Строительство цеха по производству пеностекла

Минерально-сырьевые ресурсы края достаточно разнообразны. Основные из них: природный газ, нефть, медь, полиметаллы, каменный уголь, минеральные строительные материалы (доломиты, известняки, гипс, разнообразные глины, ракушечник, стекольные пески и пр.). Обнаружены залежи барита, асбеста, глауберовой и поваренной соли

Крупнейшие месторождения края следует рассматривать как крупные сочетания природных ресурсов и осваивать их комплексно, давая народному хозяйству более дешевые строительные материалы. В настоящее время используется не более 45 - 50 % пород, остальное идет в отвалы.

Запасы разведанного сырья для производства кирпича и черепицы - 90 млн. м³, керамзита - 12 млн. м³, силикатных изделий - 125 млн. м³, песчано-гравийных материалов - 290 млн. м³, строительного камня - 170 млн. м³, стекла - 4, 6 млн. т.

Ставропольский край богат месторождениями стекольных песков. Интенсивно разрабатываются месторождения в Благодарненском районе: Спасское и Благодарненское месторождения. Разработка данных месторождений актуальна в настоящее время, тем более, что существующие месторождения стекольных песков, такие как, Ташлинское и Раменское, находятся на пределе добычи, а песок, как известно, составляет порядка 70% сырьевых материалов, требующихся для производства стеклянного изделия.

1.3 Источники топлива

Современное состояние промышленного и гражданского строительства подразумевает широкое использование теплоизоляционных материалов. Проблема энергосбережения при эксплуатации зданий выдвигает жесткие требования к стеновым строительным материалам с точки зрения эффективности их теплоизоляционных свойств. Поэтому перед промышленностью стоит задача обеспечить народное хозяйство высокоэффективными теплоизоляционными материалами.

Одним из таких материалов является пеностекло, в котором удачно сочетается огнестойкость, биологическая устойчивость, экологическая чистота и долговечность с хорошими теплофизическими характеристиками. Пеностеклом называется ячеистый строительный материал, получаемый путем спекания тонко измельченного порошка, образующего стенки открытых или закрытых пор, полученных введением в состав пенообразователя [ ]. Пеностекло - легкий, экологически чистый материал, представляющий собой затвердевшую стеклянную пену. Оно по комплексу технических свойств превосходит практически все теплоизоляционные материалы.

Низкая теплопроводность (0,06 Вт/м²К), высокие морозостойкость, химическая и биологическая устойчивость, механическая прочность при относительно невысокой себестоимости производства обеспечивают ему широкое применение для теплоизоляции жилых и промышленных зданий, тепловых агрегатов, холодильных установок, звукоизоляции помещений.

Пеностекло является грубодисперсной системой, газообразная дисперсная фаза которой распределена в меньшей по объему дисперсной среде - стекломассе. Газовая фаза в пеностекле занимает 80 - 95%, а стекловидная - соответственно 5 - 20% объема. В зависимости от химического состава применяемых газообразователей в газовой фазе пеностекла могут содержаться: углекислый газ, оксид углерода, сернистый газ, сероводород, пары воды, кислород, азот. Химический состав стекловидной фазы практически тот же, что и исходного стекольного порошка [ ].

В зависимости от технологического режима обработки шихты, пеностекло может иметь замкнутые несообшающиеся, сообщающиеся или частично сообщающиеся газы. Видимые невооруженным глазом макропоры имеют приблизительно одинаковые размеры. Однако стенки, разделяющие поры, в свою очередь содержат большое количество микропор, различимых лишь при большом увеличении. Равномерная мелкопористая структура пеностекла обуславливает его сравнительного высокую механическую прочность и, что особенно важно малую теплопроводность, т.к. передача тепла конвекцией становится менее интенсивной со снижением диаметра пор изоляционного материала.

