WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

 

На правах рукописи

Береговой Виталий Александрович

       

эффективные пенокерамобетоны общестроительного

и специального назначения 

Специальность 05.23.05 Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Пенза  – 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет»

Научный консультант:                          доктор технических наук, профессор

Королев Евгений Валерьевич

Официальные оппоненты:                          Дамдинова Дарима Ракшаевна

доктор технических наук, профессор

ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный

технологический университет», профессор кафедры

«Производство строительных материалов и изделий»

Черкасов Василий Дмитриевич

доктор технических наук, профессор

ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный

университет им. Н.П. Огарева»,

заведующий кафедрой «Прикладная механика»

Череватова Алла Васильевна

доктор технических наук, профессор

ФГБОУ ВПО «Белгородский технологический

университет им. В.Г. Шухова», профессор кафедры
«Строительное материаловедение, изделия и конструкции»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Казанский государственный

архитектурно-строительный университет»

Защита состоится 27 декабря 2012 года  в  13-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.184.01, созданном при  ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» по адресу: 440028, г. Пенза, ул. Германа Титова, 28, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства».

Автореферат разослан 13 ноября 2012 года.

Ученый секретарь                                                        Бакушев

диссертационного совета                                                Сергей Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Повышение энергоэффективности вновь возводимого и реконструируемого жилого фонда при сохранении его ценовой доступности, а также улучшение тепловой защиты теплоэнергетических сооружений требует разработки новых конкурентоспособных строительных материалов. Такие материалы могут быть получены с применением инновационных ресурсосберегающих технологий, использующих в качестве сырьевой базы доступные и широко распространенные минеральные ресурсы.

Особенностью минеральной базы России является широкое распространение во многих регионах (Карелия, Поволжье, Урал, Сахалин, Северный Кавказ и др.), наряду с месторождениями глин, значительных запасов нетрадиционного керамического сырья в виде кремнеземистых (опалкристобалитовых) пород, существенная часть которых представлена опочными месторождениями, практически не используемыми в настоящее время. Вместе с тем многие разновидности опочного сырья характеризуются высокой природной пористостью, легко измельчаются, обладают хорошими сушильными и обжиговыми свойствами, что обусловливает целесообразность их применения в производстве обжиговых ячеистых материалов.

В настоящее время такие ячеистые материалы составляют одну из наиболее перспективных групп в перечне существующих минеральных теплоизоляционных материалов и производятся преимущественно на основе глин, диатомитов или минеральных расплавов (стекол, шлаков). Благодаря сочетанию ценных эксплуатационных показателей (долговечность, негорючесть, экологичность и др.) и потенциалу совершенствования пенокерамические и пеностекольные изделия вполне конкурентоспособны по отношению к полимерным аналогам. Главным недостатком обжиговой теплоизоляции является ее высокая стоимость, обусловленная несовершенством традиционных технологий. Процесс получения таких изделий основан на использовании дефицитных корректирующих добавок и пенообразователей, характеризуется большой энергоемкостью и ограниченностью минеральной сырьевой базы. Кроме того, промышленно выпускаемая пенодиатомитовая керамика отличается повышенной сорбционной способностью, ограничивающей область ее рационального применения производством жаростойких материалов, а пеностекло – недостаточной для многих ограждающих конструкций зданий паропроницаемостью.

В связи с этим одной из приоритетных задач современного строительного материаловедения становится проведение исследований, направленных на  разработку составов и ресурсосберегающих технологий изготовления эффективных ячеистых композитов, в том числе ­­­пенокерамобетонов (ПКБ), сочетающих положительные качества пенобетонов, пенокерамики и пеностекла.

Диссертационная работа выполнена в рамках: тематического плана госбюджетных НИР Федерального агентства по образованию РФ, проводимых по заданию Министерства образования РФ и финансируемых из средств федерального бюджета (2003-2008 гг.); госбюджетных тем НИР, финансируемых РААСН (2004-2006 гг.); совместной Межотраслевой программы сотрудничества Минобразования РФ и Спецстроя РФ (2003 г.); гранта на проведение НИР в рамках федеральной целевой программы «Старт» по поддержке малых предприятий в научно-технической сфере (2005-2006 гг.); гранта министерства регионального развития РФ (г. Пенза, 2010 г.); государственного контракта № 16.552.11.7025 от 29.04.2011 г.; исследовательских работ по заказам строительных предприятий Пензенской области (2006 -2012 гг.).

Целью исследования является экспериментально-теоретическое обоснование, установление научных закономерностей и практических принципов создания теплоэффективных пенокерамобетонов на основе опал-кристобалитовых и глинистых пород с добавлением цементных технологических связок и комплексных модификаторов.

В соответствии с поставленной целью сформулированы и решены следующие задачи:

  • разработать научно-методологические принципы получения теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных пенокерамобетонов из модифицированных опоко- и глиноцементных сырьевых смесей, основанные на формировании благоприятных параметров ячеистой структуры и минерально-фазового состава материала по комплексу заданных тепло- и гидрофизических, а также термомеханических свойств;
  • изучить минералогический и химический состав основных разновидностей опочного и глинистого сырья; выявить особенности их взаимодействия с различными типами синтетических пенообразователей и термические фазовые превращения, протекающие при различных температурах обжига; разработать критерии оценки качества природных сырьевых компонентов применительно к технологии пенокерамобетона;
  • исследовать закономерности протекания основных процессов структурообразования опоко-цементных и глино-цементных сырьевых смесей на отдельных этапах получения пенокерамобетона, а также параметры управления этими процессами посредством модифицирования базовых составов добавками различного функционального назначения (разжижители, пластификаторы, стабилизаторы, стеклообразующие вещества);
  • разработать методы проектирования составов пенокерамобетонов с заданными прочностными и теплофизическими свойствами; разработать алгоритмы программ для автоматизированного решения указанных рецептурно-технологических задач;
  • разработать составы эффективных пенокерамобетонов, обладающих комплексом конкурентоспособных технологических, эксплуатационных и экономических показателей;
  • разработать рекомендации для практической реализации предложенных решений в технологии изготовления общестроительных и специальных (жаростойких) пенокерамобетонов;
  • провести промышленную апробацию результатов научных исследований в производстве теплоэффективных пенокерамобетонов и определить технико-экономическую эффективность предлагаемых технологических решений.

Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании процесса получения, установлении общих закономерностей формирования структуры и критериев для ее оценки, прогнозировании свойств пеностеклокерамических материалов (пенокерамобетонов) из модифицированных полиминеральных смесей на основе пластичного и непластичного природного сырья в сочетании с цементными технологическими связками и синтетическими пенообразователями.

Основные научные результаты, полученные при выполнении диссертационных исследований, состоят в следующем:

1. Разработаны методологические основы получения высококачественных строительных композитов по технологии пенокерамобетона, предусматривающей направленное формирование параметров стеклокерамической микроструктуры обжигового материала из пеноминеральных смесей, стабилизированных добавками цементных вяжущих в количестве 10…15 %. Показано, что применение модифицирующих добавок на основе ряда неорганических солей и органических пластификаторов положительно влияет на технико-эксплуатационные характеристики получаемого материала (снижается теплопроводность на 10…15 % (в сухом состоянии), уменьшается сорбционное увлажнение в 1,8…3,0 раза, увеличивается прочность при сжатии в 2,5…3,0 раза по отношению к базовым составам).

2. Обоснованы режимы обжига пенокерамобетонов различного назначения, позволяющие сформировать минерально-фазовый состав материала c заданным комплексом тепло- и гидрофизических, а также механических свойств в интервале температур 900…950 оС (для общестроительных модификаций), 1230…1250 оС (для жаростойких модификаций). Показано, что использование подобранных модифицирующих добавок интенсифицирует процесс образования эвтектик требуемого состава и обеспечивает повышение технико-эксплуатационных характеристик получаемого материала за счет формирования при охлаждении заданного количества (от 15 до 40 %) прочных, низкотеплопроводных и малогигроскопичных стекловидных фаз.

3. Установлено влияние рецептурных факторов на реотехнологические свойства сырьевой смеси: разработанные добавки значительно (в 2,5…4 раза) снижают их вязкость и способствуют уменьшению общей водопотребности вспениваемых масс на 25…30 %.

4.Выявлены закономерности адсорбции при совместном введении синтетических пенообразователей и органических пластификаторов; доказано наличие механизма конкурирующей адсорбции молекул пенообразователя и пластификатора на поверхности частиц цементной технологической связки. Разработана методика выбора пенообразователя по критериям кратности и стойкости пен, а также прочности пенокерамобетонного сырца.

5. Установлены закономерности влияния сырьевых компонентов пенокерамобетона на кратность и стойкость пен. Разработаны критерии отбора природных компонентов, включающие оценку их химического и минералогического состава, а также гидрофильных и электрокинетических свойств.

6. Сформулированы принципы подбора составов полифункциональных добавок, сочетающих водоредуцирующий и воздухововлекающий эффекты с положительным влиянием на процессы спекания материала межпоровых перегородок и формирования состава и свойств образующихся стекловидных фаз.

7. Установлены основные закономерности формирования минерально-фазового состава пенокерамобетона; выявлено, что в процессе термической обработки продукты дегидратации цементного камня активно взаимодействуют с природными компонентами сырьевой смеси с образованием упрочняющих кристаллических фаз (волластонита, плагиоклаза). При этом свободный оксид кальция, образующийся на начальных ступенях обжига, полностью расходуется на обеспечение процесса синтеза указанных кристаллических соединений и водостойких стекловидных фаз.

8. С использованием феноменологического подхода разработаны расчетные методы определения теплопроводящих и прочностных свойств пенокерамобетона, учитывающие свойства основных фаз, а также параметры ячеистой структуры; предлагаемый метод расчета теплопроводности позволяет производить адекватный прогноз этого важнейшего показателя пенокерамобетона с учетом заданных температурно-влажностных условий эксплуатации.

9. Установлены основные закономерности влияния рецептурно-технологических факторов на физико-технические свойства разработанных пенокерамобетонов. Подобраны режимы температурной обработки, позволяющие эффективно управлять процессами формирования микроструктуры пенокерамобетона и обеспечивающие достижение требуемого уровня эксплуатационных показателей материала.

10. Разработан метод проектирования составов пенокерамобетонов различного назначения с заданными свойствами, учитывающий химико-минералогический состав сырьевых компонентов, их влияние на процесс получения пеноминеральных масс, термическое спекание материала межпоровых перегородок и формирование стеклокристаллической микроструктуры.

Практическое значение работы:

1. Разработаны реализуемые на практике научно-практические основы технологии изготовления пенокерамобетонов с улучшенными эксплуатационными показателями по сравнению с существующими видами пенокерамики.

2. Найдены технологические решения, позволившие существенно расширить минерально-сырьевую базу для производства пеностеклокерамических материалов за счет применения в качестве основного компонента доступного и широко распространенного природного сырья из опалкристобалитовых (кремнистые, трепеловидные, глинистые опоки) или алюмосиликатных (каолинитовые, монтмориллонитовые, бейделлитовые глины) горных пород.

3. Установлено оптимальное сочетание требуемых строительно-технических характеристик пенокерамобетонов на основе модифицированного опочного или глинистого сырья в зависимости от назначения материала и условий его эксплуатации.

4. С использованием технологии пенокерамобетона определены режимы получения строительных материалов следующего функционального назначения:

  • общестроительные:

теплоизоляционные со средней плотностью 300…350 кг/м3, теплопроводностью не более 0,085 Вт/(м⋅оС), прочностью при сжатии 1,3…1,5 МПа и сорбционным увлажнением до 4,5 %;

конструкционно-теплоизоляционные со средней плотностью 450…1100 кг/м3, прочностью при сжатии 1,8…12 МПа, теплопроводностью 0,11…0,19 Вт/(м·С) и сорбционным увлажнением до 4,1 %;

- жаростойкие: со средней плотностью 350…450 кг/м3, прочностью при сжатии 1,1…1,5 МПа, термостойкостью 15 циклов, теплопроводностью 0,09…0,12 Вт/(м⋅оС) и температурой эксплуатации до 1250 оС.

