WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |

На правах рукописи

Козлов Игорь Алексеевич

НОВЫЕ КОНСТРУКЦИОННО-ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ СКОПА ОТХОДА

ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.23.05 - «Строительные материалы и изделия»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Челябинск - 2009

Работа выполнена на кафедре «Строительные материалы и специальные технологии», ГОУ ВПО Пермский государственный технический университет.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Баталин Борис Семенович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Прокопец Валерий Сергеевич

кандидат технических наук, доцент

Королёв Александр Сергеевич

Ведущая организация: ООО «Тавр», г. Пермь

Защита состоится 23 декабря 2009 года в 1600 часов в аудитории 1013 главного корпуса на заседании диссертационного совета ДМ 212.298.08 при ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.

Автореферат разослан 16 ноября 2009 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим высылать в секретариат ученого совета по указанному выше адресу.

Учёный секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Б.Я. Трофимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В Российской Федерации большинство отходов целлюлозно-бумажной промышленности в настоящее время вывозится в отвалы. В свою очередь такие отходы как макулатурное вторичное сырье, скоп и другие материалы могут использоваться для производства высококачественных изделий строительного назначения, но отсутствие эффективных производств и технологий способных переработать вторичное сырье, являются главными причинами сложившийся ситуации по использованию позиционированных отходов целлюлозно-бумажных комбинатов. Вывоз в отвалы таких материалов обходится в ежегодно в крупную сумму денег. Кроме того, ухудшается экологическая обстановка городов и окрестностей.

В условиях роста объемов строительства жилья возрастает потребность в обеспечении строительной индустрии высокоэффективными, экологически чистыми и относительно дешевыми строительными и теплоизоляционными материалами.

Экологическая безопасность и долговечность современных теплоизоляционных материалов на основе полимеров, и даже минераловолоконных на полимерных связующих, все более вызывает сомнения. Ряд исследований в этой области за последние 2-3 года позволяют говорить о высоком содержании вредных веществ в помещениях, где использовались такие теплоизоляционные материалы. Минеральные теплоизоляционные материалы на неорганических связках при всех их достоинствах не могут полностью удовлетворить потребности строительства. Во-первых, они значительно дороже, чем полимерные. Во-вторых, промышленность России пока еще не освоила технологии получения высокоэффективных минеральных утеплителей. В-третьих, имеющиеся сегодня в распоряжении строителей минеральные утеплители не обладают достаточной жесткостью, что не позволяет создавать теплоизоляционные конструкции без риска образования в ходе их эксплуатации мостиков холода. Поэтому актуальность проблемы получения экологически чистых теплоизоляционных материалов продолжает оставаться весьма высокой.

Одно из направлений получения высокоэффективных, экологически безопасных и долговечных теплоизоляционных материалов может быть связано с использованием отходов деревопереработки. Такие отходы состоят в значительной степени из целлюлозы – природного безопасного продукта. Одним из таких отходов является так называемый скоп, образующийся в огромных количествах при производстве бумаги.

Работа выполнена по программе Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (заказ-наряд № 2110). Разработки по теме вошли в состав заявки по программе СТАРТ 05, которая стала победителем конкурса 2005 года. Заключён контракт № 5632 с Фондом содействия развитию малых форм предпринимательства (Фонд Бортника).

Цель работы заключается в разработке технологических основ применения скопа для получения конструкционно-теплоизоляционных материалов.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

- изучить состав и технологические свойства скопа для применения его в качестве как вяжущего, так и наполнителя;

- разработать технологию получения и изучить свойства конструкционно-теплоизоляционных материалов на основе скопа как в роли вяжущего, так и в роли наполнителя;

- исследовать возможность использования материалов на основе скопа в качестве сорбционно-активных средств защиты от токсичных выделений полимерных компонентов теплоизоляции;

- выполнить экономическое обоснование производства конструкционно-теплоизоляционных материалов на основе скопа.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- впервые исследованы свойства скопа, как вяжущего вещества. Выявлено, что скоп является композиционной целлюлозно-лигниновой системой воздушного твердения, включающей связующее и волокно. Показано, что прочность этого затвердевшего вяжущего зависит от водовяжущего отношения, так же как у традиционных вяжущих, и при увеличении водовяжущего отношения снижается;

- исследована адгезия скопа к поверхностям различных материалов. Установлено, что величина адгезии зависит от водовяжущего отношения, структуры и текстуры контактирующей поверхности. Показано, что наибольшая адгезия скопа наблюдается к мелкопористой поверхности, например пеностекла, при этом с увеличением водовяжущего отношения величина адгезии возрастает;

- научно обоснована и экспериментально установлена возможность использования скопа в качестве вяжущего, пригодного для производства композиционных теплоизоляционных материалов с высоким коэффициентом конструктивного качества, не менее 1,60 МПа;

- исследованы особенности физико-химических процессов структуро-образования цементного камня в присутствии скопа как наполнителя. Установлено, что наличие в системе скопа не влияет на состав продуктов гидратации;

- исследована способность скопа, используемого в качестве наполнителя в композиции «скоп-портландцемент», адсорбировать токсичные выделения полимеров, в частности пенополистирола. Установлено, что наличие в системе цемента не препятствует адсорбции скопом вредных химических веществ, таких как бензол, толуол, формальдегид и даёт возможность использовать материалы, содержащие скоп, в качестве защиты от вредных выделений в жилище.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечена использованием государственных стандартов, современных методов исследования, поверенного оборудования, методов математического планирования исследований и обработки экспериментальных данных, современным программным обеспечением, количеством и точностью контрольных замесов, обеспечивающих доверительную вероятность 0,95 при погрешности не более 10 %, совпадением и подтверждением результатов измерения величин и параметров, полученных разными методами, теоретическими выводами, подтверждёнными экспериментальными данными.

Практическое значение:

- разработаны технологии конструкционно-теплоизоляционных материа-лов с использованием скопа в качестве вяжущего и волокнистого наполнителя;

- изготовлена опытная партия конструкционно-теплоизоляционных мате-риалов на мощностях предприятия «Тавр»;

- результаты исследований используются строительным предприятием «Тавр» для проведения теплоизоляционных и строительных работ при возведении малоэтажных зданий, а также в учебном процессе Перм. гос. техн. ун-та по курсу «Материаловедение» для студентов строительных специальностей, в курсовом и дипломном проектировании;

- получен патент на изобретение № 2323185 «Состав для изготовления плит несъёмной опалубки».

На защиту выносятся:

- результаты исследования технологических свойств скопа с целью установления особенностей его использования для производства строительных материалов;

- результаты исследования ДТА и экологических свойств скопа в цементных композитах и его влияния на структурообразование цементного камня;

- результаты исследования физико-механических свойств строительных материалов, полученных с использованием скопа как вяжущего и как наполнителя;

- технологии конструкционно-теплоизоляционных материалов на основе скопа.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на ежегодных научных конференциях Пермского гос. техн. ун-та в 2003-2005 гг., на конференции «Новые технологии в домостроении и сферы их эффективного применения», г. Пермь в 2005 г., на Международной конференции «Поробетон», г. Белгород в 2005 г, на региональной научно-практической конференции «Строительство и образование», г. Екатеринбург в 2006 г, на Международной конференции Proceeding of the International Conference held at the University of Dundee, Scotland, UK on 8-9 July 2008.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 14 трудах, из них 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, а также в одном патенте.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка литературы, включающего 110 наименований, 6 приложений, содержит 173 страницы машинописного текста, 25 таблиц, 32 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Введение раскрывает существующие направления в области утилизации отходов целлюлозно-бумажных комбинатов (скопа) с целью создания материалов строительного назначения. Обосновывает диапазон использования скопа (от наполнителя до сорбционно-активного вещества). Сформулированы научная гипотеза, цель и задачи исследования, новизна и практическая полезность.

В первой главе приведён обзор научно-технической литературы. Даны общие сведения об отходах целлюлозно-бумажной промышленности и их свойствах. Представлен состав скопа: волокнистая часть, минеральная часть, нерастворимая часть. Так как скоп является продуктом переработки древесины, в его вещественном и химическом составе преобладают целлюлоза (в среднем около 48 %) и  лигнин (в среднем 24 %), гемицеллюлоза (в среднем 24 %), экстрактивные вещества (в среднем 3,5 %), минеральные вещества (в среднем 0,5 %).

Общие вопросы теории утилизации отходов целлюлозно-бумажных комбинатов нашли своё отображение в работах И.Х. Наназашвили, В.И. Бузулукова, Я.И. Вайсмана, Л.В. Рудаковой и других. Ими рассмотрены ранее исследованные физические и химические свойства скопа и существующие (известные) способы его использования (утилизации): технологии утилизации, материалы и изделия из скопа.

Показано, что скоп является композиционной смесью, включающей вяжущее и заполнитель, способной к воздушному твердению.

Представлено обоснование направлений исследования скопа. В работе использовался скоп ООО «Пермский картон».

Во второй главе дана характеристика материалов, использованных в экспериментах, описана методика исследования.

В работе использовались следующие материалы: пенополистирол, вермикулит вспученный, песок пеностекла, карбоксиметилцеллюлоза, пирилакс, вода, портландцемент, гипс, жидкое стекло натриевое, пенообразователь БГ-20, соль переходного металла – сульфат железа (FeSO4).

В настоящее время в научной и нормативной литературе нет данных о вяжущих свойствах скопа и методах их оценки. Поэтому была высказана гипотеза о том, что некоторые методы определения свойств минеральных вяжущих могут быть применены и к исследованию скопа как вяжущего, например: методы определения физико-механических свойств, реологических свойств, адгезионных свойств и т.д.

В данной главе приводятся исследования физико-механических свойств скопа: тонкость помола скопа с использованием аппарата Шоппер-Риглер по ГОСТ 14363.4-89, нормальной густоты влажного скопа по ГОСТ 310.3-76, прочности высушенного скопа на изгиб и на сжатие по ГОСТ 310.4-81, усадки скопа, адгезии скопа к заполнителям по ГОСТ 17580-82, плотность и гигроскопичность скопа, оптической микроскопии скопа аппаратом МИН – 8, адсорбционной активности скопа, физико-химических процессов структурообразования цементного камня.

Составы для производства материалов строительного назначения были подобраны опытным путём, а также методом математического планирования эксперимента.

В третьей главе приводятся результаты экспериментальных исследований структуры и свойств скопа, оптимальные составы для производства материалов строительного назначения на основе скопа.

В работе были исследованы следующие свойства скопа:

1) Реологические свойства системы «скоп-вода»:

- зависимость условной вязкости системы от влажности системы;

2) Физико-механические свойства скопа:

  • зависимость влажности от времени сушки скопа;
  • зависимость усадки скопа при сушке от влажности скопа;
  • зависимость плотности высушенного скопа от влажности скопа;
  • зависимость гигроскопичности высушенного скопа от влажности.

3) Вяжущие свойства скопа:

- поведение высокодисперсной системы «скоп - жидкость» при отверде-вании;

- прочностные свойства скопа как вяжущего;

- адгезия скопа к заполнителям.

4) Прочностные свойства материалов со скопом в качестве заполнителя;

5) Сорбционные свойства скопа в цементных композитах;

6) Термография цементных композитов с использованием скопа как наполнителя.

Были разработаны оптимальные составы для производства конструкционно-теплоизоляционных материалов из скопа.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |






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