Причем для серии ячеек эти утолщения стенок не ориентированы. Поэтому можно предположить, что ячейки в процессе своего развития не только увеличиваются в объеме, но и совершают некоторое движение. В таком случае в двойной разделительной стенке также происходит движение жидкости, и чем свободнее она движется, тем равномернее происходит развитие структуры в целом.

Встречающиеся сравнительно редко в таком пеностекле локальные утолщения стенок, как правило, не содержат инородных включений, что указывает на возможность образования их в присутствии более крупных частиц стекла в смеси либо в результате протекания реакций с поглощением тепла. Редкие кристаллы различной природы обнаружены главным образом на поверхности пластинок, что, по-видимому, является результатом поверхностной кристаллизации стекла в присутствии газообразователя.

В спеках на основе стекла, склонного к поверхностной кристаллизации, формируются стенки ячеек с попеременными одно-или двусторонними утолщениями (рис. 5.7, 5). На поверхности их и в массе часто обнаруживаются кристаллы или другие инородные включения, которые, очевидно, и являются причиной деформации разделительных стенок. В местах наиболее крупных включений прослеживаются небольшие трещины, количество которых тем больше, чем выше степень закристаллизованности стекла.

Аналогичные дефекты структуры, но в значительно большей мере наблюдаются в пеностекле, полученном при вспенивании горных пород без предварительной варки (рис. 5.7, 6). Причиной их является присутствие первичной кристаллической фазы исходного сырья, которая остается в спеке пенообразующей смеси к моменту начала его вспенивания (50, 52, 138). Структура пеностекла на основе кристаллизующихся стекол весьма разнородна, а изделия из него имеют большую объемную массу (400—800 кг/м3).

Замечено, что по мере повышения кристаллизационной способности стекол или при наличии в пенообразующей смеси первичной кристаллической фазы (непосредственное вспенивание горных пород) в пенообразующую смесь требуется вводить большее количество газообразователя, очевидно, для того, чтобы компенсировать увеличение работы вспенивания, вызванное повышением вязкости расплава в присутствии твердых частиц. Снижение подвижности расплава внутри элементарной пластинки способствует повышению ее жесткости и соответственно устойчивости всей системы, что на стадии вспенивания тормозит развитие структуры пеностекла, понижая при этом его наиболее важные свойства: объемную массу, теплопроводность и водопоглощение.

Именно этим можно объяснить то, что пеноситаллы являются тяжелыми по отношению к высококачественному пеностеклу [318—327], а наиболее легкие из них [319—325] не отличаются высокой прочностью, свойственной закристаллизованному стеклу.

Развитию структуры пеностекла препятствуют также частицы железа, хрома, шамота и другие, которые находятся в спеке в твердом состоянии. Эти включения (или новообразования) характеризуются другими по сравнению со стеклом коэффициентами термического расширения, а также анизотропным характером теплопроводности, что вызывает возникновение напряжений в стенках ячеек, в результате которых образуются трещины в отдельных структурных элементах, снижающие прочность пеностекла.

Термическая неоднородность спеков пенообразующей смеси, возникающая как в результате недостаточного ее усреднения, так и при ускоренном течении процесса нагрева в области температур от начала спекания стекла до максимума вспенивания пеностекла, также является причиной формирования деформированных ячеек. Поэтому для повышения ее рекомендуется перед вспениванием уплотнять пенообразующую смесь любым из известных способов [3, 247] или процесс нагрева спеков вести с малой скоростью.

Значительно уменьшают однородность почти всех элементов структуры пеностекла макропузырьки, появляющиеся в большом количестве в пиропластическом спеке в момент образования разделительных стенок между ячейками. Пространственное размещение микропузырьков в стенках многогранников может быть следующих типов:

  • очень малых размеров внутри стенки;
  • расположенных по всей длине стенки, частично рядом с ее ребром (гранью) и главным образом внутри стенки;
  • рассеяны с малыми интервалами по всей длине стенки, а также вдоль ее ребер и на поверхности;
  • размещены вдоль ребра внутри и снаружи многоугольника, разделяющего многогранники.

Пузырьки с меньшими (относительно средних) размерами, частично выступающие внутри многогранников, а также большие пузыри, образующиеся как дополнительные выросты, уменьшают прочность разделительных стенок и в целом структуру пеностекла. Многоугольники, разделяющие многогранники, часто содержат пузыри средних размеров, которые частично их деформируют и снижают жесткость их конструкции. Этот тип пузыря довольно сильно влияет на ослабление тех многогранников, для которых многоугольники создают как бы углы, соединяющие весь скелет пеностекла.

Исследование структуры пеностекла, полученного на основе различных стекол, позволяет сделать следующие обобщающие выводы о причинах возникновения дефектов в ее структурных элементах.

В начальных стадиях развития структура пеностекла близка к шаровой пене. Такое пеностекло представляет интерес лишь в случае получения пеноситаллов, когда важнейшим свойством его является прочность, а не теплофизические характеристики.

Даже в наиболее благоприятных для вспенивания условиях (фазовая и термическая однородность, применение некристаллизующихся стекол и чистого углерода) легкое пеностекло (γ = 200 кг/м3) содержит значительное количество дефектов, ослабляющих общую прочность его структурного каркаса. Наиболее вероятными причинами возникновения их являются микронеоднородность стекол, протекание окислительно-восстановительных реакций с поглощением или выделением тепла, вызывающих локальное изменение вязкости. Количество дефектов обратно пропорционально объемной массе пеностекла, что указывает на наличие взаимосвязи между линейными размерами этих дефектов и толщиной разделительных стенок. Для пеностекла на основе некристаллизующихся стекол характерно наличие лишь отклонений в геометрии структурных элементов и отсутствие пор в виде капилляров, что способствует снижению водопоглощения и сорбционной способности пеностекла в условиях знакопеременных температур и высокой влажности окружающей среды.

Наиболее часто встречающиеся дефекты структуры возникают в результате фазовой неоднородности расплава на стадии развития пеностекла. Количество формирующихся дефектов пропорционально содержанию в жидкой фазе инородных включений, главным образом кристаллической фазы, образующейся в результате кристаллизации исходного стекла, и частиц металлического железа. Локализация этих включений влияет на водопоглощение пеностекла, капиллярный подсос влаги и объемную массу. В случае образования их в самой разделительной стенке повышаются все перечисленные свойства, при поверхностной кристаллизации — лишь объемная масса.

Инородные включения в связи с различием их термических свойств способствуют формированию микротрещин и капилляров, особенно на стадии отжига и в процессе эксплуатации пеностекла, понижая тем самым его прочность и повышая водопоглощение.

Можно предположить, что пеномасса с большим количеством дефектов структуры обладает пониженными деформационно-упругими характеристиками. Очевидно, это связано с наличием открытых пор в ячейках соединительных каналов между ними, исключающих восстановление временно деформированных элементов в связи с повышением давления газов в случае замкнутой ячейки.

СТРАНИЦЫ: