Наноструктурированная пенокерамика строительного назначения: технология производства и применения

Наноструктурированная пенокерамика строительного назначения: технология производства и применения

Автор: Д.А. Синицин, У.Ш. Шаяхметов, О.Н. Рахимова, Р.М. Халиков, И.В. Недосеко

Журнал: Нанотехнологии в строительстве: научный интернет-журнал @nanobuild

Статья в выпуске: 4 т.13, 2021 года.

Бесплатный доступ

Введение. Пенокерамические теплоизоляционные стройматериалы обладают наибольшей устойчивостью востребованных технологических характеристик за счет уникальных физико-технических свойств. Увеличение крупнотоннажного выпуска наноструктурированных пенокерамических изделий и разработка образовательных программ повышения квалификации инженеров-технологов остается актуальной задачей. Методы и материалы. Технологичный способ изготовления наноструктурированной пенокерамики – это метод прямого вспенивания: керамические пены создают путем вовлечения атмосферного воздуха в суспензию. Далее консолидированные пены бережно сушат и в течение 12 часов спекают термообработкой (950–1100ºС) с получением достаточно высокопрочных пенокерамик строительного назначения. Важнейшими сырьевыми материалами для производства строительной пенокерамики являются глины, диатомиты, кремнистые минералы, цеолитные породы, а также керамические и шлаковые отходы и др. Результаты. Разработана технология производства пенокерамических материалов строительного назначения на основе глинистого сырья. В результате физико-химических трансформаций в цикле производства, в т.ч. обжига формируются равномерно закрытые микропоры пенокерамики диаметром до 120 мкм, а толщина стенок варьирует от 1,8 до 6,3 мкм. Предел прочности при сжатии полученных наноструктурированных строительных пенокерамических изделий средней плотностью 450–850 кг/м3 составляет 3–8 МПа, теплопроводность – 0,12–0,15 Вт/(м●oС), морозостойкость – не менее 50 циклов. Обсуждение. В крупномасштабном технологичном производстве пеномассу (трехфазную пену) можно получить смешиванием наноструктурированной пены с высокодисперсным минеральным порошком. Контролируемым спеканием изготавливается высушенная пеномасса с востребованными технологическими характеристиками, обусловленными кристаллической связью твердофазного муллита на основе кластерных микрочастиц размерами 15–200 нм, а стенки микропор и узловые стыки наноструктурированной пенокерамики обеспечивают высокую механическую прочность, гидрофобность и химическую стойкость. Заключение. Наноструктурированная пенокерамика строительного назначения достаточно влагостойка, так как имеет микроструктуру закрытых ультрамикропор, устойчива к химическому и физическому воздействию и поэтому является оптимальным теплоизоляционным материалом.

Еще

Наноструктурированная пенокерамика, технология изготовления, пенокерамические стройматериалы, образовательные программы

Короткий адрес: https://sciup.org/142228316

IDR: 142228316   |   DOI: 10.15828/2075-8545-2021-13-4-213-221

Список литературы Наноструктурированная пенокерамика строительного назначения: технология производства и применения

