ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
В статье представлены результаты исследований влияния плазмохимического модифицирования на эстетические и эксплуатационные свойства композиционного стеклокристаллического материала. Разработаны оптимальные составы композиционных стеклокристаллических материалов на основе боя цветных тарных стёкол, боя фарфора и жидкого стекла. Показано, что композиционный стеклокристаллический материал обладал повышенными механическими свойствами и относительно невысокими эстетическими показателями. Установлено, что в процессе плазменной обработки лицевая поверхность подвергается огненной полировке с образованием высококачественного покрытия. При высокотемпературном воздействии струи поверхность стеклокристаллического материала разогревается до 2000 °С, в результате чего происходит обогащение лицевой поверхности оксидами кремния, алюминия и обеднение щелочными и щелочноземельными оксидами. Экспериментально подтверждено, что после плазмохимического модифици-рования повышаются коэффициент диффузионного отражения, водостойкость, кислотостойкость, щелочестойкость и термостойкость лицевой поверхности композиционного стеклокристаллического материала.

Ключевые слова:
плазмохимическое модифицирование, композиционный стеклокристаллический материал, коэффициент диффузионного отражения, водостойкость, кислотостойкость, щелочестойкость, термостойкость
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

Введение. В настоящее время современное жилищное строительство предусматривает широкое использование различных облицовочных материалов, а также стекловидных, органоминеральных и органических защитно-декоративных покрытий. Это способствует существенному повышению архитектурно-художественной выразительности зданий и сооружений.

Отделочные работы в общем объёме затрат на строительные работы значительно удорожают стоимость 1 м2 жилья. Поэтому разработка высококачественных, недорогих облицовочных материалов позволили решить проблему снижения стоимости отделки зданий и сооружений.

Одним из путей снижения себестоимости стеклокристаллических облицовочных материалов является использование в качестве исходного сырья отходов промышленности и вторичных материалов. Предложено в качестве вторичных материалов использовать бой стеклотары, сбор и промышленная переработка которой в России до настоящего времени должным образом не налажена.

В связи с вступлением в силу технического регламента Таможенного союза в 2012 году на территории Российской Федерации, Казахстана и Беларуси запрещено вторичное использование тары. В этой связи необходимо создавать энергосберегающие технологии получения эффективных стеклокристаллических материалов с использованием боя тарных стёкол.

Стеклокремнезит и стеклокерамит являются традиционным облицовочным материалом, уступающим по своим декоративным и эксплуатационным свойствам глазурованной керамической плитке и керамограниту [1].

В настоящее время ведутся работы в области разработки облицовочных стеклокристаллических материалов. Так, разработана и апробирована технология получения облицовочного стеклокерамического композиционного материала [2]. Использование колеманита совместно со стеклобоем листовых и тарных стёкол позволило получить безусадочные стеклокристаллические материалы [3–5].

С целью повышения эстетико-потребительских свойств производят плазмохимическое модифицирование лицевой поверхности различных стеновых строительных материалов [6–9]. Плазмохимическое модифицирование не только улучшает качество лицевой поверхности за счёт огневой полировки, но и повышает эксплуатационные свойства [10]. Эффективные защитно-декоративные покрытия с использованием боя цветных тарных стёкол и жидкого стекла были получены при плазмохимическом модифицировании стеновых строительных материалов автоклавного твердения [11–15]. Бой цветных тарных стёкол вводили в состав защитно-декоративных покрытий на бетоне с использованием в качестве связующей основы глинозёмистого цемента [16].

Методология. На основе смеси боя тарных стёкол, боя отходов фарфорового производства и жидкого стекла разработаны эффективные составы, позволяющие получить стеклокристаллический облицовочный материал с повышенными механическими свойствами. Прочность на сжатие такого материала достигала 78 МПа. Однако лицевая поверхность обладала неравномерным блеском, имеющим участки с матовой поверхностью, иногда с бугристой фактурой.

С целью устранения данных дефектов лицевой поверхности стеклокристаллического материала использовали технологию плазмохимического модифицирования. Плазмохимическое модифицирование облицовочной стеклокристаллической плитки размером 50×50×10 мм проводили на специально смонтированном стенде, позволяющем проводить плазменное оплавление при фиксированных скоростях прохождения плазменной струи по лицевой поверхности.

Высокотемпературным источником служила электродуговая установка «Горыныч». Параметры работы плазматрона были следующие: ток – 8 А, напряжение – 150 В, температура плазменной струи – 6000 °С, скорость прохождения плазменной струи по поверхности стеклокристаллической плитки – 10–12 мм/с.

Основная часть. Химический состав тарных стёкол, используемых в качестве основы стеклокристаллического материала, представлен в табл. 1.

 

Таблица 1

Химический состав тарных цветных стёкол

Марка стекла

Цвет

Содержание оксидов, мас. %

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

Na2O

Fe2O3

Cr2O3

Co3O4

SO3

ЗТ-1

зеленый

71,0

3,5

8,0

3,0

14,0

0,8

0,4

ЗТ-2

изумрудный

69,0

3,8

8,5

2,5

14,0

0,5

0,2

0,3

КТ

коричневый

71,4

3,3

8,0

3,0

14,0

1,5

0,3

синий

64,25

1,76

8,27

6,51

19,28

0,14

0,062

0,12

 

 

С целью повышения прочностных характеристик в состав стеклокристаллического композита вводили бой фарфора. Натриевое жидкое стекло вводили в состав для снижения температуры спекания.

Разработанные составы масс представлены в табл. 2.

 

Таблица 2

Состав и свойства композиционных стеклокристаллических материалов

Наименование стеклавкомпозите

Содержание компонентов,%

Прочность на сжатие, МПа

Водопоглощение,%

Изменение размеров,%

стеклобой

бой фарфора

жидкое стекло

1

Зеленое ЗТ-1

85

5

10

67

0,28

-1,95

80

10

10

76

0,31

-1,85

2

Изумрудное

85

5

10

69

0,21

-2,15

80

10

10

78

0,25

-2,01

3

Коричневое КТ

85

5

10

64

0,32

-1,91

80

10

10

75

0,37

-1,79

4

Синее тарное

85

5

10

54

0,36

-1,89

80

10

10

74

0,43

-1,69

 

 

После плазмохимического модифицирования композитов зелёного, изумрудного, коричневого, синего цветов исследовали эстетические и эксплуатационные свойства огненно-полированной поверхности составов с содержанием 80 % стеклобоя, 10 % боя фарфора и 10 % жидкого стекла.

В число основных эксплуатационных свойств композиционных стеклокристаллических материалов входит термостойкость. Термостойкость композита до и после плазмохимического модифицирования представлена в табл. 3.

При плазмохимическом модифицировании происходит микрозакаливание огненно-полированной поверхности.

Таблица 3

Термостойкость композиционного   

 стеклокристаллического материала

Наименование стекла в композите

Термостойкость (Т), °С

До плазменной обработки

После плазменной обработки

1

Зеленое ЗТ-1

96

112

2

Изумрудное ЗТ-2

92

106

3

Коричневое КТ

94

108

4

Синее тарное

96

110

Одним из показателей качества лицевой поверхности является коэффициент диффузорного отражения (КДО, %). В таблице 4 представлены значения КДО композиционных стеклокристаллических материалов до и после плазмохимического модифицирования.

После плазменного оплавления КДО огненно-полированной поверхности значительно повысился (таблица 4).

 

При прохождении плазменной струи по лицевой поверхности композиционного стеклокристаллического материала со скоростью 10 мм/с лицевая поверхность разогревалась до температуры 2000 °С. За счёт высоких температур плазменной струи происходило испарение с лицевой поверхности щелочных и щелочноземельных оксидов. Поверхность прогревалась в среднем до 2000–2500 мкм и обогащалась оксидами кремния, аллюминия. Это приводило к повышению химической устойчивости, в частности, водостойкости, кислотостойкости и щелочеустойчивости лицевой поверхности (табл. 5).

Таблица 4

КДО до и после плазмохимического              модифицирования

Наименования стекла в композите

КДО, %

До плазменной обработки

После

плазменной обработки

1

Зеленое ЗТ-1

62

72

2

Изумрудное ЗТ-2

64

76

3

Коричневое КТ

58

69

4

Синее тарное

56

67

 

Таблица 5

Химическая устойчивость огненно-полированной поверхности

стеклокристаллического композиционного материала

Наименование стекла в композите

Водостойкость

Кислотостойкость,

HCl

Щелочестойкость,

1H NaOH

0,01HHCl, см3

Гидролитический класс

обработка

обработка

обработка

обработка

до

после

до

после

до

после

до

после

1

Зеленое ЗТ-1

3,62

2,44

IV

III

97,4

98,3

93,8

94,9

2

Изумрудное ЗТ-2

3,84

2,71

IV

III

96,3

97,1

92,8

94,2

3

Коричневое КТ

3,68

2,55

IV

III

97,1

98,1

93,3

94,8

4

Синее тарное

3,72

2,69

IV

III

96,9

97,8

94,1

95,1

 

Как видно из табл. 5, после плазмохимического модифицирования химическая устойчивость огненно-полированной лицевой поверхности композиционных стеклокристаллических материалов возросла.

Выводы. Исследовано влияние плазмохимического модифицирования на повышение эстетических и эксплуатационных показателей защитно-декоративных покрытий.

Установлено, что под действием высоких температур плазменной струи происходит огненная полировка лицевой поверхности стеклокристаллического композиционного материала.

Показано, что огненно-полированная поверхность стеклокристаллических материалов обладает повышенными значениями коэффициента диффузионного отражения, водостойкости, кислотостойкости, щелочестойкости и термостойкости.

Источник финансирования. Грант Президента РФ № НШ-2724.2018.8.

Список литературы

1. Будов В.М., Саркисов П.Д. Производство строительного и технического стекла. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1991. 319 с.

2. Дорохова Е.С., Изотова И.А., Жерновой Ф.Е., Бессмертный В.С., Жерновая Н.Ф. Разработка и опытная апробация технологии облицовочного стеклокерамического композита // Вестник Белгородского государственного тех-нологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 1. С. 138–143.

3. Жерновая Н.Ф., Дороганов Е.А., Бес-смертный В.С., Дорохова Е.С., Жерновой Ф.Е., Здоренко Н.М., Изотова И.А. Стеклокерамический композит с мультифункциональной колеманитовой добавкой // Перспективные материалы. 2016. № 5. С. 51–58.

4. Dorokhova E.S., Zhernovoi F.E., Izotova I.A., Bessmertnyi V.S., Zhernovaya N.F., Tarasova E.E. Shrink-free face material based on cullet and colemanite // Glass and Ceramics. 2016. Vol. 73. Issue 3. P. 103–106. DOI: 10.1007/s10717-016-9835-6.

5. Dorokhova E.S., Zhernovaya N.F., Bessmertnyi V.S., Zhernovoi F.E., Tarasova E.E. Control of the structure of porous glass-ceramic material // Glass and Ceramics. 2017. Vol. 74. Issue 3–4. P. 95–98. DOI: 10.1007/s10717-017-9936-x.

6. Бессмертный В.С., Бондаренко Н.И., Борисов И.Н., Бондаренко Д.О. Получение защитно-декоративных покрытий на стеновых строительных материалах методом плазменного оплавления. Белгород: Изд. БГТУ, 2014. 104 с.

7. Бессмертный В.С., Борисов И.Н., Ильина И.А., Бондаренко Н.И., Бондаренко Д.О. Плазмохимическая модификация строительных материалов // Наукоемкие технологии и инновации (XXI научные чтения): сб. трудов Междунар. науч.-практ. конф. Белгород: БГТУ, 2014. С. 41–45.

8. Бессмертный В.С., Зубенко С.Н., Дюмина П.С., Здоренко Н.М., Волошко Н.И. Плазменно-оплавленные защитно-декоративные покрытия на бетоне на основе алюминатных цементов и боя цветных стекол // Международный журнал экспериментального образования. 2015. № 9. С. 104.

9. Пучка О.В., Бессмертный В.С., Сергеев С.В., Вайсера С.С. Плазмохимические методы получения покрытий на поверхности пеностекла // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. № 3. С. 147–150.

10. Бессмертный В.С., Минько Н.И., Бондаренко Н.И., Лесовик В.С., Яхья Мохаммед Яхья, Бондаренко Д.О., Табит Салим Аль-Азаб Исследование влияния плазменной обработки стеновых строительных материалов на потребитель-ские свойства защитно-декоративных покрытий // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2014. № 4. С. 59–62.

11. Бессмертный В.С., Здоренко Н.М., Симачёв А.В. Некоторые аспекты повышения качества строительной керамики путем подбора комплексных органоминеральных добавок // Успехи современного естествознания. 2013. № 5. С. 109.

12. Бессмертный В.С., Ильина И.А., Соколова О.Н. Получение защитно-декоративных покрытий на стеновых строительных материалах автоклавного твердения // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2012. № 3. С. 155–157.

13. Ильина И.А., Минько Н.И., Борисов И.Н., Бондаренко Д.О., Скрипченко П.В. Ло-кальная термическая обработка стеновых строительных материалов автоклавного твердения // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 3. С. 165.

14. Бессмертный В.С., Ильина И.А., Зубенко С.Н., Соколова О.Н., Здоренко Н.М., Волошко Н.И. Плазмохимическое модифицирование стеновых строительных материалов автоклавного твердения // Международный журнал экспериментального образования. 2015. № 9. С. 119.

15. Бессмертный В.С., Ляшко А.А., Пана-сенко В.А., Долуденко А.А., Антропова И.А., Ильина И.А. Плазменная обработка автоклав-ных материалов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2011. № 12. С. 81–82.

16. Бондаренко Н.И., Бессмертный В.С., Борисов И.Н., Тимошенко Т.И., Буршина Н.А. Бетоны с защитно-декоративными покрытиями на основе алюминатных цементов, оплавленные плазменной струёй // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 2. С. 181–185.


Войти или Создать
* Забыли пароль?