constructionСтроительство и реконструкцияBuilding and Reconstruction2073-7416Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева10.33979/2073-7416-2022-101-3-119-130construction-485Research ArticleСТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИCONSTRUCTION MATERIALS AND TECHNOLOGIESВЛИЯНИЕ АЛЮМОСИЛИКАТОВ НА СВОЙСТВА ПОРИСТОЙ СТЕКЛОКЕРАМИКИ ИЗ КРЕМНИСТЫХ ПОРОДINFLUENCE OF ALUMINOSILICATES ON THE PROPERTIES OF POROUS GLASS CERAMICS FROM SILICEOUS ROCKSРОДИНА. И.RODINA. I.

Родин Александр Иванович, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры строительных материалов и технологий

г. Саранск

Rodin Aleksander I., candidate of technical sciences, docent, associate professor of the department of building materials and technologies

Saransk

AL_Rodin@mail.ruЕРМАКОВА. А.ERMAKOVA. A.

Ермаков Анатолий Анатольевич, аспирант кафедры строительных материалов и технологий

г. Саранск

Ermakov Anatoly A., postgraduate student of the department of building materials and technologies

Saransk

anatoly.ermakov97@mail.ruАБРАШИНП. И.ABRASHINP. I.

Абрашин Павел Иванович, лаборант кафедры строительных материалов и технологий

г. Саранск

Abrashin Pavel I., laboratory assistant of the department of building materials and technologies

Saransk

abrashin00@mail.ruЕРОФЕЕВВ. Т.EROFEEVV. T.

Ерофеев Владимир Трофимович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительных материалов и технологий

г. Саранск

Erofeev Vladimir Т., doctor of technical sciences, professor, head of the department of building materials and technologies

Saransk

yerofeevvt@mail.ruНациональный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. ОгарёваNational Research Ogarev Mordovia State University20222307202203119130Copyright © РОДИН А.И., ЕРМАКОВ А.А., АБРАШИН П.И., ЕРОФЕЕВ В.Т., 20222022РОДИН А.И., ЕРМАКОВ А.А., АБРАШИН П.И., ЕРОФЕЕВ В.Т.RODIN A.I., ERMAKOV A.A., ABRASHIN P.I., EROFEEV V.T.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://construction.elpub.ru/jour/article/view/485

В статье представлены результаты исследования структуры, физико-механических и теплофизических свойств стеклокерамических материалов. Шихту для изготовления образцов получали из кремнистых пород, каолина, бентонита, Na2CO3 и KCl. В планетарной шаровой мельнице проводили совместную механохимическую активацию компонентов. Полученную шихту обжигали в муфельной печи при температуре 850 °С. Экспериментальные результаты получены с применением метода рентгенофазового анализа (РФА). Определены физико-механические и теплофизические свойства образцов. Разработанные материалы (в форме блоков) имеют кажущуюся плотность от 308 до 409 кг/м3, прочность при изгибе до 3,2 МПа и сжатии до 13 МПа, коэффициент теплопроводности от 0,081 до 0,107 Вт/м•°С, предельную температуру эксплуатации до 890 °С включительно. Материалы по многим показателям превосходят пеностекло и стеклокерамику из отходов промышленного производства. Разработанные материалы рекомендуется использовать в качестве теплоизоляции при строительстве объектов промышленного и гражданского назначения.

The article presents the results of the study of the structure, physical-mechanical and thermophysical properties of glass-ceramic materials. The charge mixture for the production of samples was obtained from siliceous rocks, kaolin, bentonite, Na2CO3 and KCl. Joint mechanochemical activation of the components was carried out in a planetary ball mill. The charge mixture obtained was fired in a muffle furnace at a temperature of 850 °C. The experimental results were obtained using the method of X-ray phase (XRF) analysis. The physical-mechanical and thermophysical properties of the samples are determined. The developed materials (in the form of blocks) have an apparent density of 308 to 409 kg/m3 , flexural strength up to 3.2 MPa and compressive strength up to 13 MPa, thermal conductivity from 0.081 to 0.107 W/m•°С, limiting operating temperature up to 890 °С inclusive. The materials obtained are superior in many respects to foam glass and glass ceramics from industrial waste. They can be used as thermal insulation in the construction of industrial and civil facilities

пористая стеклокерамикакремнистые породыалюмосиликатыфизико-механические свойстватеплопроводностьпредельная температура эксплуатацииporous glass ceramicssiliceous rocksaluminosilicatesphysical-mechanical propertiesthermal conductivitylimiting operating temperatureИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 21-79- 10422).ReferencesFernandes H.R., Tulyaganov D.U., Ferreira J.M.F. Preparation and characterization of foams from sheet glass and fly ash using carbonates as foaming agents. Ceramics International. 2009. Vol. 35. No. 1. Pp. 229–235. doi:10.1016/j.ceramint.2007.10.019Fernandes H.R., Tulyaganov D.U., Ferreira J.M.F. Preparation and characterization of foams from sheet glass and fly ash using carbonates as foaming agents. Ceramics International. 2009. Vol. 35. No. 1. Pp. 229–235. doi:10.1016/j.ceramint.2007.10.019Guo H., Ye F., Li W., Song X., Xie G. Preparation and characterization of foamed microporous mullite ceramics based on kyanite. Ceramics International. 2015. Vol. 41. No. 10. Pp. 14645–14651. doi:10.1016/j.ceramint.2015.07.186Guo H., Ye F., Li W., Song X., Xie G. Preparation and characterization of foamed microporous mullite ceramics based on kyanite. Ceramics International. 2015. Vol. 41. No. 10. Pp. 14645–14651. doi:10.1016/j.ceramint.2015.07.186Konig J., Lopez-Gil A., Cimavilla-Roman P., Rodriguez-Perez M.A., Petersen R.R., Ostergaard M.B., Iversen N., Yue Y., Spreitzer M. Synthesis and properties of open- and closed-porous foamed glass with a low density. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 247. 118574. doi:10.1016/j.conbuildmat.2020.118574Konig J., Lopez-Gil A., Cimavilla-Roman P., Rodriguez-Perez M.A., Petersen R.R., Ostergaard M.B., Iversen N., Yue Y., Spreitzer M. Synthesis and properties of open- and closed-porous foamed glass with a low density. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 247. 118574. doi:10.1016/j.conbuildmat.2020.118574Zhu M., Ji R., Li Z., Wang H., Liu L., Zhang Z. Preparation of glass ceramic foams for thermal insulation applications from coal fly ash and waste glass. Construction and Building Materials. 2016. Vol. 112. Pp. 398–405. doi:10.1016/j.conbuildmat.2016.02.183Zhu M., Ji R., Li Z., Wang H., Liu L., Zhang Z. Preparation of glass ceramic foams for thermal insulation applications from coal fly ash and waste glass. Construction and Building Materials. 2016. Vol. 112. Pp. 398–405. doi:10.1016/j.conbuildmat.2016.02.183Cao J., Lu J., Jiang L., Wang Z. Sinterability, microstructure and compressive strength of porous glassceramics from metallurgical silicon slag and waste glass. Ceramics International. 2016. Vol. 42. No. 8. Pp. 10079–10084. doi:10.1016/j.ceramint.2016.03.113Cao J., Lu J., Jiang L., Wang Z. Sinterability, microstructure and compressive strength of porous glassceramics from metallurgical silicon slag and waste glass. Ceramics International. 2016. Vol. 42. No. 8. Pp. 10079–10084. doi:10.1016/j.ceramint.2016.03.113Kyaw Oo D'Amore G., Caniato M., Travan A., Turco G., Marsich L., Ferluga A., Schmid C. Innovative thermal and acoustic insulation foam from recycled waste glass powder. Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 165. Pp. 1306–1315. doi:10.1016/j.jclepro.2017.07.214Kyaw Oo D'Amore G., Caniato M., Travan A., Turco G., Marsich L., Ferluga A., Schmid C. Innovative thermal and acoustic insulation foam from recycled waste glass powder. Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 165. Pp. 1306–1315. doi:10.1016/j.jclepro.2017.07.214Яценко Е.А., Рябова А.В., Гольцман Б.М. Разработка стеклокомпозиционных покрытий для защиты стальных нефтепроводов от внутренней и внешней коррозии // Черные металлы. 2019. №12. С. 46–51.Yatsenko E.A., Ryabova A.V., Goltsman B.M. Razrabotka steklokompozicionnyh pokrytij dlya zashchity stal'nyh nefteprovodov ot vnutrennej i vneshnej korrozii [Development of fiber-glass composite coatings for protection of steel oil pipelines from internal and external corrosion]. Chernye metally [Ferrous metals]. 2019. No. 12. Pp. 46–51.Яценко Е.А., Гольцман Б.М., Косарев А.С., Карандашова Н.С., Смолий В.А., Яценко Л.А. Синтез пеношлакостекла на основе глицериновой порообразующей смеси // Сборник тезисов международной конференции: «Стекло: наука и практика». Санкт-Петербург: ЛЕМА, 2017. С. 214–215.Yatsenko E.A., Goltsman B.M., Kosarev A.S., Karandashova N.S., Smolii V.A., Yatsenko L.A. Sintez penoshlakostekla na osnove glicerinovoj poroobrazuyushchej smesi [The synthesis of foamed slag glass based on the glycerol pore-forming mixture]. Sbornik tezisov mezhdunarodnoj konferencii: «Steklo: nauka i praktika» [Collection of abstracts of the international conference: "Glass: science and practice"]. Saint Petersburg: LEMA, 2017. Pp. 214-215.Ji R., Zheng Y., Zou Z., Chen Z., Wei S., Jin X., Zhang M. Utilization of mineral wool waste and waste glass for synthesis of foam glass at low temperature. Construction and Building Materials. 2019. Vol. 215. Pp. 623–632. doi:10.1016/j.conbuildmat.2019.04.226Ji R., Zheng Y., Zou Z., Chen Z., Wei S., Jin X., Zhang M. Utilization of mineral wool waste and waste glass for synthesis of foam glass at low temperature. Construction and Building Materials. 2019. Vol. 215. Pp. 623–632. doi:10.1016/j.conbuildmat.2019.04.226Jia R., Deng L., Yun F., Li H., Zhang X., Jia X. Effects of SiO<sub>2</sub>/CaO ratio on viscosity, structure, and mechanical properties of blast furnace slag glass ceramics. Materials Chemistry and Physics. 2019. Vol. 233. Pp. 155–162. doi:10.1016/j.matchemphys.2019.05.065Jia R., Deng L., Yun F., Li H., Zhang X., Jia X. Effects of SiO<sub>2</sub>/CaO ratio on viscosity, structure, and mechanical properties of blast furnace slag glass ceramics. Materials Chemistry and Physics. 2019. Vol. 233. Pp. 155–162. doi:10.1016/j.matchemphys.2019.05.065Hisham N.A.N., Zaid M.H.M., Aziz S.H.A., Muhammad F.D. Comparison of foam glass-ceramics with different composition derived from ark clamshell (ACS) and soda lime silica (SLS) glass bottles sintered at various temperatures. Materials. 2021. Vol. 14. No. 3. 570. doi:10.3390/ma1403057Hisham N.A.N., Zaid M.H.M., Aziz S.H.A., Muhammad F.D. Comparison of foam glass-ceramics with different composition derived from ark clamshell (ACS) and soda lime silica (SLS) glass bottles sintered at various temperatures. Materials. 2021. Vol. 14. No. 3. 570. doi:10.3390/ma14030570Zeng L., Sun H., Peng T., Zheng W. Preparation of porous glass-ceramics from coal fly ash and asbestos tailings by high-temperature pore-forming. Waste Management. 2020. Vol. 106. Pp. 184–192. doi:10.1016/j.wasman.2020.03.008Zeng L., Sun H., Peng T., Zheng W. Preparation of porous glass-ceramics from coal fly ash and asbestos tailings by high-temperature pore-forming. Waste Management. 