WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

ЛЕБЕДЕВА ТАТЬЯНА АНАТОЛЬЕВНА

ЯЧЕИСТЫЕ СТЕНОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ

МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ПЕН ИЗ ЖИДКОГО СТЕКЛА

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Томск - 2004

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Братский государственный технический университет» (ГОУ ВПО «БрГТУ»)

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент кафедры СМиТ БрГТУ С.А. Белых

Официальные оппоненты - доктор геолого-минералогических наук,

профессор А.В. Мананков

кандидат технических наук,

главный технолог ЗАО ТЗКМиИ

В.А. Майдуров

Ведущая организация - Новосибирский государственный

архитектурно-строительный университет

(Сибстрин)

Защита состоится 26 марта 2004 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212. 265. 01 в Томском государственном архитектурно – строительном университете по адресу: 634003 г. Томск, пл. Соляная, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан “____” ______________ 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор Н.К. Скрипникова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы:

Для регионов с суровыми климатическими условиями вопросы повышения энергоэффективности ограждающих конструкций, отраженные новыми требованиями СНиП II-3-79* “Строительная теплотехника”, стоят особенно остро. Значительная роль в решении этих вопросов отводится внедрению энергоэффективных строительных материалов. Имеются примеры использования многослойных ограждающих конструкций с эффективным утеплителем, удовлетворяющих требованиям второго этапа СНиП II-3-79* и нашедших широкое применение в различных регионах России. В г. Братске, приравненном к районам Крайнего Севера, существует потребность в новых энергоэффективных строительных материалах для ограждающих конструкций.

Немаловажным аспектом в производстве строительных материалов является рациональное использование сырьевой базы. Как показывает российский и зарубежный опыт, использование отходов промышленности в производстве строительных материалов позволяет покрыть потребность в сырьевых ресурсах, сократить затраты на изготовление строительных материалов и снизить техногенные нагрузки на окружающую среду. В городе Братске и регионе в результате работы промышленных предприятий образуется ряд многотоннажных отходов, физические свойства и химический состав которых позволяют рассматривать их как сырье высокой степени готовности для производства строительных материалов. В связи с этим задачи по разработке энергоэффетивных строительных материалов с использованием отходов промышленного производства являются актуальными.

Диссертационная работа выполнялась в рамках госбюджетной тематики 67.09.91, 67.09.35, 67.09.31, в соответствии с научным направлением “Изучение и решение региональных проблем социально-экономического развития и задач строительного комплекса”, поднаправление “Эффективные строительные материалы на основе местного сырья и отходов промышленности”.

Цель работы: разработка ячеистого стенового материала на основе минерализованных пен из жидкого стекла и технологии его производства.

Задачи работы:

  1. Обоснование выбора местного техногенного сырья для получения теплоизоляционных материалов на его основе.
  2. Разработка составов и способа получения минерализованных жидкостекольных смесей и их поризации.
  3. Изучение физико-химических процессов твердения минерализованных пеностекольных композиций.
  4. Изучение свойств ячеистых стеновых материалов на основе минерализованных пен из жидкого стекла, разработка технологии их получения, проведение опытно-промышленных испытаний.

Научная новизна:

  1. установлена селективная последовательность введения и перемешивания компонентов пеностекольной композиции, обеспечивающая требуемую степень поризации смеси, включающая предварительное получение пены с последующим введением жидкого стекла в количестве 55 – 65 % по массе, а затем тонкодисперсных минеральных компонентов при постоянном турбулентном перемешивании;
  2. установлены условия формирования устойчивой пеностекольной композиции путем вспенивания жидкого стекла с силикатным модулем 2 - 3 и плотностью 1,4 - 1,3 г/см3 и его последующей минерализации до степени 0,37, что позволяет получить максимальную прочность межпоровых перегородок за счет контактного омоноличивания наполнителя жидким стеклом при сохранении требуемой степени поризации и формуемости смеси;
  3. установлено, что при твердении пеностекольной композиции на основе минирализованного микрокремнеземом жидкого стекла из микрокремнезема с добавкой кремнефтористого натрия и извести при температуре 50-60 0С синтезируются низкоосновные гидросиликаты кальция, гидросиликаты натрия и фтор - гидросиликаты, что обеспечивает получение стеновых материалов с требуемыми прочностными характеристиками и водостойкостью.

Практическая значимость:

  1. разработаны составы и способ получения теплоизоляционных материалов плотностью 300-700 кг/м3 из вспененного минерализованного жидкого стекла;
  2. изучены технико-эксплуатационные показатели материалов из вспененного минерализованного жидкого стекла;
  3. результаты исследований использованы при разработке методики подбора состава, технологического регламента получения теплоизоляционных материалов из вспененного минерализованного жидкого стекла, технических условий ТУ 5767–020-02069295-2003 “Блоки стеновые мелкие из вспененного минерализованного жидкого стекла” и ТУ 5767-019-02069295-2003 “Плиты теплоизоляционные из вспененного минерализованного жидкого стекла”;
  4. проведена промышленная апробация разработанных предложений по получению теплоизоляционных материалов из вспененного минерализованного жидкого стекла.

На защиту выносятся:

  1. результаты исследований влияния свойств жидкого стекла, минерализатора и степени минерализации на свойства ячеистых материалов на основе низкократных минерализованных пен из жидкого стекла;
  2. экспериментальные данные по оптимизации составов теплоизоляционных материалов и способа получения материалов из вспененного минерализованного жидкого стекла;
  3. результаты исследований основных физико-механических и технико-эксплуатационных свойств материалов из вспененного минерализованного жидкого стекла.

Апробация работы:

Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на XXI-XXII научно-технических конференциях БрГТУ (Братск, 2000-2001г.г.), Научно-технических конференциях студентов и аспирантов “Региональные проблемы социально-экономического развития и задачи строительного комплекса” (Братск, БрГТУ, 2001-2002г.г.), Межрегиональных научно-технических конференциях “Естественные и инженерные науки - развитию регионов“ (Братск, БрГТУ, 2002-2003г.г.), Межрегиональной научно-практической конференции “Охрана окружающей среды в муниципальных образованиях на современном этапе” (Братск, 2002г.), 57 и 58-й научно-технических конференциях НГАСУ (Новосибирск, 2000-2001г.г.), Международных и Всероссийских научно-технических конференциях “Композиционные строительные материалы: Теория и практика”, “Актуальные проблемы современного строительства”, “Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов” (Пенза, ПГАСА, ПДЗ, 2001г.), Всероссийской научно-технической конференции “Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика” (Красноярск, КГАЦМиЗ, 2001г.), Втором научно-техническом семинаре “Нетрадиционные технологии в строительстве”, Научно-технической конференции “Архитектура и строительство. Наука, образование, технологии, рынок” (Томск, ТГАСУ, 2001-2002г.г.), III Международной научно-практической конференции-школы-семинара молодых ученых, аспирантов и докторантов “Современные проблемы строительного материаловедения” (Белгород, БелГТАСМ, 2001г.), Втором Международном конгрессе студентов, молодых ученых и специалистов “Молодежь и наука - третье тысячелетие” (Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002г.)

Публикации:

Основное содержание работы и ее результаты опубликованы в 15 печатных трудах и защищены патентом. По результатам работы получены 4 положительных решения ФИПС о выдаче патентов.

Диссертационная работа выполнялась с 1999 по 2003 г.г. Экспериментальные работы проводились в лабораториях БрГТУ, ТГАСУ.

Автор выражает благодарность д.т.н., профессору А.И. Кудякову (ТГАСУ), к.т.н., профессору А.А. Зиновьеву (БрГТУ) за оказанную помощь, ценные советы и консультации при выполнении работы, а также д.т.н., профессору Ю.С. Саркисову (ТГАСУ), к.т.н., доценту Н.О. Копанице (ТГАСУ) за помощь при проведении физико-химических исследований.

Объем работы:

Диссертационная работа изложена на 143 страницах основного текста, содержит 39 рисунков, 32 таблицы; состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографии, включающей 132 источника, 10 приложений на 58 страницах. Общий объем работы 201 страница.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы.

Первая глава содержит анализ теоретических предпосылок получения ячеистых материалов для ограждающих конструкций на основе вспененного минерализованного жидкого стекла.

Приоритетным направлением в вопросах повышения энергоэффективности ограждающих конструкций является использование ячеистых материалов. Исследования показали, что среди многообразия ячеистых материалов перспективными являются пенобетоны “сухой минерализации”, разработанные в МИСИ им. В.В. Куйбышева профессором А.П. Меркиным и его коллегами. Характеристики ячеистых материалов в значительной степени обусловлены используемым вяжущим. Значительный потенциал для обеспечения требуемых характеристик ячеистой структуры имеют вяжущие на основе силикатных композиций.

Управление свойствами ячеистых материалов, согласно полиструктурной теории профессора В.И. Соломатова, возможно путем целенаправленного формирования структурных микро- и макроуровней.

С целью выявления особенностей формирования макроструктуры и ее влияния на свойства композитов, полученных вспениванием вяжущего, проведен анализ работ по оптимизации порового пространства, принадлежащих ученым П.А. Ребиндеру, А.П. Меркину, Е.М. Чернышеву, А.Т. Баранову и др. В рамках этого направления изучены вопросы: теория пен и пенообразования, процессы пенообразования в вязких системах (органические и неорганические полимеры), связь свойств пен и структуры материала на их основе, процессы минерализации пен сухими тонкодисперсными компонентами. Отмечено, что на формирование макроструктуры и, следовательно, свойства материала оказывают влияние параметры вспенивания и минерализации, а именно свойства растворов пенообразователей, свойства вспениваемых материалов, режимы пенообразования и минерализации.

Теоретическими исследованиями установлено, что физико-механические свойства ячеистых материалов определяются микроструктурным строением межпоровых перегородок. С целью выявления особенностей формирования микроструктуры композиционных материалов проведен анализ работ В.И. Соломатова, А.Н. Бобрышева, Ю.С. Липатова, касающихся вопросов наполнения полимерной составляющей. Также рассмотрены приемы и методы модификации жидких стекол. Отмечено, что микроструктура композита определяется характеристиками матрицы вяжущего и характером адгезионного контакта “вяжущее - наполнитель”. Наиболее значимыми факторами являются: степень наполнения, характер поверхности наполнителя, активность наполнителя по отношению к вяжущему.

Процессы структурообразования, обеспечивающие комплекс свойств ячеистых материалов, обусловлены характеристиками вяжущего, свойствами наполнителя и режимами твердения. Среди вяжущих на основе силикатных композиций преимуществом жидкого стекла является его способность на стадии приготовления смеси сохранять вязко - пластичное состояние при обычных температурах, в дальнейшем на стадии структурообразования приобретать свойства камня при температуре не более 100 оС. Исследования Тотурбиева Б.Д., Некрасова К.Д., Масленниковой М.Г., Тарасовой А.П. показали, что структурообразование вяжущих на основе силикатных композиций, в том числе жидкого стекла из силикат – глыбы, определяется соотношением SiO2:Na2O:H2O, а также физико-химической природой наполнителя. Кальций- и алюмосодержащие компоненты наполнителей способствуют выделению новообразований, как отмечено в работах Иващенко Ю.Г., Соломатова В.И., характеризующихся высокими прочностными характеристиками и водостойкостью: гидросиликатов кальция, карбосиликатов кальция, карбонатов кальция в форме кальцита, щелочных алюмосиликатов, гидроалюмосиликатов.

Приведенные закономерности структурообразования справедливы для жидкого стекла из силикат - глыбы. Наряду с этим имеется опыт получения жидкого стекла на основе отходов промышленности. На кафедре СМиТ БрГТУ, под руководством профессора Карнаухова Ю.П., разработан способ получения жидкого стекла из отхода кремниевого производства – микрокремнезема. Особенностью жидкого стекла на основе микрокремнезема является широкий диапазон свойств (силикатный модуль 1 – 4 и более, плотность 1,11 – 1,55 г/см3, рН 11,25 – 14,00) и наличие углеродистых примесей, представленных SiC и C. Свойства указанного жидкого стекла позволяют предположить возможность его использования для получения ячеистых стеновых материалов. В качестве наполнителей в указанное жидкое стекло целесообразно предложить многотоннажные отходы промышленности: микрокремнезем, состоящий преимущественно из аморфной двуокиси кремния, и золу-унос, химический состав которой представлен в основном алюмосиликатной составляющей. Особенностью микрокремнезема является его ультрадисперсность, что создает определенные трудности при работе с этим материалом. Однако использование высокодисперсных наполнителей в технологии сухой минерализации пены дает ряд преимуществ.

На основании проведенного анализа выдвинута рабочая гипотеза о возможности получения ячеистого стенового материала путем вспенивания жидкого стекла, его последующей минерализации тонкодисперсными наполнителями и отверждения в низкотемпературном режиме. В соответствии с рабочей гипотезой сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе приведены характеристики сырьевых материалов, используемых в работе, и описание методик исследований.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»