Теплоизоляционное пеностекло имеет преимущественно замкнутые поры, а декоративно-акустическое - открытые поры. Пеностекло, предназначенное для наружной облицовки зданий, получают нанесением на лицевую поверхность пеностекла декоративных защитных покрытий либо непосредственным вспениванием специально подготовленных пенообразующих смесей, обеспечивающих мелкопористую структура и повышенную морозостойкость пеностекла. Пеностекло - это полностью неорганический теплоизоляционный материал, подвергнутый термообработке при 700 - 800^оС. Он не горит, не поддерживает горение и относится к группе негорючих материалов. Таким образом, этот материал может значительно снизить пожароопасность зданий и сооружений, построенных с его применением, а в случае пожара будет препятствовать его распространению, что позволит значительно снизить ущерб. Положительным

свойством пеностекла является его высокая водостойкость. При использовании цветной стекломассы получают декоративно-теплоизоляционное стекло. Этот материал легко поддаётся обработке. Недостатком ячеистого стекла является высокая стоимость. При его производстве больше удельные затраты труда, электроэнергии и топлива, чем при производстве других теплоизоляционных материалов. При распиловке и оправке пеностекла существенно уменьшается выход готовой продукции. Основным препятствием широкой организации производства пеностекла в России, является отсутствие технологии, обеспечивающей получение дешевого материала со свойствами, удовлетворяющими современным требовании.

2.1.2 Свойства пеностекла

Обладая выигрышным сочетанием уникальных технических характеристик и широкой сферой применения, пеностекло удовлетворяет всем основным требованиям мирового строительного рынка.

· Экологическая безопасность.

Пеностекло является экологически чистыми и пожаробезопасным (негорючим) материалом (не выделяет токсичных веществ в силу своего неорганического состава, а температурный интервал колеблется от -30 С до +500 С), тогда как минераловатные плиты, пенополистирол, пенополиуритан, плиты на основе формальдегидных смол содержат в своём составе органическое связующее, вызывающее выделение токсичных веществ при нагревании.

· Качественная теплоизоляция.

Является превосходным теплоизоляционным материалом. Так, например, блок толщиной 120 мм обладает такими же теплоизоляционными свойствами, как кирпичная кладка толщиной 950 мм. Кроме того, пеностекло обладает коэффициентом теплоплопроводности равным 0,07 Вт/м^.К. Температура изолируемой поверхности до +500°С в условиях относительной влажности до 97%.

Теплоизоляция из пеностекла в сравнении с другими материалами более эффективна, экономична и не требует частых ремонтов. Применяется для изоляции тепловых агрегатов, изотермических емкостей, холодильных установок, трубопроводов.

· Негигроскопичность.

При низкой плотности (190 кг/куб. м.), водопоглощение составляет 2-4% объема, что облегчает хранение и транспортировку данного продукта, а также повышает качество утепления.

· Долговечность.

Герметичная замкнутость стеклянных ячеек материала обуславливает его непроницаемость для пара и влаги, постоянство теплопроводности и прочности, высокую сопротивляемость выдуванию ветром в течение многих десятков лет. Кроме того, прочная ячеистая структура пеностекла делает его пригодным для изоляции поверхностей, находящихся под нагрузкой, предотвращая расслоение, усадку и набухание материала. Пеностекло не подвержено коррозии, гниению, разрушению грибком, вредителями, грызунами.

· Универсальность в использовании.

Используется как теплоизоляционный материал для строительства и реконструкции жилых и общественных зданий и сооружений. С помощью данного материала можно изолировать:

- внутренние и внешние стены;

- фасады зданий методом "сухого" крепления - фасадные панели;

- полы с повышенными нагрузками;

- чердаки и чердачные перекрытия из бетонных плит;

- террасы "Зелёная крыша", паркинги на крышах, крыши сложной формы - скатные;

- макеты для выставок внутри и снаружи зданий, а также реконструировать исторические памятники.

Используется как тепло- и пароизоляционный материал для производственных зданий и оборудования, находя своё применение в следующих направлениях:

- промышленное строительство и реконструкция;

- промышленное оборудование, трубопроводы, тепловые агрегаты;

- камины, дымовые каналы, резервуары;

- холодильные и кондиционирующие устройства;

- корабли, нефтеплатформы, понтонные мосты, спасательные приспособления;

- предприятия продукции животноводства и фармацевтики.

Пеностекло легко связывается с прочими строительными материалами, как-то: цемент, алебастр, бетон, камень, кирпич строительная керамика, железо, железобетон. Исходя из этого, пеностекло можно применять в качестве заполнителя. Это позволяет резко снизить вес наружных стен и нагрузку на фундамент, удешевить строительство.

· Звукоизоляционный материал.

Исследования подтвердили, что пеностекло обладает высокими звукоизоляционными свойствами. Оно поглощает звуковые колебания разных частот. Его использование увеличивает комфортность жилых помещений.

· Строительный материал.

