WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

СВЕРГУНОВА НАТАЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА

ЗЕРНИСТЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ

ВЫСОКОМОДУЛЬНОЙ ЖИДКОСТЕКОЛЬНОЙ КОМПОЗИЦИИ ИЗ МИКРОКРЕМНЕЗЕМА

05.23.05 – Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Томск - 2007

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Братский государственный университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Кудяков Александр Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Верещагин Владимир Иванович

кандидат технических наук,

Майдуров Владимир Анатольевич

Ведущая организация Новосибирский государственный

архитектурно-строительный

университет

Защита состоится 30 марта 2007 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.265.01 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2, корп. 5, ауд. 307.

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

Автореферат разослан «___» __________ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Скрипникова Н.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В производстве строительных материалов потребляется значительное количество природных минеральных ресурсов, на переработку которых требуется большое количество энергоресурсов. В связи с постоянным повышением стоимости энергоресурсов актуальным является снижение энергозатрат как в производстве эффективных строительных материалов, так и при эксплуатации зданий. Уменьшение теплопотерь в зданиях обеспечивается за счет использования новых эффективных, в том числе и зернистых, теплоизоляционных материалов на основе отходов промышленности. Использование отходов промышленности позволяет расширить сырьевую базу для производства новых теплоизоляционных строительных материалов и решить проблемы экологической безопасности.

В связи с высокой концентрацией промышленных предприятий в г. Братске возникают проблемы с утилизацией значительного количества отходов. Особое внимание заслуживает микрокремнезем, отход производства кристаллического кремния ООО «Братский завод ферросплавов», ежегодный выход которого составляет 14-18 тыс. тонн.

Сотрудниками кафедр «СМиТ» Братского государственного и Томского государственного архитектурно-строительного университетов установлено, что на основе микрокремнезема может быть получено жидкое стекло, пригодное для изготовления различных эффективных строительных материалов, в том числе и теплоизоляционных.

Составы и технологические приемы получения зернистого теплоизоляционного материала на основе жидкостекольной композиции из микрокремнезема не изучены, что затрудняет организацию его производства. Проведение исследований по получению теплоизоляционного материала на основе жидкостекольной композиции из микрокремнезема является актуальным.

Диссертационная работа выполнялась в рамках госбюджетных тем 67.15.55 и 67.09.55 научного направления «Разработка композиционных строительных материалов с заданными свойствами и технологией их изготовления путем комплексного использования местных сырьевых ресурсов», подраздел «Исследование местных сырьевых ресурсов для получения эффективных строительных материалов».

Объект исследований. Жидкостекольные поризованные гранулы.

Предмет исследования. Процесс формирования зернистого теплоизоляционного материала на основе высокомодульной жидкостекольной композиции из микрокремнезема.

Цель диссертационной работы. Разработка зернистого теплоизоляционного материала на основе высокомодульной жидкостекольной композиции из микрокремнезема и научно обоснованных технологических приемов его производства.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

  1. Обосновать выбор местного техногенного сырья для изготовления зернистого теплоизоляционного материала.
  2. Исследовать влияние состава и технологии получения высокомодульной жидкостекольной композиции на свойства зернистого теплоизоляционного материала.
  3. Исследовать влияние режимов тепловой обработки отформованных гранул на свойства теплоизоляционного материала.
  4. Провести физико-химические исследования, с целью изучения фазовых изменений в процессе структурообразования гранул на основе высокомодульной жидкостекольной композиции из микрокремнезема.
  5. Разработать технические условия на зернистый теплоизоляционный материал на основе высокомодульной жидкостекольной композиции, технологический регламент его производства и провести опытно-промышленные испытания.

Методы исследований. В работе использовались стандартные методы и методики исследований материалов, планирование эксперимента, методы рентгенофазового, дифференциально-термического и ИК-спектрального анализов.

Научная новизна:

1 Установлено, что при повышении силикатного модуля жидкостекольной композиции до 5 и средней плотности до 1,4 г/см3 обеспечивается получение минимальной средней плотности гранул, что позволило получить зернистый теплоизоляционный материал с насыпной плотностью 70-120 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности 0,05-0,07 Вт/(м·0С).