  • Завадский В.Ф., Путро Н.Б. Поризованная строительная керамика. – Новосибирск: Сибстрин, 2005. – 100 с.
  • Шаяхметов У.Ш., Фахретдинов И.А., Чудинов В.В., Халиков Р.М., Латыпов В.М., Латыпова Т.В. Высокопористая наноструктурированная пенокерамика строительного назначения. Свойства. Методы исследования. – Уфа: РИЦ БашГУ, 2015. – 164 с.
  • Иванов Л.А., Капустин И.А., Борисова О.Н., Писаренко Ж.В. Изобретения, основанные на использовании нанотехнологий, позволяют получить принципиально новые технические результаты. Часть II // Нанотехнологии в строительстве. – 2020. – Том 12, № 2. – С. 71–76. – DOI: 10.15828/2075-8545-2020-12-2-71-76.
  • Кудрявцев П.Г. Основные пути создания пористых композиционных материалов // Нанотехнологии в строительстве. – 2020. – Том 12, № 5. – С. 256–269. – DOI: 10.15828/2075-8545-2020-12-5-256-269.
  • Горлов Ю.П., Меркин А.П., Устенко А.А. Технология теплоизоляционных материалов. – М.: Стройиздат, 1980. – 399 с.
  • Байков И.Р., Смородова О.В., Трофимов А.Ю., Кузнецова Е.В. Экспериментальное исследование теплоизоляционных наноматериалов на основе аэрогелей // Нанотехнологии в строительстве. – 2019. – Том 11, № 4. – С. 462–477. – DOI: 10.15828/2075-8545-2019-11-4-462-477.
  • Селиванов Ю.В., Шильцина А.Д., Селиванов В.М., Логинова Е.В., Королькова Н.Н. Составы и свойства керамических теплоизоляционных строительных материалов из масс низкотемпературного вспенивания на основе глинистого сырья // Инженерно-строительный журнал. – 2012. – № 3. – С.35–40.
  • Hammel E.C., Ighodaro O.L.R., Okoli O.I. Processing and properties of advanced porous ceramics: An application based review. Ceramics International. 2014; 40(10): 15351–15370. Available from: doi: 10.1016/j.ceramint.2014.06.095.
  • Li H., Li C., Wu L. et al. In-situ synthesis and properties of porous cordierite ceramics with adjustable pore structure. Ceramics International. 2020; 46(10): 14808–14815. Available from: doi: 10.1016/j.ceramint.2020.03.005.
  • Luyten J., Mullens S., Cooymans J. et al. Different methods to synthesize ceramic foams. J. Eur. Ceram. Soc. 2009; 29(5): 829–832. Available from: doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2008.07.039.
  • Халиков Р.М., Ахметшина Г.Г., Батршина Г.С., Куланбаева З.М. Формирование трехмерной наносетки композита на базе полиакриламидного геля // Сборник III Всероссийской конференции «Современные технолологии композиционных материалов». – Уфа: РИЦ БашГУ, 2018. – С.238–242.
  • Кетов П.А. Разработка экологически безопасного энергоэффективного строительного ячеистого материала, соответствующего принципам зеленого строительства // Вестник МГСУ. – 2018. – Т.13, № 3 (114). – С. 368-377.
  • Fomina O.A., Stolboushkin A.Y. Firing of cellular ceramics from granulated foam-glass. Materials Science Forum. 2020; 992 MSF: 265–270. Available from: doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF.992.265.
  • Дмитриев К.С. Особенности проектирования состава пенокерамических изделий // Вестник гражданских инженеров. – 2015. – № 4 (51). – С. 112–116.
  • Суворова О.В., Манакова Н.К. Утилизация горнопромышленных отходов Кольского полуострова с получением гранулированного пористого материала // Экология промышленного производства. – 2014. – № 1. – С. 2–5.
  • Нуштаева А.В., Шумкина А.А., Кругляков П.М. Структурообразование в дисперсионной среде эмульсий, стабилизированных твердыми микрочастицами // Региональная архитектура и строительство. – 2010. – № 2. – С. 31–37.
  • Безбородов В.Г., Меденцов Л.Ф., Меденцова Н.Л. Влияние механоактивации сырьевой смеси и степени дисперсности флюсующего компонента на структуру и свойства пенокерамики на основе суглинка // Известия вузов. Строительство. – 2014. – № 2. – С. 26–30.
  • Кукса П.Б., Акберов A.A. Высокопористые керамические изделия, полученные нетрадиционным способом // Строительные материалы. – 2004. – № 2. – С. 34–35.
  • Толстова Ю.И., Шумилов Р.Н. Основы строительной теплофизики. – Екатеринбург: Изд во Урал. ун-та, 2014. – 104 с.
  • Баранов И.М. Свойства и производство безобжиговой пенокерамики // Строительные материалы. – 2011. – № 10. – С. 74–76.