Обладая в полной мере комплексом термо- и звукоизоляционных свойств при высокой прочности, а также совместимостью с другими строительными материалами (цементом, алебастром, бетоном, природным камнем, строительной керамикой, металлами и др.), пеностекло применяется как эффективный строительный материал:

- для тепло- и звукоизоляции наружных стен жилых и промышленных зданий;

- для тепло- и звукоизоляции перекрытий и внутренних перегородок;

- в качестве легкого стенового материала (плотностью 180 кг/м³) при малоэтажном строительстве.

Использование пеностекла в строительстве зданий позволит снизить потери тепла в 2,5-3 раза.

Основные качества пеностекла:

- несгораемость - относится к классу НГ - негорючий (высшая категория). При нагреве не выделяет токсичных веществ;

- низкое поглощение воды, гигроскопичность, водопроницаемость. Это позволяет увеличить надежность всех систем;

- стабильность размеров и характеристик - они не изменяются в период эксплуатации, т.е. срок службы неограничен (исчезает необходимость ремонта и замены утеплителя в течении всего срока службы здания или сооружения);

- предельная стойкость ко всем обычно применяемым кислотам, не подвержен поражению бактериями и грибками, не проходим для грызунов;

- абсолютная экологическая чистота;

- предел прочности на сжатие при Т=300К, не менее 0,7 МПа;

- теплопроводность при Т=300К, не более 0,08 Вт/м*К;

- плотность, не более 250 кг/м³ ;

- водопоглощение, не более 5%;

- морозостойкость, не менее 50 циклов;

- диапазон температур применения -260 ^о С +485^оС;

- шумопоглoщение - до 56 дБ, в зависимости от конструкции.

Рассмотрим свойства пеностекла подробнее.

· Негорючий материал.

Пеностекло - это полностью неорганический теплоизоляционный материал, подвергнутый термообработке при 700-800 градусах по Цельсию. Согласно ПРОТОКОЛА № 23 т/ф от 03.04.2000 г. Испытательной пожарной лаборатории он не горит, не поддерживает горение и относится к группе негорючих материалов (НГ). Таким образом, этот материал может значительно снизить пожароопасность зданий и сооружений, построенных с его применением, а в случае пожара будет препятствовать его распространению, что позволит значительно снизить ущерб.

· Водонепроницаемый материал.

Пеностекло - это закрыто ячеистый водонепроницаемый материал с плотностью 150-600 кг/м, состоящий из большого количества стеклянных ячеек, механическое разрушение даже некоторой части которых не приводит к потери его плавучести. Этот материал может применяться как для одновременной гидро- и теплоизоляции (кровли, парковки, пандусы и др.), так и для создания плавучих конструкций различного назначения.

· Жесткий и легкообрабатываемый материал.

Пеностекло - это материал, который благодаря своей ячеистой структуре и свойств стекла является достаточно жестким и упругим материалом. Предел прочности на сжатие зависит от плотности материала, и изменяется в пределах от 10 до 120 кгс/см. Наряду с этим, пеностекло легко обрабатывается, что позволяет создавать изделия любой формы.

· Химически инертный материал.

Пеностекло - это стеклянная пена. Именно поэтому, его химическая стойкость будет соответствовать стойкости стекла, т.е. оно будет инертно во всех средах за исключением растворов сильных щелочей и плавиковой кислоты. Химическая стойкость материала наряду с его жесткостью, негорючестью, легкостью, паро- и водонепроницаемостью делает его

незаменимым для использования в качестве теплоизоляции в агрессивных средах.

· Экологически чистый материал.

Пеностекло - это стеклянная пена, т.е. монолитный ячеистый неорганический материал. Экологическая чистота пеностекла позволяет его широко использовать в пищевой и фармацевтической промышленности. Кроме того, само производство пеностекла имеет экологическую направленность, т.к. позволяет использовать любой стеклобой и отходы стекольного производства, а применение пеностекла позволит отказаться от экологически опасных теплоизоляционных материалов, например, асбестосодержащих, или экологически вредного и пожароопасного пенопласта и др.

· Неприступен для грызунов.

Пеностекло - это экологически чистая закрыто ячеистая стеклянная пена, не содержащая органических соединений. Именно поэтому, этот материал недоступен для грызунов и не может являться укрытием для насекомых. Таким образом, пеностекло может быть достаточно эффективным при строительстве складов, хранилищ пищевых продуктов, изоляции холодильных камер и т.п. [ ].