2020. Vol. 106. Pp. 184–192. doi:10.1016/j.wasman.2020.03.008.Romero A.R., Toniolo N., Boccaccini A.R., Bernardo E. Glass-ceramic foams from 'weak alkali activation' and gel-casting of waste glass/fly ash mixtures. Materials. 2019. Vol. 12. No. 4. 588. doi:10.3390/ma12040588Romero A.R., Toniolo N., Boccaccini A.R., Bernardo E. Glass-ceramic foams from 'weak alkali activation' and gel-casting of waste glass/fly ash mixtures. Materials. 2019. Vol. 12. No. 4. 588. doi:10.3390/ma12040588.Иванов К.С. Методы активации шихты при получении пеностеклокерамики // Новые огнеупоры. 2018. №4. С. 107–110. doi:10.17073/1683-4518-2018-4-107-110Ivanov K.S. Metody aktivacii shihty pri poluchenii penosteklokeramiki [Methods of the burden materials activation when the foam glass-ceramics manufacturing]. Novye ogneupory [New refractories]. 2018. No. 4. Pp. 107–110. doi:10.17073/1683-4518-2018-4-107-110Kazantseva L.K., Rashchenko S.V. Optimization of porous heat-insulating ceramics manufacturing from zeolitic rocks. Ceramics International. 2016. Vol. 42. No. 16. Pp. 19250–19256. doi:10.1016/j.ceramint.2016.09.091Kazantseva L.K., Rashchenko S.V. Optimization of porous heat-insulating ceramics manufacturing from zeolitic rocks. Ceramics International. 2016. Vol. 42. No. 16. Pp. 19250–19256. doi:10.1016/j.ceramint.2016.09.091Yatsenko E.A., Goltsman B.M., Klimova L.V., Yatsenko L.A. Peculiarities of foam glass synthesis from natural silica-containing raw materials. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2020. Vol. 142. No. 1. Pp. 119–127. doi:10.1007/s10973-020-10015-3Yatsenko E.A., Goltsman B.M., Klimova L.V., Yatsenko L.A. Peculiarities of foam glass synthesis from natural silica-containing raw materials. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2020. Vol. 142. No. 1. Pp. 119–127. doi:10.1007/s10973-020-10015-3Zhimalov A.A., Bondareva L.N., Igitkhanyan Y.G., Ivashchenko Y.G. Use of Amorphous Siliceous Rocks – Opokas to Obtain Foam Glass with Low Foaming Temperature. Glass and Ceramics. 2017. Vol. 174. Pp. 13–15. doi:10.1007/s10717-017-9916-1Zhimalov A.A., Bondareva L.N., Igitkhanyan Y.G., Ivashchenko Y.G. Use of Amorphous Siliceous Rocks – Opokas to Obtain Foam Glass with Low Foaming Temperature. Glass and Ceramics. 2017. Vol. 174. Pp. 13–15. doi:10.1007/s10717-017-9916-1Kruszewski L., Palchik V., Vapnik Y., Nowak K., Banasik K., Galuskina I. Mineralogical, geochemical, and rock mechanic characteristics of zeolite-bearing rocks of the hatrurim basin, Israel. Minerals. 2021. Vol. 11. No. 10. 1062. doi:10.3390/min11101062Kruszewski L., Palchik V., Vapnik Y., Nowak K., Banasik K., Galuskina I. Mineralogical, geochemical, and rock mechanic characteristics of zeolite-bearing rocks of the hatrurim basin, Israel. Minerals. 2021. Vol. 11. No. 10. 1062. doi:10.3390/min11101062Eрофеев В.Т., Родин А.И., Кравчук А.С., Ермаков А.А. Физико-механические и теплофизические свойства пеностеклокерамики на основе кремнеземсодержащей породы // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2019. №5. С. 8–15. doi:10.34031/article_5cd6df461d0fd5.98177374Erofeev V.T., Rodin A.I., Kravchuk A.S., Ermakov A.A. Fiziko-mekhanicheskie i teplofizicheskie svojstva penosteklokeramiki na osnove kremnezemsoderzhashchej porody [Physico-mechanical and thermophysical properties of foam-glass ceramics based on silica rock]. Vestnik BGTU im. V.G. Shuhova [Bulletin of BSTU named after V.G. Shukhov]. 2019. No. 5. Pp. 8–15. doi:10.34031/article_5cd6df461d0fd5.98177374Родин А.И., Ермаков А.