакции образуется гель низкоосновного кальциевого гидросиликата с адсорбированным на нем Ca(ОН)2 [3,9].

Для выяснения химического механизма взаимодействия использованных отвердителей с жидким стеклом продукты взаимодействия в модельных системах были исследованы методами РФА и МА. Для этого были приготовлены 33%е суспензии отвердителей (С2S, КПЦ, СаSO4. и МgO) в ЖС2. После трехсуточного нахождения в закрытых контейнерах смеси выгружали из них и сушили на открытом воздухе 20 ч. при 30°С.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.