2 Установлено, что максимальное вспучивание гранул происходит при концентрации щелочного раствора жидкостекольной композиции 16,8-17,4% и двухступенчатой термообработке отформованного теплоизоляционного материала при температуре 1000С (10 мин) и 4000С (10 мин).

3 Установлено, что при температуре тепловой обработки жидкостекольной композиции равной 950С и сокращении длительности тепловой обработки на 50-100% наблюдается неполное взаимодействие микрокремнезема с щелочью, создаются равномерно распределенные центры кристаллизации, что позволило повысить скорость структурообразования гранул теплоизоляционного материала и достигнуть прочности на сжатие 0,65 МПа.

Практическая значимость работы:

  • Разработаны составы смесей и получен зернистый теплоизоляционный материал на основе высокомодульной жидкостекольной композиции, с насыпной плотностью от 70 до 120 кг/м3, прочностью при сжатии от 0,5 до 1 МПа, водопоглощением по объему 7%.
  • Разработаны технология и технологический регламент получения зернистого теплоизоляционного материала.
  • Разработаны технические условия, позволяющие использовать зернистый теплоизоляционный материал для повышения теплозащиты ограждающих конструкций (ТУ 5712-018-02069295-2003 «Материалы теплоизоляционные зернистые на основе жидкого стекла из микрокремнезема»).
  • Проведена промышленная апробация разработанных рекомендаций по получению зернистого теплоизоляционного материала на основе высокомодульной жидкостекольной композиции из микрокремнезема и показавшая эффективность применения.

Достоверность результатов работы обеспечена использованием аттестованных средств измерений и методов математической статистики, а полученные выводы и рекомендации подтверждены сходимостью экспериментальных результатов и опытно-промышленными испытаниями.

На защиту выносятся:

  • результаты исследований влияния состава и параметров изготовления высокомодульной жидкостекольной композиции на свойства зернистого теплоизоляционного материала;
  • результаты исследований параметров тепловой обработки зернистого теплоизоляционного материала;
  • результаты физико-химических исследований структурообразования зернистого материала;
  • результаты исследований физико-механических свойств зернистого теплоизоляционного материала;
  • результаты опытно-промышленных испытаний разработанных составов и технологических приемов по изготовлению зернистого теплоизоляционного материала.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались: на XXII научно-технической конференции БрГТУ (г. Братск 2001 г.); на втором международном научно-техническом семинаре ТГАСУ «Нетрадиционные технологии в строительстве» (г. Томск 2001 г.); на третьей Всероссийской конференции Чувашского государственного университета «Новое в архитектуре, проектировании строительных конструкций и реконструкций» (г. Чебоксары 2001 г.); на седьмой Всероссийской научно-технической конференции КГАЦМиЗ «Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика» (г. Красноярск 2001 г.); на международных научно-технических конференциях ПГАСА «Композиционные строительные материалы. Теория и практика», «Актуальные проблемы современного строительства» (г. Пенза 2002 г., 2005 г.); на десятых академических чтениях РААСН КГАСУ «Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения» (г. Казань 2006 г.).

Публикации. Основное содержание работы и ее результаты опубликованы в 10 печатных работах, в том числе две статьи в журнале, входящем в перечень ВАК, и приведены в описании двух полученных патентов.

Диссертационная работа выполнялась с 2000 по 2006 г. Экспериментальные исследования проводились автором в лабораториях Братского государственного и Томского государственного архитектурно-строительного университетов.

Автор выражает признательность к.т.н. доценту Т.Н. Радиной, профессору, к.т.н. А.А. Зиновьеву за оказанную помощь, ценные советы и консультации при выполнении работы.

Структура и объем работы:

Диссертационная работа изложена на 144 страницах основного текста, содержит 36 рисунков, 27 таблиц; состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка используемой литературы, содержащего 127 источников, 9 приложений на 45 страницах. Общий объем работы 189 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, дана общая характеристика работы.

