Smart composite in construction Smart composite in construction Умные композиты в строительстве 2782-1919 100028 10.52957/2782-1919-2025-6-2-35-52 Строительные материалы и изделия Construction materials and products Строительные материалы и изделия Dynamics of crystallization and structural and mechanical properties of magnesium modified foam glass in multicomponent silicate systems Динамика кристаллизации и структурно-механические свойства магниймодифицированного пеностекла в многокомпонентных силикатных системах Федосов Сергей Викторович Fedosov Sergey Viktorovich fedosov-academic53@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Баканов Максим Олегович Bakanov Maksim Olegovich mask-13@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Грушко Ирина Сергеевна Grushko Irina Sergeevna grushkois@gmail.com Кузнецов Илья Александрович Kuznetsov Ilya Aleksandrovich ikuz1999@list.ru Московский государственный строительный университет Moscow State University of Civil Engineering Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России Россия Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России Russian Federation Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова Platov South-Russian State Polytechnic University Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России Иваново Россия Ivanovo Fire and Rescue Academy of the State Fire Service of the Ministry of Emergency Situations of Russia Ivanovo Russian Federation 19 06 2025 19 06 2025 6 2 35 52 14 04 2025 15 05 2025 https://chemintech.ru/en/nauka/article/100028/view

Исследовано влияние оксида магния на динамику кристаллизации и структурно-механические свойства пеностекла в системе «стекломасса – газ – кристаллиты». С использованием методов термодинамического моделирования, растровой электронной микроскопии и энергодисперсионного микроанализа установлено, что введение MgO индуцирует формирование MgFe2O4 и Mg-Ca-силикатов, при этом доля кварца снижается на 18%. Оптимизация концентрации MgO (7.5 мас%) обеспечивает рост прочности на изгиб до 86.5 МПа и микротвердости до 7.2 ГПа. Системный подход к управлению температурными режимами синтеза позволяет стабилизировать диссипативные структуры расплава и минимизировать внутренние напряжения. Результаты подтверждают возможность направленного регулирования морфологии кристаллитов (50-200 нм) для создания материалов с прогнозируемыми теплоизоляционными и механическими характеристиками, согласно ГОСТ 33949-2016.

The authors investigate the impact of magnesium oxide on the dynamics of crystallisation and structural-mechanical properties of foam glass in the system "glass mass – gas – crystallites". The authors have established by methods of thermodynamic modelling, scanning electron microscopy and energy dispersive microanalysis that the introduction of MgO induces the formation of MgFe2O4 and Mg-Ca-silicates, reducing the proportion of quartz by 18%. Optimisation of MgO concentration (7.5 wt%) provided an increase in bending strength up to 86.5 MPa and microhardness up to 7.2 GPa. A systematic approach to controlling the temperature conditions of synthesis allowed us to stabilise the dissipative structures of the melt and minimise internal stresses. The results confirm the possibility of directional control of crystallite morphology (50-200 nm) to create materials with predicted thermal insulation and mechanical characteristics, according to GOST 33949-2016.

 пеностекло оксид магния динамика кристаллизации структурно механические свойства термодинамическое моделирование стеклокерамические системы микроструктурная гетерогенность foam glass magnesium oxide dynamics of crystallisation structural and mechanical properties thermodynamic modelling glass-ceramic systems microstructural heterogeneity