5. Разработаны нормативные и регламентирующие документы для производства и применения пенокерамобетонов из опочного сырья: технические условия ТУ 575400-001-68365026-11 «Изделия и материалы из пенокерамобетона»; конструктивные решения ограждающих конструкций с использованием изделий из пенокерамобетона внедрены в проектную практику ОАО «Гражданпроект» (г. Пенза).

6. Произведена компоновка оборудования в технологическую линию по производству пенокерамобетонов, разработаны требования к основным механизмам, применяемому сырью и технологическим режимам.

Реализация результатов исследований. Основные положения и полученные результаты использованы при разработке и проектировании опытно-промышленных линий по производству пеноминеральных строительных материалов на ОАО «Стройдеталь №2» (г. Пенза), ООО «Новые технологии» (г. Пенза), ООО «Пенокерамобетон» (г. Пенза) для объектов гражданского и теплоэнергетического строительства.

В период с 2006 по 2011 гг. на производственной базе ООО «Новые технологии» налажен промышленный выпуск жаростойких изделий из полученных составов для внутренней футеровки печей термической обработки стальных деталей. Выпускаемые изделия имеют размеры 25012060 мм и характеризуются максимальной температурой эксплуатации 1250 С.

Практические результаты проведенных исследований внедрены в производство на ООО «Пенокерамобетон», ООО «ПБКомпозит», ООО «Новые технологии». Полученные материалы рекомендованы ОАО «Гражданпроект» для использования в строительстве в виде конструктивных решений ограждающих конструкций с применением теплоизоляционных пенокерамобетонов. 

Результаты исследований, проведённых в рамках диссертационной работы, составили основу инновационных разработок: проект «Новые композиционные ячеистые материалы с улучшенными технико-экономическими показателями для объектов жилищного и теплоэнергетического строительства», победивший в конкурсе «Старт» в рамках ФЦП по поддержке инноваций в научно-технической сфере (Москва, 2005 г.); проект «Разработка и создание инновационной технологии производства пенокерамобетонов с использованием минерального сырья Пензенской области для строительства энергоэффективных зданий», победивший в региональном  конкурсе инновационных проектов (г. Пенза, 2010 г.).

В 2012 году на основании проведенного конкурсного отбора результаты исследований были признаны инновационно-значимыми и получили поддержку венчурного фонда Пензенской области. В настоящее время ОАО «Пензенский региональный фонд поддержки инноваций» осуществляет финансирование работ по внедрению разработанных пенокерамобетонов и сопутствующих изделий в опытно-промышленное производство.

Теоретические и экспериментальные результаты исследований используются в учебном процессе при проведении лекционных курсов и научно-исследовательских студенческих работ по дисциплинам «Материаловедение. Технология конструкционных материалов», «Строительные материалы», «Методы и средства научных исследований» для студентов, обучающихся по направлению 270800 «Строительство».

Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на международных и всероссийских научно-практических конференциях, в том числе:

  • научно-практической конференции по результатам реализации в 2003 г. Межотраслевой программы сотрудничества Минобразования РФ и Спецстроя РФ «Наука, инновации, подготовка кадров в строительстве» (Москва, МГСУ, 2003 г.);
  • VIII Академических чтениях РААСН «Современное состояние и перспективы развития строительного материаловедения» (Самара, СГАСУ, 2004);
  • X Академических чтениях РААСН «Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения» (Пенза-Казань, ПГУАС-КГАСУ, 2006 г.);
  • международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы современного строительства» (Пенза, ПГУАС, 2005 и 2007 г.);
  • международном конгрессе SIB-08 «Наука и инновации в строительстве» (Воронеж, ВГАСУ, 2008 г.);

- VI и VII Международных конгрессах по бетонам и конструкциям «Global Construction: Ultimate Concrete Opportunities» и «Concrete: constructions sustainable option», проходивших в 2005 и 2008 гг. (Великобритания, Университет г. Данди).

В рамках разрабатываемого направления аспирантами под руководством автора защищены две диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Результаты выполненных исследований, образцы пенокерамобетонов и изделия из них демонстрировались и удостоились: дипломов РААСН в конкурсе на лучшие научные и творческие работы в области архитектуры, градостроительства и строительных наук (Москва, 2001 и 2004 г.); диплома Лейпцигской международной строительной выставки «Baufach» (Лейпциг, 2002 г.); диплома конкурса, учреждённого правительством республики Татарстан в номинации «Лучшие инновационные разработки, привлекательные для реализации на территории республики Татарстан» (Москва, ВВЦ, 2007 г.); диплома федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (Москва, ВВЦ, 2007 г.); золотых медалей Всероссийского выставочного центра на III и VIII Московских международных форумах инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2003 и 2008 г.), бронзовой медали II Всероссийского форума «Российским инновациям – российский капитал» (Саранск, 2009 г.); научной стипендии Губернатора Пензенской области за 2003 г.; благодарственного письма Губернатора Пензенской области за 2012 г.

На защиту выносятся следующие положения:

- принципы создания высококачественных пенокерамобетонов, основанные на направленной модификации материала-основы с целью формирования минерально-фазового состава с заданным комплексом теплофизических и прочностных свойств;

- закономерности структурно-фазовых изменений, происходящих в условиях пирогенного синтеза минерально-фазового состава пенокерамобетона с установлением рациональных границ варьирования основных рецептурных и технологических факторов; результаты экспериментальных исследований и математические модели влияния рецептурных факторов и технологических параметров на структуру и свойства получаемых материалов;

- прикладные основы для разработки оптимальных составов различных видов пенокерамобетона с заданными свойствами, включающие методы проектирования пенокерамобетонов различного назначения с учетом химико-минералогического состава сырьевых компонентов, а также методы прогнозирования изменения теплоизолирующих свойств при эксплуатации; критерии подбора сырьевых компонентов с учетом их влияния на свойства минерализованных пен и готового материала;

- оптимальные составы и технология производства эффективных теплоизоляционных, конструкционно-теплоизоляционных и жаростойких пенокерамобетонов. Результаты исследования эксплуатационных свойств разработанных материалов (прочностные свойства, стойкость к термическим циклам, теплопроводность и др.);

- результаты внедрения в производство, а также опытно-промышленных испытаний.

Достоверность и объективность результатов исследований обеспечивается использованием методически обоснованного комплекса структурно-чувствительных методов анализа (рентгенографического, электрокинетического, химико-аналитического, ИК-спектрометрического, фотоэлектроколориметрического, микроскопического), современных средств измерений, статистической обработкой результатов, а также совпадением экспериментальных и расчетных данных.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 104 работах, в том числе 16 статьях в профильных рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, 6 статьях в рецензируемых зарубежных научных изданиях (Великобритания, Иран, Украина). Результаты исследований обобщены в 6 научных монографиях. Новизна научно-технических решений подтверждена 6 патентами РФ на изобретения.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка использованных источников и приложений. Она содержит 388 страниц машинописного текста, в том числе  168 рисунков и 94 таблицы. Библиография включает 242 наименования.

Работа выполнена на кафедре «Строительные материалы» ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» и в научно-образовательном центре по направлению «Нанотехнологии» ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность решения комплекса материаловедческих задач, направленных на совершенствование технологии пеноминеральных теплоизоляционных материалов с целью использования имеющегося резерва повышения их качества и расширения минерально-сырьевой базы для их производства. Востребованность таких материалов обусловлена ростом стоимости выработки энергии, тарифов на отопление зданий и сооружений, необходимостью соблюдения более жестких норм по их тепловой защите. Разработка эффективных стеновых и теплоизоляционных материалов, производимых на местной минерально-сырьевой базе, позволит снизить транспортные издержки и обеспечить недорогими ресурсами строительство промышленных и гражданских зданий, а также индивидуальное малоэтажное строительство, ускорение которого предусмотрено в концепции развития жилищного фонда РФ.

Отечественный и зарубежный опыт. В работе дан обзор результатов исследований по созданию ячеистых теплоизоляционных материалов на различных минеральных связующих, показан вклад отечественных и зарубежных ученых в этой области строительного материаловедения.

На основе детального анализа зарубежного и отечественного опыта производства пенокерамических материалов на кремнистом и алюмосиликатном природном сырье проведена оценка перспектив развития отдельных направлений технологии пенокерамобетонов с учетом специфики региональных минерально-сырьевых условий. 

Анализ литературных источников показал, что современные методы управления технологическими процессами при получении новых материалов основаны на системно-структурном подходе к исследованию зависимостей «состав-структура-состояние-свойства», который базируется на классических научных трудах отечественных и зарубежных ученых, посвященных:

  • фундаментальным основам структурообразования различных вяжущих систем и искусственных конгломератов;
  • ячеистой и поровой структуре материалов;
  • технологии керамических материалов.

Рассмотрение опыта промышленного производства и результатов научных исследований показывает, что недостаточная проработка научно-практических основ получения пеноминеральных материалов обусловливает ограниченное применение способа пенообразования, а существующие научные положения и технологические решения, применяемые в производстве пеностеклокерамических материалов, отличаются разрозненностью и не систематизированы в рамках единого материаловедческого подхода. 

В настоящей работе выбор основных компонентов сырьевой смеси пенокерамобетона осуществлялся исходя из показателя доступности, обжиговых свойств и возможности формирования минерально-фазового состава в соответствии с функциональным  назначением материала:

  • для жаростойких композитов – это глины в сочетании с технологической связкой на основе глиноземистого цемента;
  • для общестроительных композитов – это опочные горные породы с технологической связкой на основе портландцементного вяжущего.

При проведении экспериментальных исследований по всем разделам работы были использованы опоки и глины из месторождений Пензенской и Ульяновской областей, а также республики Мордовия, охватывающие большинство характерных разновидностей этих видов керамического сырья.

Теоретические и технологические принципы создания пенокерамобетонов. Получение пенокерамобетонов с заранее заданными свойствами требует изучения специфики протекания наиболее важных структурообразующих процессов (рис. 1).

Рис. 1. Схема управления процессами получения пенокерамобетона

с заданными свойствами

Управление указанными процессами реализуется путем физико-химического модифицирования исходных полиминеральных сырьевых смесей. При этом небольшое количество цемента, вводимое в состав сырьевой смеси ячеистого материала в качестве технологической добавки, обеспечивает достаточную прочность пенокерамобетонному сырцу, а в процессе термической обработки является реакционно-активным компонентом, участвующим в формировании минерально-фазового состава пенокерамобетона с заданными свойствами.

В основе работы лежит гипотеза, что теоретически обоснованное совмещение технических решений, применяемых при изготовлении пенобетона, пенокерамики и пеностекла, позволяет сформировать научно-практические основы принципиально нового технологического подхода к получению композиционных ячеистых материалов – пенокерамобетонов; механизм управления структурой и свойствами материала реализуется выбором основных природных компонентов сырьевой смеси, а также цементных технологических связок и модифицирующих добавок, способствующих улучшению качества пеноминеральной массы и формированию в процессе обжига оптимальной стеклокристаллической структуры материала межпоровых перегородок.

Предлагаемая модель структуры пенокерамобетона позволяет определять основные характеристики ячеистого материала в зависимости от содержания матричной и воздушной составляющих. Предложена методика управления процессами формирования состава и свойств материала-основы, предусматривающая проведение многокритериальной оптимизации рецептурно-технологической системы по показателям «температура спекания», «прочность», «теплопроводность», «гигроскопичность».

Феноменологический анализ процесса переноса тепла по различным зонам ячеистой структуры, проведенный с привлечением отдельных положений теорий теплопроводности диэлектрических материалов и обобщенной проводимости, позволил сформулировать принципы выбора модифицирующих добавок по влиянию на теплопроводящие свойства. Для оптимизации указанных свойств обоснована целесообразность использования следующих флюсующих (стеклоформирующих) добавок:

  • веществ, уменьшающих длину свободного пробега проводников тепла за счет изменения степени упорядоченности микроструктуры (карбонаты, сульфаты, фосфаты, бораты или фториды натрия (калия, магния или кальция)); 
  • веществ, способствующих эффективному рассеиванию энергии тепловой волны за счет значительной тепловой инерции присутствующих в их составе элементов с высокой атомной массой (оксиды свинца, отходы производства оптического стекла).