2.1.3 Методы производства пеностекла

Физико-технические свойства пеностекла в значительной степени обусловлены способом его производства, составом стекла и пенообразующей смеси, природой, количеством газообразователя, режимом вспенивания и отжига. Изменяя эти факторы можно получить пеностекло с различной объемной массой, прочностью, структурой, водопоглощением, проницаемостью, теплопроводностью и морозостойкостью. Для изготовления пеностекла используют отходы стекольного производства и специально навариваемое стекло. При организации большого производства пеностекла, стекломассу наваривают в ванных печах любого типа и затем гранулируют мокрым или сухим способом [ ].

Пеностекло представляет собой ячеистый теплоизоляционный материал, получаемый спеканием стеклянного порошка с одновременным вспучиванием его под действием газообразователя.

В качестве сырья при получении пеностекла используют те же материалы, что и при производстве обычного стекла: кварцевый песок, известняк, соду или сульфат натрия. Применяют с этой целью отходы обычного стекла или легко спекающиеся горные породы с повышенным содержанием щелочей - трахит, сиенит, нефелин, обсидиан, вулканический туф. В качестве газообразователей применяют каменноугольный кокс, антрацит, известняк, мрамор. Углеродсодержащие газообразователи создают в пеностекле замкнутые поры, а карбонаты - сообщающиеся. Температура разложения газообразователя должна быть на 50-70 °С выше температуры размягчения стеклянного порошка.

Технологический процесс производства пеностекла складывается из следующих основных операций. Кварцевый песок и измельчённый известняк сушат, размалывают в порошок, смешивают с содой и в ванных печах получают стекломассу, которую подают в бассейн с водой для грануляции. Полученный гранулят размалывают в смеси с газообразователем (1-5%) в тонкий порошок и загружают в формы из жароупорного материала с меловой обмазкой. Формы на вагонетках или по роликовому конвейеру подают в туннельную печь [ ].

Максимальная температура отжига - в зависимости от вида сырья - составляет 600-1000°С. Характерной особенностью режима отжига пеностекла является быстрый, за 2-3 часа, подъём температуры до максимальной с последующим медленным охлаждением до 20 ч. Под действием высокой температуры происходит размягчение частиц стеклянного порошка и его спекание. Газы, выделяющиеся при сгорании или разложении газообразователя, вспучивают вязкую стекломассу. При охлаждении образуется материал с ячеистой структурой. Медленное охлаждение способствует равномерному остыванию изделий по всему объёму. Поэтому в них не возникают внутренние напряжения, и не образуется трещин. Охлаждённые изделия распиливают и оправляют на циркульных пилах. При использовании в качестве сырья стеклянного боя или стекловидных горных пород в технологии производства пеностекла отсутствуют варка стекломассы и грануляция. Основным способом получения пеностекла во всем мире является порошковый метод, суть которого заключается в спекании смеси стекольного порошка с газообразователями: антрацитом, коксом, ламповой сажей, древесным углем.

При производстве звукоизоляционного пеностекла применяют мрамор, известняк.

В промышленных условиях производят преимущественно теплоизоляционное пеностекло. В этом случае в качестве газообразователей целесообразно использовать углеродсодержащие газообразователи; чаще всего применяется сажа, при этом качество получаемого теплоизоляционного пеностекла значительно выше, чем при использовании карбонатных газообразователей. Это объясняется тем, что частицы углерода, являясь поверхностно-активными, плохо смачиваются расплавом, прилипают к стенкам ячеек пеностекла, понижая свободную энергию системы. Это способствует устойчивости пены и растяжению тонких стеклянных перегородок, предотвращающему их перфорирование. В противоположность этому карбонатные газообразователи не являются поверхностно-активными веществами и характеризуются значительным химическим сходством со стеклом. Поэтому ни сами карбонатные газообразователи, ни продукты их диссоциации не могут оказывать на стекольную пену стабилизирующего действия. Карбонатные газообразователи снижают температуру вспенивания на 80 - 100 ⁰С, но получаемое пеностекло является губчатым, с перфорированными перегородками.

Производство пеностекла осуществляется по следующей технологии: производят помол стекольного порошка в мельницах до нужной степени измельчения, после этого порошок стекла смешивают с газообразователем до получения однородной массы (пеностекольная шихта).

Для проведения вспенивания пеностекольную шихту засыпают в предварительно подготовленные формы из нержавеющей стали, которые направляют в печь, где происходит термическая обработка. После этого блоки пеностекла извлекают из форм и отправляют на механическую обработку, в ходе которой блоку придают нужную форму и размер.