Шилл Ф. Пеностекло. М.: Стройиздат, 1965. 307 с. Schill, F. (1965), Foam glass. M.: Stroyizdat, 307 p. (in Russian). Китайгородский И.И., Ширкевич Т.Л. // ДАН СССР. 1965. Т. 162. № 6. С. 1339-1341. Kitaygorodsky, I.I. and Shirkevich, T.L. (1965), DAN USSR, vol. 162, no. 6, pp. 1339-1341 (in Russian). Czerwiński Z. // Szklo i ceramika. 1964. № 12. S. 313-316. Czerwiński, Z. (1964), "Szklo i ceramika", no. 12, pp. 313-316. Czerwińsk Z. // Szklo i ceramika. 1965. № 3. S. 68-69. Czerwiński, Z. (1965), "Szklo i ceramika", no. 3, pp. 68-69. Sсhill F. // Veda a výzkum v promyslu sklarskem. 1961. № 7. S. 59-108. Schill, F. (1961), "Veda a výzkum v promyslu sklarskem", no. 7, pp. 59-108. Садчeнко H.П.. Исследование в области получения пеностекла для низкотемпературной изоляции: автореф. канд. дисс. Минск, 1973. Sadchenko, N.P. (1973), "Research in the field of obtaining foam glass for low-temperature insulation", Abstr. Ph.D. diss., Minsk, USSR (in Russian). Сулeйменов С.Т. Исследование некоторых физико-химических свойств пеностекла в процессе его получения. Автореф. канд. дисс. Алма-Ата, 1955. Sulejmenov, S.T. (1955), "Study of some physicochemical properties of foam glass in the process of its production", Abstr. Ph.D. diss. Alma-Ata, USSR (in Russian). Демидович Б.К. Пеностекло. Минск: Наука и техника, 1975. 248 с. Demidovich, B.K. (1975), "Foam glass", Minsk: Science and Technology, 248 p. (in Russian). Китайгородский И.И., Бутт М. // Стекло: Бюлл. Института стекла. 1960. № 2. С. 3-7. Kitaygorodsky, I. I. and Butt, M. (1960), "Glass", Bull. of the Glass Institute, no. 2, pp. 3-7 (in Russian). Кручинин Д.Ю., Фарафонтова Е.П. Физическая химия стеклообразного состояния: учеб. пособие. Мин-во науки и высш. образования РФ. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2021. 108 с. Kruchinin, D.Yu. and Farafontova, E.P. (2021), "Physical chemistry of the glassy state: a textbook", Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation. Yekaterinburg: Ural Publishing House University, 108 p. (in Russian). Lilensten L., Fu Q., Wheaton B.R., Credle A.J. Kinetic study on lithium-aluminosilicate (LAS) glass-ceramics containing MgO and ZnO // Ceram. Int. 2014. Vol. 40. P. 11657-11661. Lilensten, L., Fu, Q., Wheaton, B.R. and Credle, A.J. (2014), "Kinetic study on lithium-aluminosilicate (LAS) glass-ceramics containing MgO and ZnO", Ceram. Int., vol. 40, pp. 11657-11661. Zhang S.A., Zhang Y.L., Qu Z.M. Effect of soluble Cr2O3 on the silicate network, crystallization kinetics, mineral phase, microstructure of CaO-MgO-SiO2-(Na2O) glass ceramics with different CaO / MgO ratio // Ceram. Int. 2019. Vol. 45. P. 11216-11225. Zhang, S.A., Zhang, Y.L. and Qu, Z.M. (2019), "Effect of soluble Cr2O3 on the silicate network, crystallization kinetics, mineral phase, microstructure of CaO-MgO-SiO2-(Na2O) glass ceramics with different CaO/MgO ratio", Ceram. Int., vol. 45, pp. 11216-11225. Zhang Y.H., Luo Z.W., Liu T.Y., Hao X.J., Li Z., Lu A.X. MgO-doping in the Li2O-ZnO-Al2O3-SiO2 glass-ceramics for better sealing with steel // J. Non-Cryst. Solids. 2014. Vol. 45. P. 170-175. Zhang, Y.H., Luo, Z.W., Liu, T.Y., Hao, X.J., Li, Z. and Lu, A.X. (2014), "MgO-doping in the Li2O-ZnO-Al2O3-SiO2 glass-ceramics for better sealing with steel", J. Non-Cryst. Solids, vol. 405, pp. 170-175. Tang Y., Zheng X., Ma W., Wu P. Residues from sewage sludge incineration for ceramic products with potential for zinc stabilization // Waste. Manag. 2018. Vol. 82. P. 188-197. Tang, Y., Zheng, X., Ma, W. and Wu, P. (2018), "Residues from sewage sludge incineration for ceramic products with potential for zinc stabilization", Waste. Manag., vol. 82, pp. 188-197. Zhangyang Lu, Jinshan Lu, Xibao Li, Gangqin Shao, Effect of MgO addition on sinterability, crystallization kinetics, and flexural strength of glass–ceramics from waste materials // Ceramics Int. 2016. Vol. 42, Iss. 2. Part B. P. 3452-3459. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.10.142. Zhangyang, Lu, Jinshan, Lu, Xibao, Li and Gangqin, Shao (2016), "Effect of MgO addition on sinterability, crystallization kinetics, and flexural strength of glass-ceramics from waste materials", Ceramics Int., vol. 42, no. 2, part B, pp. 3452-3459, https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2015.10.142 Barrere F., van Blitterswijk C.A, de Groot K., Layrolle P. Nucleation of biomimetic Ca-P coatings on Ti6Al4V from a SBF×5 solution: influence of magnesium // Biomaterials. 2002. Vol. 23. P. 2211-2220. Barrere, F., van Blitterswijk, C.A, de Groot, K. and Layrolle, P. (2002), "Nucleation of biomimetic Ca-P coatings on Ti6Al4V from a SBF×5 solution: influence of magnesium", Biomaterials, vol. 23, pp. 2211-2220. Roman J., Salinas A.J., Vallet-Regi M., Oliverira J.M., Correia R.N., Fernandes M.H. Role of acid attack in the in vitro bioactivity of a glass-ceramic of the 3CaO·P2O5-CaO·SiO2-CaO·MgO·2SiO2 system // Biomaterials. 2001. Vol. 22. P. 2013-2019. Roman, J., Salinas, A.J., Vallet-Regi, M., Oliverira, J.M., Correia, R.N. and Fernandes, M.H. (2001), "Role of acid attack in the in vitro bioactivity of a glass-ceramic of the 3CaO·P2O5-CaO·SiO2-CaO·MgO·2SiO2 system", Biomaterials, vol. 22, pp. 2013-2019. Baoqing Li, Yanping Guo, Jianzhang Fang, Effect of MgO addition on crystallization, microstructure and properties of glass-ceramics prepared from solid wastes // Journal of Alloys and Compounds. 2021. Vol. 881. 159821. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159821 Baoqing, Li, Yanping, Guo and Jianzhang, Fang (2021), "Effect of MgO addition on crystallization, microstructure and properties of glass-ceramics prepared from solid wastes", Journal of Alloys and Compounds, vol. 881, 159821. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159821 Федосов С.В., Баканов М.О., Грушко И.С. Применение техногенного сырья в процессе синтеза пеностекла с гетерогенной микроструктурой // Вестник МГСУ. 2024. Т. 19. Вып. 2. С. 258-269. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.2.258-269 Fedosov, S.V., Bakanov, M.O. and Grushko, I.S. (2024), "Use of technogenic raw materials in the synthesis of foam glass with a heterogeneous microstructure", Bulletin of MGSU, vol. 19, no. 2, pp. 258-269. DOI: 10.22227/1997-0935.2024.2.258-269 (in Russian). Федосов С.В., Баканов М.О. Модели и методы высокотемпературной термической обработки в технологии пеностекла. М.: Издательство «Спутник +». 2021. 302 с. Fedosov, S.V. and Bakanov, M.O. (2021), "Models and methods of high-temperature heat treatment in foam glass technology", Moscow: Publishing house "Sputnik +", 302 p. (in Russian).