Выбор добавок и расчет их оптимального количества осуществлялся по параметрам стекловидных связок, образующихся при обжиге. Для этого посредством петрохимического расчета последовательно вычислялась температура спекания системы, ее химический состав и количество расплава в заданном температурном диапазоне. В зависимости от степени изученности рассматриваемой многокомпонентной смеси прогнозирование температуры спекания проводили по уже имеющимся диаграммам состояния силикатных систем или расчетным методом, основанным на зависимости Эпстейна-Хауленда. В этом случае химический состав расплава определяли по зависимости числа плавкости от относительного содержания в смеси легко- и тугоплавких оксидов.

На последующем этапе проводили уточнение перечня добавок по характеру и степени их влияния на теплопроводящие и прочностные свойства стеклокерамического материала, формирующего межпоровые перегородки пенокерамобетона. С этой целью использовали зависимости, применяемые для решения задач проектирования составов стекольных шихт. В основе таких зависимостей лежит принцип аддитивности показателей важнейших свойств от содержания отдельных оксидов в составе стекол.

В результате экспериментальных исследований установлено существенное снижение сорбционной способности базовых составов при их модификации отобранными стеклоформирующими веществами (рис. 2). Таким образом,  формирование развитой стекловидной фазы в структуре пенокерамобетона устраняет один из главных недостатков теплоизоляционных материалов на минеральной основе – высокую гигроскопичность, существенно ухудшающую их теплоизолирующие свойства в процессе эксплуатации. ­

­

Рис. 2. Сорбционное увлажнение пенокерамобетона и промышленных аналогов (ПКБж и ПКБ – жаростойкий и общестроительный пенокерамобетон, соответственно)

Исходя из структурной модели пенокерамобетона, были разработаны расчетные методы прогнозирования теплопроводящих, прочностных и усадочных характеристик материала.

Метод расчета теплопроводности пенокерамобетонов основан на анализе процесса теплопередачи по структуре ячеистого материала, а также принципе формальной аналогии между механизмами переноса электричества и тепла. Для оценки теплопроводности получены уравнения, учитывающие назначение материала и влияние превалирующего эксплуатационного фактора.

Установлено, что зависимость теплопроводности жаростойких пенокерамобетонов (ПКБж) с учетом температурного фактора αt выражается уравнением:

,  (1)

где Vвозд – общая пористость материала; λм-осн – теплопроводность материала-основы; αt – теплопроводность воздушной фазы: αt=λвозд⋅(1+2,172⋅10-3⋅Т)+d⋅(h′c +σ⋅ε⋅Г⋅Т3); λвозд – теплопроводность воздуха при температуре 20С; d – средний диаметр воздушных ячеек в структуре материала; Т – температура эксплуатации; hc/ – коэффициент конвективной теплоотдачи внутренней поверхности воздушной ячейки; σ – постоянная Стефана–Больцмана; ε – степень черноты внутренней поверхности воздушной ячейки; Г – геометрический фактор (для пор шарообразной формы Г =0,7).

Из уравнения (1) следует, что применение в составе ПКБж светлоокрашенных сырьевых компонентов, таких как беложгущиеся  глины (ε = 0,70…0,75) в сочетании с технологической связкой на основе глиноземистого цемента, является теоретически обоснованным и обеспечивает сохранение теплоизолирующих свойств ячеистого материала при высоких температурах эксплуатации.

Теплопроводность пенокерамобетонов общестроительного назначения с учетом влияния сорбционного увлажнения материала (ПКБВ) предлагается определять по зависимости:

,                (2)

где – теплопроводность воздушной фазы в ячейках сорбционно-увлажненного пенокерамобетона: 

,                        (3)

где λвод – теплопроводность воды; k – поправочный коэффициент, учитывающий увеличение теплопроводности структурированной воды (k =1,65, если 0

Использование зависимостей (2) и (3) позволяет количественно оценить влияние состава, а также температурно-влажностных условий эксплуатации на теплопроводящие свойства пенокерамобетонов.

Для оценки прочности пенокерамобетонов предложена зависимость, учитывающая прочностные показатели материала межпоровых перегородок, а также количество и характер пор:

,                  (4)        

где R′сж–  прочность материала-основы (материала межпоровых перегородок); Vпор – относительный объем пор, создаваемый в процессе вспенивания; n и m – числовые коэффициенты, равные соответственно 3,6 и 26,3; В/Т – водо-твердое отношение сырьевой смеси (при 0,4≤В/Т≤0,9).

Сопоставление экспериментальных данных и результатов расчета по зависимости (4) показало их хорошую сходимость (рис. 3).

Рис. 3. Влияние В/Т на прочность: 

1 – материала-основы; 2 – пенокерамобетона; • – экспериментальные данные (прочность материала-основы)

Прогнозирование стойкости пеноминеральной массы на этапе проектирования состава ПКБ осуществлялось по зависимости, учитывающей скорость истечения жидкой фазы (υ) из межпоровых перегородок:

,                                (5)

где Vпор – общая пористость материала, N – среднее количество пор; ρ и η – соответственно плотность и вязкость жидкой фазы межпоровых перегородок пеноминеральной массы; ξ – коэффициент, учитывающий извилистость каналов истечения жидкой фазы по каркасу ячеистой структуры; k – числовой коэффициент, равный 0,0166.

Предлагаемые методики расчета были реализованы при разработке составов ПКБ различного назначения.

Структурообразование и свойства вяжущих веществ, применяемых в технологии пенокерамобетона. Обеспечение достаточной прочности пеноминерального сырца является важнейшим требованием для получения качественного пенокерамобетона. Выполнение этого требования связано с решением задачи уменьшения негативного влияния синтетических пенообразователей (ПО) на процессы твердения цементных технологических связок. Результаты этих исследований применительно к растворам на основе высокоглиноземистого цемента (ВГЦ) с добавками пенообразователей представлены в табл. 1…3.

