Некоторые особенности формирования свойств пеностекла
На основе анализа литературных данных и обобщения результатов наших исследований отметим некоторые общие закономерности формирования важнейших свойств пеностекла.
Сравнение прочностных свойств влагозащитного и акустического пеностекла, существенно различающихся характером структуры, свидетельствует об изменении механической прочности его в зависимости от структуры, которая является функцией состава пенообразующей смеси. В связи с этим при необходимости получения пеностекла с максимальной прочностью основное внимание следует уделять синтезу новых составов пенообразующих смесей, критериями оценки которых являются дисперсность стекла и газообразователя, их взаимная активность, реологические свойства исходного стекла и пеномассы в период формирования пеностекла, склонность спеков смеси к кристаллизации. Последнее необходимо рассматривать с учетом не только свойств стекла, но и состава смеси, так как менее активные газообразователи (антрацит, кокс, карбиды, карбонаты, бариты и др.) стимулируют кристаллизацию стекла с поверхности. Наиболее активные газообразователи содержат лишь те составляющие, которые непосредственно участвуют в реакциях газо - и пенообразования. Такими материалами являются высокодисперсные сажи, содержащие максимальное количество углерода в активной форме, газообразный водород и сорбированную воду. Применение высокодисперсных газообразователей способствует также получению мелкопористого пеностекла с минимальной объемной массой, приведенная прочность которого самая высокая.
При длительном пребывании пеностекла в воде прочность его снижается с повышением величины начального (суточного) водопоглощения, что связано с разрушением структуры в результате гидролитического действия воды. Поэтому при получении пеностекла для изоляции низкотемпературных объектов необходимо учитывать химическую устойчивость исходного стекла и возможность получения изоляционного материала с замкнутой мелкопористой структурой.
Прочностные свойства пеностекла при положительной температуре (20—500 °С) такие же, как и у низкопрочных силикатных стекол. В области отрицательных температур (от —20 до —180°С) сопротивление сжатию повышается на 20—33%, а сопротивление изгибу снижается на 42—48%- Причиной таких изменений является возрастающая с понижением температуры «хрупкость» стекла вследствие увеличения его модуля упругости и снижения удельной ударной вязкости. Эти зависимости должны учитываться при синтезе новых составов стекол для получения высокопрочного пеностекла, использование которого предполагается в несущих строительных конструкциях. Для теплоизоляционного (самонесущего), акустического и облицовочного пеностекла изменение прочности исходного стекла можно не учитывать, так как влияние ее на изменение прочности такого пеностекла невелико.
По показателю морозостойкости пеностекло оценивается положительно в воздушно-сухом состоянии и отрицательно при чередующихся теплосменах по схеме вода — холод — вода. Лучшие его виды (1^^0,5 об. %) в этих условиях выдерживают всего лишь несколько теплосмен. Эти свойства пеностекла не связаны с условиями его получения, а являются результатом своеобразной структуры материала и отсутствия капиллярного подсоса в стекле, что приводит к разрушению образцов с поверхности в результате деструктивного действия льда при чередующемся замораживании и оттаивании.
Теплофизические свойства пеностекла зависят от состава пенообразующей смеси, ее свойств, температурно-временного режима получения. Наиболее благоприятные условия для получения пеностекла с минимальным значением к (0,048— 0,05 ккал/ (м-ч-°С)) обнаружены при применении высокодисперсных пенообразующих смесей с углеродистыми газообразо- вателями, обеспечивающими получение мелкопористого пеностекла с замкнутыми ячейками, степень целостности которых может оцениваться величиной суточного водопоглощения 1%).
Отрицательно влияют на получение пеностекла с лучшими теплофизическими свойствами склонность стекла к кристаллизации и ускоренное охлаждение изделий при отжиге, особенно на заключительных этапах (460—20 °С).
Снижение давления газов в замкнутых ячейках при температуре эксплуатации, так же как и дополнительная подпрессов - ка пеномассы, способствует снижению коэффициента теплопроводности. По мере снижения разрежения в ячейках с 760 до 500 мм рт. ст. % пеностекла одинаковой объемной массы незначительно повышается с ростом температуры, что свидетельствует об ослаблении конвективного теплообмена в самом материале. Взаимосвязь теплопроводности и давления газов внутри замкнутых ячеек ранее не учитывалась, и в связи с этим перед технологами не ставилась задача о снижении К за счет регулирования степени насыщения пеностекла газами.
С повышением влажности пеностекла % изменяется более сложно, особенно в области отрицательной температуры. Здесь также проявляется влияние разрежения в ячейках, поскольку это связано с локализацией влаги в материале и созданием фронта фазовых превращений влаги. Поэтому при анализе зависимости X = f(W) следует учитывать не только наличие влаги в материале, но и распределение ее по объему, которое происходит по-разному в зависимости от скорости капиллярного подсоса.
Таким образом, для изученных видов теплофизические свойства пеностекла в широком диапазоне могут регулироваться условиями их получения.
Исследование теплофизических и сорбционных свойств строительного пеностекла показало, что, исходя из действующих СН и П [419, 420], термическое сопротивление обычных конструкций в гражданском и промышленном строительстве обеспечивается при толщине изоляции 50—60 мм. Когда ограждающие конструкции по условиям эксплуатации должны быть комбинированными, толщина изоляционного слоя еще меньше. В связи с этим можно сделать важный в технологическом отношении вывод относительно оптимальной высоты вспенивания пеностекла. В СССР и других странах высота вспениваемых блоков колеблется в пределах 100—200 мм, что с точки зрения технологии нерационально, так как требует дополнительной переработки блоков на пластины меньшей толщины (ЧССР, ГДР, США, Япония и др.), удлинения продолжительности отжига, а в отдельных случаях повторного отжига.
Результаты выполненных нами исследований подтверждают целесообразность производства изоляционного строительного пеностекла непрерывным способом, где процессы вспенивания и отжига наиболее выгодно вести при высоте ленты, равной 50—60 мм.