Мета роботи – визначення впливу газонасиченості води на міцність піщано-рідкоскляної суміші, що структурована в паро-мікрохвильвому середовищі за способом «SMS- process».

Дослідження проводили з використанням кварцового піску з вмістом глини до 0,1 %, який мав середній розмір частинок 0,16…0,20 мм, натрієвого рідкого скла з величиною силікатного модуля 2,93 та щільністю 1,42 г/см³. Піщано-рідкоскляні суміші готували шляхом плакування кварцового піску 2 % рідкого скла (за масою, понад 100 % кварцового піску). Перед використанням плакований пісок просіювали через сито з коміркою 0,315 мм та впродовж 5…6 хвилин сушили в мікрохвильовому випромінюванні з частотою радіохвилі 2,45 ГГц при потужності магнетрону печі 900 Вт.

Водяний заряд для реалізації за способом «SMS-process» (Патент України № 122538 від 26.11.2020) виготовляли із суміші  кварцового піску та води, вміст якої складав 5, 10 та 15 % поверх 100 % кварцового піску (за масою). Воду для водяного заряду використовували після її кип’ятіння, що забезпечувало об’ємний вміст у ній розчинених газів (кисню та водню) ~ 10 см³/л, а також «сиру» воду (об’ємний вміст розчинених кисню та водню ~ 20 см³/л) , набрану безпосередньо з водопроводу, і газовану воду після її витримки під атмосферним тиском впродовж 5 хвилин (об’ємний вміст розчинених кисню та водню ~20 см³/л та ~880 см³/л вуглекислого газу).

Для структурування на дні картонного стакану формували шар мокрого піску масою 20 г і насипали на нього 300 г плакованого кварцового піску (див. рис. 1), ущільнювали плакований пісок вібрацією впродовж 5…7 с та поміщали стакан у робочий простір мікрохвильової печі. Структурування в мікрохвильовій печі проводили впродовж 5 хвилин.

1 – зразок № 1; 2 – зразок № 2; 3 – зразок № 3; 4 – водяний заряд;

5 – плакований кварцовий пісок; 6 – картонний стакан

Рис. 1. Схема розміщення водяного заряду, піщано-рідкоскляної суміші та місця вирізання зразків структурованої суміші

По звершенні структурування, структуровану суміш витягали зі стакану та охолоджували на повітрі до кімнатної температури. З отриманих стрижнів  механічно вирізали зразки (№ 1, № 2, № 3, див. рис. 1) розміром 20´20´20 мм, на яких визначали міцність структурованих сумішей при статичному стисканні.

Випробування зразків на міцність проводили на приладі моделі LRu-2e, вимір розмірів зразків проводили з використанням штангенциркуля з точністю 0,1 мм, масу вимірювали на електронних вагах з точністю 0,1 г.

Результати досліджень (середні дані 5 зразків) представлено на рис. 2…4.

З аналізу гістограм на рис. 2…4 витікає, що дегазація води, яку використовують у водяному заряді, практично не впливає на рівень міцності на стиск структурованих піщано-рідкоскляних сумішей, які структуровані за способом «SMS-process».

Рис. 2. Гістограми міцності на стиск піщано-рідкоскляної суміші на рівнях 1…3 (див. рис. 1), що структурована 5 % (а), 10 % (б) та 15 % (в) водою, в якій розчинено ~10 см³/л повітря

Рис. 3. Гістограми міцності на стиск піщано-рідкоскляної суміші на рівнях 1…3 (див. рис. 1), що структурована 5 % (а), 10 % (б) та 15 % (в) водою, в якій розчинено ~20 см³/л повітря

Рис 4. Гістограми міцності на стиск піщано-рідкоскляної суміші на рівнях 1…3 (див. рис. 1), що структурована 5 % (а), 10 % (б) та 15 % (в) водою, в якій розчинено ~20 см³/л повітря та ~880 см³/л вуглекислого газу

Щодо використання газованої води, то наявність в водяній парі значної кількості вуглецевого газу, вочевидь, призводить до виникнення в манжетах між піщинками та поверхневому шарі рідкого скла на кварцовому піску Na₂CO₃ – соди, яка не є сполучною речовиною і добре розчиняється у конденсованій на піщинках воді. Це сприяє зниженню як розмірів і міцності рідкоскляних манжетів між піщинками, так і міцності піщано-рідкоскляних сумішей, що структуровані мікрохвильовим випромінюванням. Тобто, використання газованої води у водяних зарядах для виготовлення піщано-рідкоскляних стрижнів та ливарних форм за способом «SMS-process» недоцільно.