В первой главе приводятся современные представления о получении зернистых теплоизоляционных материалов.

Распространенность сырьевой базы, простота технологии производства, не значительные капиталовложения и энергозатраты способствуют высокой экономической эффективности производства зернистых теплоизоляционных материалов на основе вспученного жидкого стекла. Технология получения пористых стекловидных материалов из гидратированного растворимого стекла путем его нагревания изучена и не представляет особых трудностей. Такие материалы при очень высокой пористости имеют низкую плотность, малую теплопроводность и водостойкость.

Для повышения водостойкости и прочности гранул на основе жидкого стекла вводят химические добавки. Однако, применение различных добавок связано с удорожанием продукции и усложнением технологии его производства. По данным В.И. Корнеева и В.В. Данилова при увеличении силикатного модуля жидкого стекла повышается водостойкость материала, изготовленного на его основе. Таким образом, целесообразно рассмотреть возможность повышения водостойкости и улучшения других характеристик зернистого теплоизоляционного материла на основе жидкостекольной композиции путем повышения ее силикатного модуля.

Исследованию свойств жидких стекол и изделий, полученных на их основе, посвящены работы многих специалистов: П.Н. Григорьева, М.А. Матвеева, В.И. Корнеева, В.В. Данилова, А.И. Жилина, И.В. Рыжкова, В.С. Толстого и многих других. Основным способом производства жидкого стекла является автоклавное растворение в воде щелочно-силикатных твердых стекол (растворимого стекла – силикат-глыбы). Недостатками при получении такого жидкого стекла является дефицит качественных природных минеральных ресурсов, сложность технологии, высокие энергозатраты, что экономически неэффективно.

Эффективным способом получения жидкого стекла является прямое растворение кремнеземсодержащих компонентов в едких щелочах, с получением требуемых щелочносиликатных растворов в один этап на одном технологическом переделе. К достоинствам этого способа производства можно отнести простоту технологического решения, низкую температуру растворения кремнеземсодержащего компонента, возможность получения жидких стекол с повышенным значением силикатного модуля.

Сотрудниками кафедры «СМиТ» Братского государственного университета установлена возможность получения жидкого стекла из микрокремнезема ООО «Братский завод ферросплавов» по «мокрому способу». Высокая дисперсность микрокремнезема и повышенная его реакционная способность при взаимодействии со щелочными растворами позволяет получить в одну стадию жидкое стекло с силикатным модулем от 1 до 7 и плотностью от 1,1 до 1,5 г/см3.

Во второй главе приведены характеристики используемых в работе материалов, методы и методики исследования полученного материала.

Для получения высокомодульной жидкостекольной композиции использовались следующие компоненты: микрокремнезем, едкий натр и вода.

Синтез жидкостекольной композиции осуществлялся в стационарном лабораторном аппарат – нагревателе при атмосферном давлении и температуре 95°С в течение 10-20 мин. Время синтеза варьировалось в зависимости от силикатного модуля жидкостекольной композиции.

В третьей главе изучено влияние состава и технологических параметров получения высокомодульной жидкостекольной композиции на свойства зернистого теплоизоляционного материала.

Анализ результатов исследования по изучению свойств гранул, полученных на основе высокомодульных жидкостекольных композиций с силикатным модулем от 3 до 5, показал, что с увеличением силикатного модуля повышается прочность материала, что обусловлено снижением содержания щелочи в составе композиции. Минимальные значения водопоглощения и водонасыщения гранул установлены при использовании жидкостекольной композиции с силикатным модулем 5, что свидетельствует об образовании водостойких новообразований (рис. 1).

Рис 1 Зависимость водопоглощения и водонасыщения гранул от силикатного модуля жидкостекольной композиции

водопоглощение по объему, водонасыщение по объему

Повышение водостойкости гранул наблюдается также с увеличением плотности жидкостекольной композиции с 1,3 до 1,4 г/см3.

В процессе исследований было установлено, что конечные свойства теплоизоляционного материала в значительной мере зависят от технологических параметров получения высокомодульной жидкостекольной композиции.

Pages:     || 2 | 3 |






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