1.4.2 Базальтовое волокно – минеральный армирующий компонент в структуре полистиролбетона
По созданию новых экологически чистых материалов для тепло-звукоизоляции наибольший интерес из таких материалов представляет базальтовое волокно, получаемое из природной горной породы путем ее плавления и последующего формования путем раздува в волокно без использования химических добавок. Спрос на него в настоящее время превышает предложение. Это объясняется более высокими потребительскими качествами базальтового волокна перед аналогами – изделиями из шлаковаты и стекловаты [125].
Базальтовое волокно производится из базальтовых пород вулканического происхождения. Из одной тонны базальтовой породы можно произвести до 40 м3 волокна.
В современной строительной индустрии западных стран (Финляндия, Германия, Швеция и др.) базальтовые волокна занимают ведущую роль в качестве наполнителя облегченных строительных конструкций. Базальтовое волокно не выделяет токсичных веществ в воздухе, в воде, и в присутствии других веществ не образует токсичных соединений. Волокно является негорючим и невзрывоопасным материалом и обладает следующими свойствами: средний диаметр волокна 3-7 мкм; плотность 23…30 кг/м3; теплопроводность 0,038…0,045 Вт/м °К; температура применения -260…+700 °С; влажность, не более 2 %. Волокно обладает высокими тепло и звукоизоляционными свойствами, имеет низкую гигроскопичность (в 8 раз ниже стекловолокна), высокую химическую стойкость к щелочным и кислотным средам. Поэтому базальтовое волокно является особо ценным продуктом для производства материалов и изделий, в том числе в качестве армирующего компонента в композиционных строительных материалах.
Глава 2. Материалы и методы исследования
Характеристики исходных компонентов
Для приготовления композиционного материала в качестве вяжущего использовался порошкообразный фторангидрит, соответствующий ТУ 5744-132-05807960-98. В качестве легкого заполнителя – гранулы из пенополистирола. Для повышения прочности ангидритовой композиции, в качестве армирующей добавки использовалась костра, являющаяся распространенным и дешевым сырьем. Альтернативным вариантом в качестве армирования использовалось базальтовое волокно. Для улучшения сцепления пенополистирольных гранул с ангидритовой матрицей использовались пластифицирующие и воздухововлекающие добавки в виде смолы древесной омыленной. Для затворения смеси использовалась обычная водопроводная вода комнатной температуры.
2.1.1. Характеристики и минералогический состав фторангидрита
Используемый фторангидрит - порошкообразный отход производства ПО «Галоген» содержит в своем составе, согласно [50], более 92 % безводного сульфата кальция CaSO4, остальное представлено фтористым кальцием CaF2 и карбонатом кальция.
Необходимо отметить, что для улучшения экологической обстановки в местах сброса фторангидрита часть этого побочного продукта ПО «Галоген» нейтрализует известняковой мукой. Нейтрализованный таким образом фторангидрит, из-за нейтрализации известняковой мукой при замешивании раствора вспучивает формуемую массу из-за взаимодействия с серной кислотой, что позволяет дополнительно повысить пористость разрабатываемого полистиролбетона.
Таблица 2.1.
Химический состав фторангидрита
|
CaO |
CaF2 |
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2 O3 |
SO3 |
|
35,0÷36,5 |
2,2÷5,0 |
2,6÷3,4 |
0,5÷0,7 |
0,2÷0,95 |
46,65÷59,5 |
Гранулометрический состав фторангидрита представлен в таблице 2.2.
Таблица 2.2.
Гранулометрический состав фторангидрита
|
Размер сита, мм |
20 |
10 |
5 |
2,5 |
1,25 |
0,63 |
0,315 |
0,14 |
<0,14 |
|
Частный остаток на сите, % |
0,7 |
1,9 |
6,6 |
18,0 |
10,0 |
18,8 |
11,6 |
26,0 |
6,6 |
|
Полный остаток на сите, % |
0,7 |
2,6 |
9,2 |
27,2 |
37,2 |
56,0 |
67,6 |
93,4 |
100,0 |
Таким образом, 73 % порошка фторангидрита представлены мелкими частицами с размером менее 2,5мм, среди них преобладают частицы порошка с размером менее 1,25мм (более 62 %). Удельная поверхность фторангидрита сухой нейтрализации составляет 600 - 800 кг/м2, плотность 2250 - 2920 кг/м3.Насыпная плотность в сухом состоянии 700 - 900 кг/м3. Растворимость фторангидрита составляет 1,6 - 1,9 г/л. При проведении экспериментов фторангидрит крупных фракций подвергался помолу и просеиванию на сите №0,08 мм.
При проведении исследований была использована пылевидная фракция фторангидрита с размером частиц менее 1,00 мм; крупная фракция перед использованием подвергалась помолу в лабораторной мельнице.
Изучение микроструктуры фторангидрита на растровом электронном микроскопе “Stereosсan S-200” показало, что структура его, представленная на рис 2.1а, характеризуется порошкообразными частицами различной дисперсности.
Рис.2.1. Микроструктура фторангидритового порошка х1200 (а),