Для получения пеностекла с постоянными физическими свойствами: объемной массой меньше 280 кг/м3, водопоглощением меньше 5% и упорядоченной структурой необходимо применять исходное стекло постоянного химического состава, поэтому выбор исходного сырья, наряду с экономическими проблемами, имеет большое значение. Сырье для получения пеностекла должно быть пригодным с учетом экономических факторов (времени и температуры вспенивания) [ ].

При синтезе новых составов стекол особое внимание было уделено поиску составов с минимальной склонностью к кристаллизации в области температур вспенивания.

Анализ литературных данных и патентной информации показывает, что для получения пеностекла предлагается широкий спектр стекол различного химического состава. Содержание основных компонентов колеблется: SiO₂ -- 45-75%; Al₂O₃ -- 1-20%; CaO + MgO -- 5-30%; Na₂O + K₂O -- 5-18%. Оксид кальция образует в стекле силикат кальция, который придает стеклу высокую химическую устойчивость, являясь одновременно хорошим плавнем. Значительное увеличение СаО повышает кристаллизационную способность стекол, повышает вязкость стекол и температуру вспенивания, одновременно введение в состав основного стекла СаО до 16% расширяет интервал вспенивания и улучшает структуру пеностекла. Замена СаО на MgО снижает способность стекла к кристаллизации, но повышает температуру и продолжительность вспенивания [ ].

Подбирая состав стекла и газообразователей, способы их подготовки и другие меры, получают конечный продукт со строго заданными свойствами: малой средней плотностью, равномерно распределенными мелкими порами, малым коэффициентом теплопроводности и др.

Очень важным аспектом при получении пеностекла является возможность утилизации стеклобоя различных видов стекла. В настоящее время разработана технология производства пеностекла на основе невозвратного стеклобоя, получаемого при производстве листового, тарного, электротехнического стекла, а также боя, образующегося при производстве хрустальных изделий (в частности цветного хрусталя), отходов, получаемых при алмазной обработке изделий (алмазная крошка), и т.д. Тем самым использование различных видов отходов решает немаловажную в последнее время экологическую проблему [ ].

2.1.4 Применение пеностекла

Совокупность рассмотренных выше свойств пеностекла позволяет применять этот материал достаточно широко. Однако основное применение пеностекло находит в качестве универсального теплоизолятора, т.е. кроме обычных условий этот материал может эффективно применяться в тех случаях, когда применение других теплоизоляционных материалов затруднено или малоэффективно.

При применении разборных скорлуп из пеностекла появится возможность производить осмотр и ремонт трубопроводов без существенных расходов на последующее восстановление теплоизоляции, исключить разрушение изоляции из-за хищений металла кожуха, избежать влияния погодных условий (осадки) на качество поставляемого тепла или холода, избежать дополнительных затрат на просушку изоляции и др.

Так как пеностекло практически паронепроницаемо, то одновременно с решением проблемы теплоизоляции исчезнет проблема обмерзания трубопроводов и аппаратов.

Так как пеностекло одновременно является тепло- и гидроизолятором, то его возможно использовать как для внутренней, так и для наружной теплоизоляции стен зданий и сооружений (теплопроводность пеностекла в 5-8 раз меньше, чем у кирпича). Причем, так как поверхность материала состоит из множества открытых (разрезанных) ячеек, то пеностекло легко клеится мастиками, соединяется цементным раствором, штукатурится. Жесткость и упругость пеностекла позволяют использовать этот материал для теплоизоляции кровель, при создании обогреваемого пола, тротуаров, автостоянок и др.

Область применения пеностекла очень велика. Так, теплоизоляционное пеностекло, сочетающее такие ценные качества, как малый объемный вес, низкий коэффициент теплопроводности, сравнительно высокую строительную прочность, морозостойкость и негорючесть, является одним из лучших утеплителей стен и перекрытий в различного рода строительных сооружениях.

Жесткость плит пеностекла и легкость их распиливания и обработки создают благоприятные условия для монтажа в строительных конструкциях. Пеностекло хорошо сцепляется с другими строительными материалами в конструкциях с помощью обычных вяжущих веществ. Возможно и даже целесообразно склеивание пеностекла асфальтовым и битумным вяжущими веществами. Особенно эффективно используют пеностекло в качестве утеплителя стен уникальных зданий. Например, в Москве им утеплены стены таких зданий, как гостиницы "Россия" и "Националь", институт "Гидропроект" и многие другие.