  • Шаяхметов У.Ш., Ларькина А.А., Халиков Р.М., Синицин Д.А., Недосеко И.В. Методологические инструментарии университетского трансфера востребованных нанотехнологий в региональную стройиндустрию // Нанотехнологии в строительстве. – 2021. – Том 13, № 1. – С. 12–17. – DOI: 10.15828/2075-8545-2021-13-1-12-17.
  • Шаяхметов У.Ш., Халиков Р.М., Вдовенко Н.Н., Ахметшина Г.Г., Чудинов В.В., Бикбулатов М.Р., Газизова А.Т. Структурообразование в композитах на основе пирофиллита // Вестник Башкирского университета. – 2018. – Т. 23, № 2. – С. 346–353.
  • Шаяхметов У.Ш., Мурзакова А.Р., Васин К.А., Багаутдинов Н.Я., Юмабаев Ю.С, Шаяхметов Р.У., Бакунов В.С., Якупова Л.В., Недосеко И.В. Линия для изготовления изделий из стеклокристаллической пенокерамики // Патент RU 120418 U1. Опубл. 20.09.2012.
  • Кудрявцев П.Г. Состав и структура пористых термостойких неорганических композиционных материалов // Нанотехнологии в строительстве. – 2018. – Том 10, № 4. – С. 75–100. – DOI: 10.15828/2075-8545-2018-10-4-75-100.
  • Халиков Р.М., Шаяхметов У.Ш., Галяутдинов А.Г. Химия и структура композиций на основе фосфатов. – Уфа: Изд-во БашГУ, 2012. – 162 с.
  • Шаяхметов У.Ш., Халиков Р.М., Латыпова Т.В., Чудинов В.В. Из опыта разработки образовательной программы повышения квалификации в области исследований и производства наноструктурированной пенокерамики строительного назначения // Cборник II Всероссийской конференции «Современные технологии композиционных материалов». – Уфа: РИЦ БашГУ, 2016. – С. 371–376.
  • Шаяхметов У.Ш., Фахретдинов И.А., Халиков Р.М., Иванова О.В., Чудинов В.В., Гончаренко Е.А. Процесс формирования профессиональных компетенций у бакалавров-материаловедов в области термостойких наноструктурированных композитов // Вестник Башкирского университета. – 2014. – Том 19, № 1. – С. 248–252.
  • Аверьянова Е.В., Рахимова О.Н., Черноглазова Г.Г. Инновационное проектирование в подготовке конкурентоспособного бакалавра-строителя // European Social Science Journal. – 2018. – № 6. – С. 124–129.
  • Халиков Р.М., Синицина Е.А., Силантьева Е.И., Пудовкин А.В., Недосеко И.В. Модифицирующее усиление твердения прессованных строительных гипсовых нанокомпозитов // Нанотехнологии в строительстве. – 2019. – Том 11, № 5. – С. 549–560. – DOI: 10.15828/2075-8545-2019-11-5-549-560.
  • Kazantseva L.K., Rashchenko S.V. Chemical processes during energy-saving preparation of lightweight ceramics. J. Am. Ceram. Soc. 2014; 97: 1743–1749.
  • Байков И.Р., Смородова О.В., Трофимов А.Ю., Кузнецова Е.В. Экспериментальное исследование теплоизоляционных наноматериалов на основе аэрогелей // Нанотехнологии в строительстве. – 2019. – Том 11, № 4. – С. 462–477. – DOI: 10.15828/2075-8545-2019-11-4-462-477.
  • Бакунов В.С., Халиков Р.М., Шаяхметов А.У., Хайдаршин Э.А., Шаяхметов А.К. Твердение алюмофосфатной композиции при нагреве // Огнеупоры и техническая керамика. – 2016. – № 3. – С. 24–27.
  • Сайфуллин Р.С. Физикохимия неорганических полимерных и композиционных материалов. – М.: Химия, 1990. – 239 с.
  • Халиков Р.М., Козлов Г.В. Мультифрактальная модель диффузии газов в полимерах // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. – 2006. – Т.48, № 4. – С. 699–703.
  • Бакунов В.С., Кочетков В.А., Надденный А.В., Черепанов Б.С., Щелков Е.М. Многофункциональный керамический строительный материал – керпен // Строительные материалы. – 2004. – № 11. – С. 10–11.
  • Синицин Д.А., Халиков Р.М., Булатов Б.Г. Галицков К.С., Недосеко И.В. Технологичные подходы направленного структурообразования нанокомпозитов строительного назначения с повышенной коррозионной устойчивостью // Нанотехнологии в строительстве. – 2019. – Том 11, № 2. – С. 153–164. – DOI: 10.15828/2075-8545-2019-11-2-153-164.
  • Лотов В.А. Получение пеностекла на основе природных и техногенных алюмосиликатов // Стекло и керамика. – 2011. – № 9. – С. 34–37.
  • Гусев Б.В., Кудрявцева В.Д., Потапова В.А. Бетоны с нанодобавкой из обожженного вторичного бетона // Нанотехнологии в строительстве. – 2020. – Том 12, № 5. – С. 245–249. – DOI: 10.15828/2075-8545-2020-12-5-245-249.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp