УДК 666.263.2

Туленбаев Ж. С.

Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати, Казахстан

Влияние наполнителей на свойства композиционных материалов

Композиционные материалы на основе стеклобоя и наполнителей могут применятся как облицовочные, так и в виде обжиговых связок [1].

В настоящей статье приведены результаты исследования влияния и количества наполнителей: фосфатноглинистые сланцы (ФГС), гранитные отсевы (ГО), углиста кремнистые сланцы (УКС), фосфатнокремнистые сланцы (ФКС) на некоторые свойства композиционных материалов. Композиции состояли из смеси боя стекла и наполнителей. Связующим служили раствор жидкого натриевого стекла плотностью 1,12г/см³ в количестве 5% от массы сухого вещества и смесь суглинка с бентонитовой глиной в количестве 10%. Все компоненты тщательно смешивали, формовали и обжигали образцы цилиндры диметром и высотой 20мм.

Рис.1 Зависимость объемной массы от содержания наполнителя в композициях

1 – бой стекла - УКС, 2 – бой стекла - ФГС, 3 – бой стекла - ФКС, 4 – бой стекла - ГО

Полученные таким образом образцы были использованы для изучения следующих свойств: прочность при сжатии, объемной массы, водопоглощения, водостойкости (коэффициента размягчения), морозостойкости, теплопроводности. Цель работы заключалась в выявлении зависимости свойств материала от количество наполнителя и ее гранулометрического состава.

Методы определения указанных свойств соответствовали требованиям нормативных документов (ГОСТ 7025-78) для строительных материалов — керамики, бетонов и т. п. Однако эти методы дают существенный разброс результатов. Поэтому графики полученных зависимостей первоначально представляли собой облако точек. Исключение составила зависимость прочности от содержания наполнителя, где разброс результатов был наименьшим. Для выявления источников рассеяния были применены статистические методы, в частности сравнение дисперсий по критерию Фишера. Такая обработка результатов показала, что все отклонения при определении указанных свойств носят случайный характер и подчиняются закону нормального распределения. При доверительной вероятности 90 % относительная ошибка измерений не превышала 15%, что для строительных материалов является приемлемым. На основании полученных данных были построены графики исследованных зависимостей (рис. 1—3). Из литературных источников известно, что между содержанием наполнителя и свойствами композиционного материала существуют зависимости которые по мнению И. Д. Рыбьева [2], подчиняются закону конгруэнтности, т.е. существует некое подобие этих зависимостей для бетонов и растворов на минеральных вяжущих, полимербетонов и бетонополимеров, асфальтобетонов и т.д. Другими словами, вид связующего материала (матрицы) не должен влиять на характер указанных зависимостей.

Анализ экспериментальных данных показывает, что между прочностью и содержанием наполнителя фазы существует однозначная корреляция: с увеличением количества наполнителя прочность материала снижается. Эта корреляция наблюдается для всех видов наполнителя при всех температурах обжига и не зависит от вида стекла.

Поскольку коэффициент корреляции между количеством наполнителя и прочностью равен 1, то можно считать, что прочность зависит от количества и является функцией этого количества.

Рис. 2 Зависимость водопоглощения от количества наполнителя в композициях

а – бой стекла - УКС, б – бой стекла – ГО, в – бой стекла – ФГС, г – бой стекла – ГО, 1,2,3,4 - температура обработки 850, 900, 950, 1000°С соответственно.

Рис. 3 Зависимость водостойкость от количества в композициях.

Таким же образом изменяется и средняя плотность (см. рис. 1). Другие свойства материала также изменяются с изменением содержания. Однако характер этой зависимости иной по сравнению с выявленной для прочности. Водопоглощение при увеличении количества возрастает, но характер кривых для разных видов различен. Так, при введении ФГС с повышением его количества резко увеличивается водопоглощение (см. рис.2,а). Это объясняется тем, что водопоглощение является интегральным свойством матрицы и наполнителя, а ФГС сам по себе имеет более высокую пористость, чем остальные наполнители. Поэтому у остальных видов наполнителей водопоглощение повышается не так резко (см. рисунок 2. б-г). Водостойкость в целом с увеличением количества наполнителя снижается. Однако при введении ФГС зависимость отличается от остальных (см. Рис. 3, а).

Наклон кривой постепенно возрастает начиная с 10%-ного содержания наполнителя, достигает своего максимума при 40%, а затем резко падает. Снижение водостойкости при двух видах наполнителя с увеличением ее количества происходит плавно и равномерно (см. рисунок 3, б-г). Все композиции были испытаны на морозостойкость, они выдержали 65 циклов попеременного замораживания и оттаивания независимо от состава стекла, вида количества наполнителя.

Исследована также теплопроводность композиций (см. таблицу 1). В целом с увеличением плотности наполнителя теплопроводность повышается, при этом она не превышает теплопроводности красного глиняного кирпича.

В процессе спекания композиционного материала исходное стекло матрицы при определенной температуре порядка>850°С переходит в пиропластическое состояние. В этом состоянии стекло смачивает поверхность частиц тугоплавкого наполнителя. За счет такого взаимодействия между стеклом и наполнителем формируется зоны контакта матрицы с наполнителем при последующей кристаллизации матрицы.

Таблица 1. Теплопроводность композиции.

Композиция состава, % по массе	Теплопроводность, Вт/(м˚С), при температуре
	50˚С	75˚С
50 боя стекла 50 ГО	0,62	0,66
50 боя стекла 50 ФГС	0,52	0,55
50 боя стекла 50 УКС	0,43	0,45
50 боя стекла 50 ФКС	0,58	0,63

Таким образом, свойства рассмотренного стеклокомпозиционного материала удовлетворяют требованиям, предъявляемым к облицовочным материалам и обжиговым связкам. При этом указанные свойства поддаются регулированию в зависимости от вида и количества наполнителя и стеклобоя. Количество стеклобоя в композиционных материалах и обжиговых связках может изменятся от 50 до 70%.

Литература

1. Мирзаходжаев А. А. Декоративно облицовочные материалы на основе стекла для строительства, Алматы, 2000 – КазГАСА – 130с.
2. Рыбьев И. А. Строительные материалы на основе вяжущих веществ. М. Высшая школа, 1978. – 309с.