Пеностекло широко используется для изоляции чердачных и междуэтажных и железобетонных перекрытий промышленных зданий. Особенно эффективно использование такой засыпки для тепловой изоляции железобетонных перекрытий.

Пеностеклом изолируют полы, потолки, междуэтажные бетонные перекрытия. Крошку пеностекла используют для теплоизоляции кровли зданий. Блоки пеностекла могут применяться для изоляции холодильных камер и других низкотемпературных емкостей и хранилищ. За рубежом пеностекло широко применяют для изоляции промышленных холодильников.

Достаточная прочность блоков пеностекла позволяет, в отличие от других теплоизоляционных материалов, производить теплозащитную кладку стен без применения специальных креплений и металлической сетки. Пеностекло в качестве тепловой изоляции можно применять от температур глубокого холода до 450 0С. Образующиеся при распиловке плит и блоков отходы в виде кусков и крошки пригодны в качестве теплоизоляционной засыпки, легкого пористого заполнителя, абразивного материала. Пеностекло успешно применяют для теплоизоляции высоко- и низкотемпературных трубопроводов.

Гранулированное пеностекло может использоваться как насыпной теплоизоляционный материал, так и в качестве наполнителя в легкие бетоны. В таком случае требования к пеностеклу не одинаковы. Поэтому при выборе направления исследования учитывалось то, что в качестве насыпного материала желательно иметь гранулы не только с небольшим объемным весом, но и с гладкой остеклованной поверхностью. Тогда как в случае использования пеностекла в качестве наполнителя в бетоне желательно, чтобы поверхность гранул была шероховатой, для лучшего сцепления с цементным раствором, а так же важны прочностные характеристики гранул пеностекла.

Кроме блоков из пеностекла есть пенокрошка.

Пенокрошка - сопутствующий материал, получаемый при опиловке пеностекла, а значит и обладающий теми же техническими характеристиками. Единственное отличие - сфера применения: пенокрошка насыпается на горизонтальные перекрытия (крыши, полы).

Вследствие уникальных физико-химических, теплофизических и конструкционных свойств пеностекла оно находит широчайшее применение в:

- промышленном, гражданском, муниципальном и частном строительстве;

- химии и нефтехимии;

- добывающей промышленности;

- бумажной промышленности;

- сельском хозяйстве;

- металлургии и машиностроении;

- пищевой промышленности.

Другие области применения пеностекла:

- плавучий материал;

- эффективный материал для изоляции холодильных камер и других низкотемпературных емкостей, для строительства складов и хранилищ пищевых хранилищ от грызунов;

- декоративный тепло- и звукоизоляционный облицовочный материал.

Технические характеристики пеностекла в таблице 1.

Таблица 1

Краткая техническая характеристика блоков из пеностекла

Технические характеристики.

Пеностекло выпускают в виде плит размерами 400500 мм при толщине 80, 100, 120, и 140 мм.

Пористость обычно применяющегося пеностекла составляет 80-95 %. Размеры пор - от 0.1 до 2-3 мм. Выпускают пеностекло и с большей средней плотностью - до 700 кг/см², при прочности на сжатие до 15.0 МПа. По прочности пеностекло превосходит все другие минеральные теплоизоляционные материалы. Ячеистое стекло обладает малым водопоглощением, очень низкой гигроскопичностью. Изделия с замкнутыми порами выдерживают до 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Предельная температура применения обычного пеностекла 300-400°С. Из стекла особого состава возможно получение изделий с температуростойкостью до 800-1000°С.

Предлагаемое различными заводами пеностекло может быть следующих размеров:

длина - от 200 до 475 мм (с интервалом 25 мм)

ширина - от 125 до 400 мм (с интервалом 25 мм)

толщина - 80, 100, 120 мм

Блоки теплоизоляционные из пеностекла пакуются в термоусадочную плёнку и ставятся на деревянные поддоны. Объём упаковки равен 1 м. куб. Пенокрошка транспортируется навалом.

2.1.5 Варианты технологии

Монолитные сооружения из пенобетона.

На заранее подготовленной площадке (фундамент, перекрытие, подведенные коммуникации) укладывается и закрепляется по периметру надувная модель и накачивается воздушным насосом. На модель устанавливаются закладные элементы, дверные косяки, оконные рамы, каркас, арматура (согласно проекта). Затем все это обливается строительным раствором. После затвердения, форма-модель удаляется. Останется только вставить двери, окна, обставить и разукрасить готовый дом на любой вкус. За несколько дней возводятся огромные ангары, складские помещения, дачи и дома (По материалам зарубежной печати...)

Многослойные сооружения.

В условиях Сибири придется доводить стены до необходимой толщины, покрывая их в несколько слоев. Наружный слой должен быть прочным и водостойким, средний - пористым, внутренний - декоративным.

Строительство из кирпичей.

Потребуется приблизительно 150 штук, (1 х 1 метр) Кирпичам придается трапециевидная форма. Сборка по кондуктору. По мере необходимости, вставляются прозрачные окна, матовый потолок, выпиливаются двери, закладываются перекрытия. (Можно вставить потом)

В заключение хочется отметить, что наступивший век должен по достоинству оценить этот замечательный материал, способный успешно служить людям.

2.1.6 Области использования СВЧ-излучения

СВЧ - разряд, или более точно - воздействие высокоинтенсивных СВЧ- полей может оказывать обрабатывающее действие на диэлектрические материалы. Концепция СВЧ - обработки основана на эффекте локального поглощения СВЧ - мощности диэлектриком с последующим его разрушением благодаря интенсивному нагреву.

Известно о возникновении СВЧ - разрядов на локальных включениях посторонних материалов в приповерхностном слое металлических стенок волноводов. Это объясняется результатом поглощения СВЧ - мощности включением, его нагревом и испарением, ведущим к возникновению пробоя. Очевидно, что локализация разряда и размер области разряда определяются размерами включения и коэффициентом поглощения мощности [ ].

В целях сильной локализации поглощения СВЧ - излучения необходимо обеспечить узкое температурное распределение Т на некотором временном интервале. Зависимость коэффициента поглощения СВЧ - излучением от температуры диэлектрика должна быть достаточно сильной.

Сочетание СВЧ - и конвективного способов сушки теплоизоляционных плит позволило на порядок уменьшить продолжительность их высушивания при меньших энергетических затратах, более высоком качестве и экологической чистоте технологического процесса.

Это объясняется объемным характером СВЧ - нагрева, который обеспечивает во время сушки положительные градиенты температуры, давления и влажность внутри плиты несколько выше, чем на ее поверхности, что и поддерживает высокую скорость диффузии влаги из толщи плиты к ее поверхности во время всего процесса сушки [ ].

Линия для сушки материала состоит из следующих систем:

- пяти последовательно соединенных СВЧ - модулей, с помощью которых осуществляется объемный нагрев материала. Две крайние камеры имеют отверстия для ввода и вывода сушильного агента (воздуха);

- двух шлюзов, предназначенных для предотвращения утечек СВЧ - энергии и сушильного агента из линии. Это достигается с помощью двух поочередно опускающихся гибких штор, экранов-отражателей и поглотителей СВЧ - энергии;

- системы подготовки и переработки агента сушки.

Эта система состоит: из вентилятора, теплового насоса, осуществляемого отработавший воздух путем разделения паровоздушной смеси на воду в виде конденсата и осушенный воздух, а затем подогревающего осушенный воздух теплом, полученным ранее при конденсации водяного пара; калорифера, подогревающего осушенный воздух перед его поступлением в СВЧ - камеру;

системы сбора теплового воздуха из системы охлаждения источников

СВЧ - энергии для нужд отопления помещения сушильного цеха [ ].

Линия работает следующим образом. Плиты укладываются в штабели и на тележках по рельсам, через загрузочный шлюз поступают в СВЧ - камеры. В камерах происходит комбинированная СВЧ - конвективная сушка с использованием СВЧ - энергии от источников СВЧ - энергии и тепловой энергии от агента сушки. Испаренная влага образует с воздухом паровоздушную смесь, которая через вентиляционное отверстие поступает для осушения и последующего подогрева в систему. Теплый воздух из системы воздушного охлаждения источников СВЧ - энергии собирается в сборнике и направляется в отопительную вентиляционную систему цеха. Конденсат из трубы поступает в цех подготовки сырьевой массы. Высушенные плиты через разгрузочный шлюз по рельсам отправляется на отделку, упаковку и складирование [ ].

