В общем виде процесс обводнения стекла может быть записан в виде следующей химической реакции:

≡Si–ONa + H₂O →≡Si–OH + NaOH (1)

Выщелачивание и обводнение два взаимосвязанных процесса, обусловленные гидролитической деструкцией исходной структуры стекла. Однако, это не позволяет переносить количественные результаты определения одного процесса на другой, в связи с тем, что обводнение происходит не только за счет замещения Мe⁺ на Н⁺ в структуре стекла, но и в результате резорбции-разрыва ≡Si-О-Si≡ связей с образованием ≡Si-ОН групп.

Основным фактором, определяющим пригодность гидратированных техногенных стекол для получения пористых материалов, является количество и характер связанной воды.

Температура удаления молекулярной воды лежит в интервале 70-170 °С. Удаление силанольной воды и Н₂O координированной атомами кремния начинается при 250 °С и заканчивается при 1000 °С. Следовательно, при вспучивании водосодержащих стекол решающую роль будет играть силанольная вода.

Установлено, что с целью максимального использования молекулярной и силанольной воды в качестве газообразователя, обжиг целесообразно осуществлять по пиковому режиму.

Для расширения номенклатуры пористых заполнителей рассматривалась возможность получения пористых пустотелых гранул.

Для изучения влияния технологических параметров на получение пористых пустотелых гранул из обводненного стекла с целью разработки технологии, был запланирован и реализован трехфакторный эксперимент типа 2^п с использованием принципа Д - оптимальности.

В качестве рецептурно - технологических факторов, оказывающих влияние на свойства пористых пустотелых гранул, рассматривались удельная поверхность стеклобоя; время тепловлажностной обработки; температура обжига.

В качестве параметра оптимизации была принята средняя плотность гранул, поскольку именно она позволяет оценить качество материала и достаточно точно контролируется с помощью методов “сухой среды”.

В результате реализации плана эксперимента и проверки адекватности модели были получены пористые пустотелые гранулы со средней плотностью 340 – 440 кг/м³.

Наибольшее влияние на среднюю плотность гранул оказывает удельная поверхность исходного стеклобоя, что было доказано в ходе эксперимента. Средняя плотность гранул составляет 300 – 330 кг/м³ при насыпной плотности 180 – 200 кг/м³. Оптимальной является удельная поверхность 6500 см²/г.

Для оптимизации технологических параметров был запланирован и реализован четырехфакторный эксперимент с фиксированным значениям удельной поверхности- 6500 см²/г.

В этом эксперименте изучалось влияние длительности тепловлажностной обработки; температуры обжига; размера фракции гранул и продолжительности обжига.

Анализ влияния формы и размера образца на образование пустоты в заполнителе показал, что на образцах фракции 5 - 7 мм и менее пустота не образуется. Это связано с быстрым прогревом гранулы и интенсивным выравниванием температурных полей по всему сечению гранулы.

Для фракции 7 - 10, 10 - 15, 15 - 20 мм выявлено образование пустоты, наибольший размер пустоты отмечается на образы кубической формы.

На образцах лещадной формы либо вообще не образуется пустота, либо образуются зачатки пустоты.

В результате реализации плана эксперимента и проверки адекватности модели были получены следующие данные:

- наименьшие значения средней плотности пористой пустотелой гранулы при температуре 900 ^оС достигаются при выдержке 5 минут (таблица 1).

Таблица 1 – Влияние размера фракции гранул на их плотность