Пористая стеклокерамика из опоки, кальцинированной соды и корректирующих добавок

Пеностекло и вспененные стеклокерамические материалы обладают целым рядом уникальных свойств. Они химически стойкие, легкие, прочные, не горят, плохо пропускают тепло и звук и т.д. Их применяют как в частном строительстве, так и при возведении особо ответственных объектов. В статье подтверждена возможность использования опоки в качестве сырья для получения пористой стеклокерамики (ПСК) за один нагрев шихты методом порошкового вспенивания. Опоку, кальцинированную соду и корректирующие добавки (мел, глина) размалывали совместно в сухом состоянии, засыпали в жаростойкие формы и обжигали. Установлены температурные интервалы спекания и вспенивания шихты на основе опоки, влияние добавок на макроструктуру и свойства пористой стеклокерамики. Результаты получены методами термического анализа (ТА), рентгенофазового анализа (РФА) и др. Мел и глина в составе шихты оказывают существенное влияние на температуру ее спекание и вспенивание при нагревании, а также фазовый состав образцов ПСК. В результате получены образцы с мелкопористой структурой в форме блоков размером 500×500×200 мм со средней плотностью от 190 кг/м³ до 1535 кг/м³, прочностью при сжатии от 2 МПа до 116 МПа и с коэффициентом теплопроводности от 0,06 Вт/м∙°С до 0,61 Вт/м∙°С. Пористая стеклокерамика на основе опок, кальцинированной соды и корректирующих добавок (мел, глина) по физико-механическим и теплофизическим свойствам превосходит многие аналоги и может быть использована в качестве конструкционных, теплоизоляционных и других видов строительных материалов при строительстве, ремонте и реконструкции объектов различного назначения.

1. König J., Lopez-Gil A., Cimavilla-Roman P., Rodriguez-Perez M.A., Petersen R.R., Østergaard 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.2020.118574

2. Cao J., Lu J., Jiang L., Wang Z. Sinterability, microstructure and compressive strength of porous glass-ceramics from metallurgical silicon slag and waste glass // Ceramics International. 2016. Vol. 42(8). Pp. 10079–10084. doi: 10.1016/J.CERAMINT.2016.03.113

3. Guo 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(10): Pp. 14645–14651. doi: 10.1016/j.ceramint.2015.07.186

4. Kyaw 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.2017.07.214

5. Yatsenko E.A., Ryabova A.V., Goltsman B.M. Development of fiber-glass composite coatings for protection of steel oil pipelines from internal and external corrosion // Chernye Metally. 2019. No. 12. Pp. 46–51.

6. Hisham 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(3). 570. doi: 10.3390/ma14030570

7. Yatsenko E.A, Goltsman B.M, Kosarev A.S, Karandashova N.S, Smolii V.A, Yatsenko L.A. Synthesis of Foamed Glass Based on Slag and a Glycerol Pore-Forming Mixture // Glass Physics and Chemistry. 2018. Vol. 44(2). Pp. 152–155. doi: 10.1134/S1087659618020177

8. Liu T., Li X., Guan L., Liu P., Wu T., Li Z., Lu A. Low-cost and environment-friendly ceramic foams made from lead-zinc mine tailings and red mud: Foaming mechanism, physical, mechanical and chemical properties // Ceramics International. 2016. 42(1). Pp. 1733–1739. doi: 10.1016/j.ceramint.2015.09.131

9. Ivanov K.S. Associated Synthesis of Microgranular Foam-Glass-Ceramic from Diatomaceous Shales // Glass and Ceramics (English translation of Steklo i Keramika). 2022. Vol. 79: Pp. 234–238. doi: 10.1007/s10717-022-00491-4

10. Kazantseva L.K, Rashchenko S.V. Optimization of porous heat-insulating ceramics manufacturing from zeolitic rocks // Ceramics International. 2016. Vol. 42(16): Pp. 19250–19256. doi: 10.1016/j.ceramint.2016.09.091