А. Физико-механические свойства пеностеклокерамики на основе кремнистых пород с высоким содержанием CaCO<sub>3</sub> // Огарев-online. 2021. №6. Режим доступа: http://journal.mrsu.ru/arts/fiziko-mexanicheskie-svojstva-penosteklokeramiki-na-osnove-kremnistyx-porod-s-vysokimsoderzhaniem-caco3Rodin A.I., Ermakov A.A. Fiziko-mekhanicheskie svojstva penosteklokeramiki na osnove kremnistyh porod s vysokim soderzhaniem CaCO<sub>3</sub> [Physico-mechanical properties of silica-based foam glass ceramics with high content of CaCO<sub>3</sub>]. Ogarev-online. 2021. No. 6. Access mode: http://journal.mrsu.ru/arts/fiziko-mexanicheskie-svojstvapenosteklokeramiki-na-osnove-kremnistyx-porod-s-vysokim-soderzhaniem-CaCO3Родин А.И., Ермаков А.А. Теплофизические свойства пеностеклокерамики на основе кремнистых пород // Вестник ПГУАС: строительство, наука и образование. 2020. №2(11). С. 49–55.Rodin A.I., Ermakov A.A. Teplofizicheskie svojstva penosteklokeramiki na osnove kremnistyh porod [Thermophysical properties of silica-based foam glass ceramic]. Vestnik PGUAS: stroitel'stvo, nauka i obrazovanie [PGUAS Bulletin: construction, science and education]. 2020. No. 2(11). Pp. 49–55.Costa F.P.D., Morais C.R.D.S., Pinto H.C., Rodrigues A.M. Microstructure and physico-mechanical properties of Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-doped sustainable glass-ceramic foams. Materials Chemistry and Physics. 2020. Vol. 256. 123612. doi:10.1016/j.matchemphys.2020.123612Costa F.P.D., Morais C.R.D.S., Pinto H.C., Rodrigues A.M. Microstructure and physico-mechanical properties of Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-doped sustainable glass-ceramic foams. Materials Chemistry and Physics. 2020. Vol. 256. 123612. doi:10.1016/j.matchemphys.2020.123612Keyvani N., Marghussian V.K., Rezaie H.R., Kord M. Effect of Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> content on crystallization behavior, microstructure, and mechanical properties of SiO<sub>2</sub>–Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>–CaO–MgO glass-ceramics. International Journal of Applied Ceramic Technology. 2011. Vol. 8. No. 1. Pp. 203–213. doi:10.1111/j.1744-7402.2009.02428.xKeyvani N., Marghussian V.K., Rezaie H.R., Kord M. Effect of Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> content on crystallization behavior, microstructure, and mechanical properties of SiO<sub>2</sub>–Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>–CaO–MgO glass-ceramics. International Journal of Applied Ceramic Technology. 2011. Vol. 8. No. 1. Pp. 203–213. doi:10.1111/j.1744-7402.2009.02428.xEрофеев В.Т., Родин А.И., Кравчук А.С., Ермаков А.А. Исследование фазовых превращений в шихте (трепел: Na2CO3) для пеностеклокерамики // Региональная архитектура и строительство. 2019. № 3(40). С.16–23.Erofeev V.T., Rodin A.I., Kravchuk A.S., Ermakov A.A. Issledovanie fazovyh prevrashche-nij v shihte (trepel : Na2CO3) dlya penosteklokeramiki [Study of phase transformations in charge (tripoli: Na2CO3) for glass ceramic foams]. Regional'naya arhitektura i stroitel'stvo [Regional Architecture and Engineering]. 2019. No. 3(40). Pp. 16–23.Милло Ж. Геология глин (выветривание, седиментология, геохимия). Ленинград: Недра, 1968. 369 с.Millo J. Geologiya glin (vyvetrivanie, sedimentologiya, geohimiya) [Geology of clays (weathering, sedimentology, geochemistry)]. Leningrad: Nedra, 1968. 369 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.