Таблица 1

Количество теплоты, выделенное цементным раствором

Наименование ПО

Количество ПО, %

от массы ВГЦ

Время

твердения, ч

Qобщ, Дж/г

Без добавок

---

15

58,1

40

416,8

ПО-6К

0,07

40

218,8

0,13

15

70,9

40

226,1

Пеностром

0,13

15

60,3

40

181,3

0,20

15

62,2

40

182,9

Морпен

0,13

15

83,9

40

267,9

Зависимость прочности твердеющего раствора от количества тепла, выделенного в процессе гидратации, описывается уравнением:

,                                 (6)

где Rt – прочность после t суток твердения; Qt – суммарное тепловыделение за t суток, кДж/кг; k – коэффициент, характеризующий влияние пенообразователя на прочность (Морпен – 4,6; Пеностром – 3,6; ПО-6К – 4,2).

Установлено, что в исследованных концентрациях все пенообразователи уменьшают экзотермию процесса гидратации цемента и негативно влияют на прочность твердеющих цементных технологических связок (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость прочности технологической связки на основе ВГЦ от времени твердения и вида пенообразователя (0,13 % от массы ВГЦ):

1– без добавок; 2 –  ПО-6К;  3  –  Морпен; 4 –  Пеностром;  5  – Неопор

Зависимость набора прочности технологической связки на основе ВГЦ, содержащей добавку пенообразователя, выражается уравнением:

  ,

  (7)

где Rвяж – активность вяжущего; ξ  и κ – коэффициенты, соответственно, учитывающие влияние пенообразователя на конечную прочность и скорость твердения (табл. 2); t – время твердения, сут.

Таблица 2

Значения коэффициентов уравнения  (7)

Наименование

пенообразователя

Эмпирические коэффициенты

ξ

κ

Без добавки

1,00

0,884

Морпен

0,79

0,641

Пеностром

0,58

0,600

ПО-6К

0,62

0,786 

Неопор

0,56

0,526

Методом инфракрасной спектроскопии установлено, что введение пенообразователя приводит к заметному ускорению образования гидроксида алюминия, а также, как показало исследование химического состава жидкой фазы (табл. 3), к снижению концентрации ионов кальция в жидкой фазе гидратирующейся цементной связки.

Таблица 3

Содержание Ca(OH)2 в жидкой фазе цементно-водной суспензии

Время

гидратации, мин

Содержание Ca(OH)2, мг/л 

Без добавок ПО

0,25% ПО

5

185

102

15

224

133

30

355

231

* при В/Т=50/1

Недостаток ионов кальция в твердеющем растворе создает условия для преимущественного формирования аморфного гидроксида алюминия и гидроаргиллита, что замедляет скорость образования гидроалюминатов кальция. Поскольку собственная прочность фазы гидроаргиллита невелика, то увеличение ее относительного содержания является одной из основных причин снижения прочности цементного камня.

Влияние пенообразователей на процесс твердения технологических связок на основе портландцементных вяжущих характеризуют данные на рис. 5 и 6.

Рис. 5. Зависимость прочности технологической связки  на основе ШПЦ от

времени твердения и вида пенообразователя:

1 – без добавок; 2 –  0,15% ПО-6ТС; 3 – 0,15% ПБ-2000

Рис. 6. Зависимость прочности технологической связки  на основе ПЦ от

времени твердения и вида пенообразователя:

1 – без добавок; 2 –  0,15% Пеностром; 3 – 0,15% ПО-6ТС; 4 – 0,15% ПБ –2000

Как и в случае с технологическими связками на основе ВГЦ, добавка пенообразователя отрицательно влияет на прочность исследуемых растворов, однако степень их негативного воздействия значительно меньше и зависит от вида использованного портландцемента: относительное снижение прочности составов на основе ШПЦ меньше, чем составов на основе ПЦ. Это объясняется адсорбцией пенообразователей на поверхности частиц минеральной добавки (табл. 4), что частично нейтрализует их отрицательное воздействие на процесс гидратации клинкерных минералов: через 4 суток твердения относительное снижение прочности составов, содержащих добавку пенообразователя, достигает 50 % для монокомпонентного цементного раствора и 15 % для смешанного (опоко-цементного) раствора.

Таблица 4

Гидравлическая активность  и сравнительная адсорбирующая способность минеральных компонентов ПКБ

Вид

компонента

Гидравлическая активность

(поглощение CaO из

раствора, мг/г)

Адсорбция ПО из 0,5 % водного раствора на поверхности минеральных частиц (в пересчёте на сухое вещество)*

ПБ-2000

ПО-6ТС

СДО

А, мг/г

А, мг/г

А, мг/г

Диатомит

320

4,71

5,09

9,12

ШПЦ

---

10,66

7,23

9,12

Глина

175

16,16

7,32

22,68

Опока

355

3,02

3,15

4,03

* при В/Т=25/1

Различие в значениях адсорбции пенообразователей на поверхности твёрдых адсорбентов обусловлено их гидравлической активностью и знаком заряда поверхности.

Зависимость набора прочности технологических связок на портландцементе от вида пенообразователя выражается уравнением (7), полученным ранее для составов на основе высокоглиноземистого цемента. Значения коэффициентов ξиκ для портландцементных и опоко-цементных составов приведены в табл. 5.

Таблица 5

Значения коэффициентов уравнения  (7)

Наименование

пенообразователя

ШПЦ

ПЦ

ПЦ:опока=1:6

ξ

κ

ξ

κ

ξ

κ

Без добавки

1

0,144

1

0,175

1

0,292

ПБ-2000

0,92

0,095

0,79

0,1

0,98

0,175

ПО-6ТС

0,96

0,11

0,81

0,12

---

---

Необходимость уменьшения водо-твердого отношения с целью повышения качества сырца и ускорения набора распалубочной прочности предопределяет целесообразность введения в состав сырьевых смесей пластифицирующих добавок. При этом вариация вида и количества пластификатора создает механизм управления физико-химическими процессами, протекающими на границе раздела фаз в исследуемых пеноминеральных системах.

Исследование влияния пластификаторов (лигносульфонат технический ЛСТ (ОСТ 13-183-83), щелочной сток производства капролактама ЩСПК (ТУ 113-03-488-84), С-3 (ТУ 6-14-625-80), Melflux 1641F, Melment F15G) на свойства пен и пеноминеральных смесей подтвердили возможность значительного улучшения показателей их стойкости и кратности (рис. 7).