11. Yatsenko E.A, Smolii V.A, Goltsman B.M, Ryabova A.V, Klimova L.V, Goltsman N.S. Optimal Fractional Composition of Batch for Synthesis of Foam-Glass Materials Based on Diatomite from the Chernoyarskoe Deposit // Glass and Ceramics (English translation of Steklo i Keramika). 2019. Vol. 75. Pp. 391–393. doi: 10.1007/s10717-019-00092-8

12. Huo W., Yan S., Wu J.-M., Liu J., Chen Y., Qu Y., Tang X., Yang J. A novel fabrication method for glass foams with small pore size and controllable pore structure // Journal of the American Ceramic Society. 2017. Vol. 100(12). Pp. 5502–5511. doi: 10.1111/jace.15089

13. König J., Petersen R.R., Iversen N., Yue Y. Application of foaming agent–oxidizing agent couples to foamed-glass formation // Journal of Non-Crystalline Solids. 2021. Vol. 553. 120469. doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2020.120469

14. Xi C., Zheng F., Xu J., Yang W., Peng Y., Li Y., Li P., Zhen Q., Bashir S., Liu J.L. Preparation of glass-ceramic foams using extracted titanium tailing and glass waste as raw materials // Construction and Building Materials. 2018. Vol. 190. Pp. 896–909. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.09.170

15. Rodin A., Ermakov A., Erofeeva I., Erofeev V. Effect of Chlorides Content on the Structure and Properties of Porous Glass Ceramics Obtained from Siliceous Rock // Materials. 2022. Vol. 15(9). 3268. doi: 10.3390/ma15093268

16. Rodin A.I., Ermakov A.A., Kyashkin V.M., Rodina N.G., Erofeev V.T. Processes of foaming and formation of the structure of porous glass ceramics from siliceous rocks // Magazine of Civil Engineering. 2023. Vol. 121(5). 12109. doi: 10.34910/MCE.121.9

17. Rodin A.I., Ermakov A.A., Erofeeva I.V., Erofeev V.T. Structure and properties of porous glass ceramics from siliceous rocks with the addition of Mg(OH)2 // Materials Physics and Mechanics. 2023. Vol. 51(5). Pp. 127–141. doi: 10.18149/MPM.5152023_13

18. Jia R., Deng L., Yun F., Li H., Zhang X., Jia X. Effects of SiO2/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.2019.05.065

19. Li Y., Zhao L.-H., Wang Y.-K., Cang D.-Q. Effects of Fe2O3 on the properties of ceramics from steel slag // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2018. Vol. 25(4). Pp. 413–419. doi: 10.1007/s12613-018-1586-7

20. Costa F.P.D., Morais C.R.D.S., Pinto H.C., Rodrigues A.M. Microstructure and physico-mechanical properties of Al2O3-doped sustainable glass-ceramic foams // Materials Chemistry and Physics. 2020. Vol. 256. 123612. doi: 10.1016/j.matchemphys.2020.123612

21. Kahlenberg V., Girtler D., Arroyabe E., Kaindl R., Többens D.M. Devitrite (Na2Ca3Si6O16) – structural, spectroscopic and computational investigations on a crystalline impurity phase in industrial soda-lime glasses // Mineralogy and Petrology. 2010. Vol. 100. Pp. 1–9. doi: 10.1007/s00710-010-0116-8

22. 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.2019.04.226

23. Beregovoi V.A., Sorokin D.S., Beregovoi A.M. Glass-crystalline materials of a cellular structure, formed by vibration foaming technology // Defect and Diffusion Forum. 2021. Vol. 410. Pp. 823–828. doi: 10.4028/www.scientific.net/DDF.410.823

24. Erofeev V.T., Korotaev S.A., Vatin N.I. Deformation and Heat-Insulating Characteristics of Light Concrete on Porous Burned Binder Under Heating // Materials Physics and Mechanics. 2023. Vol. 51(1). Pp. 33–41. doi: 10.18149/MPM.5112023_4