Рассмотрим подробнее устройство и работу СВЧ- камеры, которая при наличии торцевой стенки, двери и вентиляционных отверстий может самостоятельно использоваться как сушильная камера. В этом случае на боковых стенках камеры выполнены отверстия для подвода СВЧ - энергии к плитам и отверстия для ввода теплого воздуха из системы охлаждения источников СВЧ - энергии. На потолке камеры для выхода влажного воздуха имеется продольная щель. Отверстия для ввода СВЧ - энергии расположены таким образом, чтобы электромагнитные волны из облучающих антенн, интерферируя, давали на боковых поверхностях штабеля равномерное распределение энергии электромагнитного поля. На одной камере устанавливается 48 источников СВЧ - энергии мощностью 0,85 кВт каждый.

2.1.7 Выводы по литературному обзору

Анализ литературных данных показал, что для создания энергоэкономичных зданий необходимо применять новые высокоэффективные материалы. Однако ситуация с ними является весьма непроста. С одной стороны, ужесточение требований к ограждающим конструкциям и заказчики, вполне справедливо не желающие отапливать наружный воздух, обязывают использовать теплоизоляционные материалы с низким коэффициентом теплопроводности. С другой стороны, реальный рынок этих материалов практически ограничен всего тремя типами таких изделий: пенопластами, газобетонами, минеральными ватами. Но этим материалам присуще существенные недостатки. Поэтому применение пеностекла в качестве теплоизоляционного материала позволяет сократить тепловые потери через ограждающие конструкции зданий, экономит топливно-энергетические ресурсы. Уникальное сочетание прочности, теплопроводности и высокой экологичности находит широчайшее применение.

Обычно используется термический нагрев для получения теплоизоляционного материала (пеностекла), но образующийся в зоне контакта с источником тепла теплоизолятор препятствует проникновению тепла в более глубокие материалы. При более длительном нагреве, когда достигается равномерный нагрев всего материала, возникает внутреннее напряжение из-за разницы во времени вспенивания наружных и внутренних слоев плиты, что приводит к поломке плит уже на стадии изготовления. К тому же термический нагрев разорителен с точки зрения затрат. Поэтому очевидна необходимость нагрева материала за короткий (несколько секунд) промежуток времени по всему объему, что возможно только при использовании сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний (СВЧ).

Использование СВЧ - излучения при получении теплоизоляционного материала (пеностекла) позволяет:

- производить экологически безопасный продукт;

- использовать широкую сырьевую базу;

- снизить производственные отходы;

- расширить технологические модификации состава и структуры получаемого продукта;

- увеличить экономическую эффективность, обеспечивающую практическую реализацию производства.

2.2 Экспериментальная часть

2.2.1 Цели и задачи исследования

Исследование возможности получения пористого стекольного композита при воздействии СВЧ - излучения.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- подобрать состав стеклокомпозита;

- подобрать пенообразователь;

- подобрать соотношение между стеклокомпозитами и пенообразователем для получения максимального вспенивания;

- подобрать режим СВЧ - вспенивания;

- исследовать свойства полученного стеклокомпозита.

2.2.2 Материалы и методы исследования

В качестве исходных компонентов для производства пеностекла используется бой тарного стекла со следующим химическим составом, мас.%:

Также используется жидкое стекло с влагосодержанием 13,5 %.

В качестве вспенивателя использовались различные материалы.

Тарное стекло вначале подвергалось дроблению вручную, затем производили дробление в шаровой мельнице до фракции пудрового состояния (удельная поверхность 6000 см²/г). Пенообразователь измельчали вручную до порошка с удельной поверхностью 6000 см²/г.

Взвешивание компонентов производили на чашечных весах марки "NAGEMA", с точностью взвешивания ± 0,1 г.

Для вспенивания пеностекла служила форма, изготовленная из бумаги. Вспенивание и отжиг производили СВЧ - излучением в микроволновой печи марки "SAMSUNG", частотой 2450 Гц, мощностью 800 Вт.

Микроволны представляют собой высокочастотные электромагнитные волны. Микроволны, генерируемые, магнетроном равномерно распределяются по всему объему образца, в то время как он вращается на стеклянном подносе.

Микроволны поглощаются материалом до глубины приблизительно 1 дюйма (2,5 см).

На первом этапе работы внимание было сосредоточено на получении вспененного стеклокомпозита.

В качестве исходных компонентов брали жидкое стекло и бой тарного стекла, а в качестве пенообразователя поочередно брали вещества представленные в таблице 2. Жидкое стекло, молотый стеклобой и пенообразователь смешивали до образования вязкой массы - "стекольного теста", термин принят авторами по аналогии с цементным тестом, использующимся в промышленности вяжущих материалов.