Рис. 7. Влияние пластификаторов на кратность пены (1% раствор ПБ-2000):

1 – ЩСПК; 2 – Melment F15G; 3– С-3; 4 – ЛСТ; 5– Melflux 1641F

Механизмы положительного влияния пластифицирующих веществ на кратность пены обусловлены:

- активностью на границе «жидкость-воздух» (Melflux 1641F и ЛСТ);

- увеличением рН раствора (ЩСПК и Melment F15G);

- увеличением вязкости раствора (С-3).

Индивидуальное и совместное влияние пенообразователей и пластификаторов на поверхностное натяжение водных растворов (на примере пенообразователя ПБ-2000) приведено в табл. 6.

Таблица 6

Поверхностное натяжение водных растворов

№ п/п

Компоненты

Содержание, %

Поверхностное натяжение, мН/м

1

ПБ-2000

0,3

28,2

2

С-3

0,5

71,0

3

ПБ-2000

С-3

0,3

0,5

30,1

4

ПБ-2000

опока

0,3

10

33,3

5

ПБ-2000

С-3

опока

0,3

0,5

10

30,2

6

ПБ-2000

ШПЦ

0,3

10

45,6

7

ПБ-2000

С-3

ШПЦ

0,3

0,5

10

39,1

Экспериментальные данные подтверждают конкурирующий характер процессов адсорбции молекул пенообразователя и пластификатора на поверхности минеральных частиц в пенокерамобетонной смеси. Установленная особенность позволяет задействовать механизм конкурирующей адсорбции с целью снижения нецелевого расхода пенообразователя, а значит и степени его негативного влияния на процессы гидратации цементных технологических связок.

Реологические свойства вспениваемой массы являются важнейшим фактором процесса получения ячеистого сырца. Экспериментальными исследованиями установлено, что введение пенообразователя незначительно изменяет вязкость растворов на основе ПЦ, но существенно увеличивает этот показатель применительно к растворам на основе ВГЦ. Причина этого различия заключается в образовании гелеобразных алюминийорганических соединений, как результата взаимодействия пенообразователя и гидроксида алюминия, выделяющегося при гидратации ВГЦ. В месте с тем, как показали результаты опытов, увеличение вязкости вспениваемого раствора не приводит к ожидаемому повышению стойкости пеноминеральных масс, содержащих технологическую связку на основе ВГЦ. Очевидно, что в этом случае проявляется превалирующее воздействие деструктивного фактора, обусловленного критическим снижением концентрации пенообразователя из-за химического взаимодействия с гидрооксидом алюминия и адсорбции молекул анионактивных ПАВ, составляющих основу подавляющего большинства синтетических пенообразователей, на положительно заряженной поверхности частиц ВГЦ.

Для определения главных факторов, формирующих показатели стойкости и кратности пенокерамобетонных смесей, в работе были использованы модельные системы. Модельные системы получали из 1%-го раствора пенообразователя (ПБ-2000), содержащего от 10 до 25 % исследуемой минеральной добавки. Результаты экспериментов указывают на значительную зависимость показателя кратности пены от вида минерального компонента (рис. 8).

Рис. 8.  Влияние минеральных компонентов на кратность пены

В ходе исследований установлено значительное различие в характере влияния отдельных сырьевых компонентов пенокерамобетона на стойкость генерируемой пены: опока ­и диатомит повышают этот показатель; цементы – снижают; влияние глин существенно различается в зависимости от месторождения.

Глины явно или неявно (как типичная примесь в составе опочного сырья) присутствуют во всех сырьевых смесях разрабатываемых материалов, поэтому в работе проведены исследования с целью выработки критериев оценки их качества применительно к технологии пенокерамобетона. В ходе экспериментов определяли закономерности формирования показателя стойкости пены от электрокинетического (дзета-) потенциала, минерального типа, химического состава, лиофильных свойств и адсорбирующей способности используемых глин (табл. 4 и табл.7).

Таблица 7

Минеральный тип и обозначение глин

Месторождение  глины

Дзетапотен-циал, mV

Е*,

мг-экв на 100г глины

Минеральный тип глины

Условное

обозна-чение

Влияние на стойкость

пены

Иссинское

-13,4

11,6

I – каолинитовая

Гл-I

отрицатель-ное

Пачелмское

-17,1

31,1

II – бейделлитовая

Гл-II1

положитель-ное

Малосердобин-ское

-16,2

31,1

Гл-II2

положитель-ное

Колгушкин Бугор - 1  (черная)

-12,4

33,0

Гл-II3

резко

отрицатель-ное

Колгушкин Бугор - 2 (серая)

-16,9

35,1

Гл-II4

положитель-ное

Лягушевское

-13,7

44,0

III –монтморил-лонитовая

Гл-III

положитель-ное

* Е - емкость катионного поглощения.

Установлено, что все опробованные глины характеризуются отрицательным электрокинетическим потенциалом поверхности. При этом уменьшение абсолютного значения дзета-потенциала глины сопровождается усилением негативного влияния на пену (глины Гл-I, Гл-II3).

Кроме этого, из всех используемых глин суспензия глины Гл-II3 характеризуется минимальным значением рН водной вытяжки (рН=4,5 при В/Т=10/1). Это позволяет сделать заключение, что негативное влияние глины на стойкость пены определяется наличием в ее составе соединений (гумусовые кислоты и др.), обусловливающих кислую реакцию водной фазы её суспензии. Механизм отрицательного воздействия связан с переходом  хорошо растворимых солеобразных ПАВ, входящих в состав синтетических пенообразователей, в менее растворимые органические кислоты.

Химический анализ водной фазы суспензий глин позволил установить, что глина Гл-II3, оказывающая резко отрицательное влияние на пену, содержит наибольшее количество соединений, способных образовывать в водном растворе ионы кальция и магния (более 0,4 % Са2+ и Mg2+). Очевидно, что наряду с ионами кальция и магния отрицательное  влияние  на стойкость пен будут оказывать и другие многовалентные катионы (например, катионы алюминия, железа и др.). Однако, как показали результаты химического анализа, присутствие таких катионов в суспензиях используемых глин оказалось незначительным.

Исследование лиофильных свойств показало, что глины значительно различаются по величине коэффициента гидрофильности: минимальное значение получено для глины I типа (2,19 – влияние на устойчивость пены отрицательное), а максимальное – для глин III типа (5,10 – влияние положительное). Это позволило установить наличие взаимосвязи между снижением коэффициента гидрофильности и усилением негативного влияния глин на стойкость пены.

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что для обеспечения стойкости пеноминеральной массы рекомендуется использовать природные минеральные компоненты, характеризующиеся следующими показателями:

  • электрокинетический потенциал – от -17,1 до -13,5 mV;
  • коэффициент гидрофильности  – не менее 3,5;
  • величина рН водной вытяжки – 8,3…9,0;
  • содержание водорастворимых соединений кальция и магния – минимальное (суммарная концентрация Са2+ и Mg2+ не более 0,4 %).

В процессе дальнейшей работы определены рецептурно-технологические решения, расширяющие возможность использования глинистого сырья большинства месторождений в технологии изготовления пенокерамобетона. Для этого в сырьевую смесь рекомендуется вводить полимерные вещества, стабилизирующие пеноминеральную смесь. Установлено, что добавки на основе полиакриламида (ПАА) и карбамидно-формальдегидной жидкости (КФЖ) являются эффективными стабилизаторами пеноминеральных масс и способствуют существенному повышению кратности пены.

Ранее была теоретически обоснована целесообразность использования неорганических солей в качестве модифицирующих добавок, обеспечивающих многокритериальную оптимизацию пенокерамобетона путем формирования благоприятного минерально-фазового состава. Вместе с тем известно, что в технологии керамики аналогичные по составу вещества используются в качестве разжижителей. В этой связи были проведены исследования для нахождения многофункциональных добавок на основе рассматриваемых солей, введение которых сопровождается несколькими положительными эффектами.

Установлено, что введение фосфор- и фторсодержащих веществ не оказывает существенного влияния на стойкость ненаполненной пены, тогда как применение добавок хлорида, сульфата и карбоната натрия  сопровождается ухудшением этого показателя на 15…50 %. Наблюдаемое различие сохраняется и в минерализованной пене: в отличие от карбоната, тетрабората и хлорида натрия, фосфорсодержащие соли натрия способствуют значительному увеличению стойкости пеноминеральных смесей, в том числе при наполнении частицами керамического сырья, негативно влияющего на пену (рис. 9).

Рис. 9. Влияние Na3PO4 на стойкость пены, наполненной  частицами глины:

Гл-II3: 1 – без добавки; 4 – 0,5 % Na3PO4; Гл-I: 2 – без добавки; 5 –0,5 % Na3PO4; 3 – ненаполненная  пена

Позитивное влияние фосфорсодержащих добавок на стойкость пеноглинистых смесей обусловлено сочетанием эффекта уменьшения жесткости воды вследствие образования малорастворимых соединений и отсутствия отрицательного влияния на стойкость ненаполненной пены.

Исследование совместного влияния натрийсодержащих добавок, пенообразователей и органических пластификаторов на вязкость сырьевой смеси позволило установить наличие эффекта значительного усиления пластификации при совместном введении пластификаторов (С-3, ЛСТ, Melment F15G, Melflux 1641F) и электролитов (NaF или Na3PO4) (рис. 10).

Рис. 10. Влияние добавок на вязкость базового состава

(опоко-цементный раствор):

1 ­– без добавок; 2 – С-3 (0,08 %); 3 –  Na3PO4 (2 %) +С-3 (0,08%); 

4 –  Na3PO4 (3 %) + С-3 (0,08 %);  5 –  Na3PO4 (3 %) + С-3 (0,16 %). 

Это дало возможность установить добавки, обладающие полифункциональным воздействием: их позитивное влияние на процессы формирования минерально-фазового состава сочетается с водоредуцирующим, воздухововлекающим и (или) стабилизирующим эффектами. С учетом сформулированных ранее принципов подбора добавок был составлен перечень веществ, рекомендуемых для модифицирования составов пенокерамобетона (табл. 8).

Таблица 8

Перечень модифицирующих добавок

Обозначение

Добавка

Механизм положительного влияния

S1

Карбонаты щелочных металлов:

Na2CO3 , (K2CO3)

Увеличение количества изолированных кремнекислородных комплексов и низкотемпературных эвтектик за счет повышения отношения «O2- : Si4+»

S2

Сульфаты щелочных металлов: Na2SO4, (K2SO4)

Аналогичен S1

S3

Фосфаты и пирофосфаты щелочных металлов:

Na3PO4 , Na4P2O7, Na2H2P2O7

Аналогичен S1; дополнительный фактор – формирование фосфатной стекловидной связки

S4

Бораты щелочных металлов Na2B4O7

Аналогичен S1; дополнительный фактор – формирование боратной связки

S5

Кремнефториды щелочных металлов: Na2SiF6, (K2SiF6)

Увеличение количества низкотемпературных эвтектик за счет экранирования Si4+ (в результате замещения O2- на F-)

S6

Фториды щелочных металлов: NaF, (KF)

Аналогичен S5

S7

Фториды щелочно-земельных металлов: СаF2, (MgF2), BaF2

Увеличение количества низкотемпературных эвтектик

S8

Оксиды свинца

Увеличение количества низкотемпературных эвтектик

S9

Многокомпонентные вещества: алюмохромфосфатная связка (АХФС)

Увеличение количества связующего вещества

S10

CaCO3+ Na2CO3

Образование многокомпонентных 

низкотемпературных эвтектик

S11

CaMg(CO3)2+ Na2CO3

Аналогичен S10

S12

Отходы производства оптического стекла (ОПОС)

Увеличение количества связки, ускорение начального процесса спекания

В процессе обжига пенокерамобетонного сырца возникает опасность образования в составе материала значительного количества водорастворимых соединений. В табл. 9 приведены результаты выполненных экспериментов, иллюстрирующих влияние отдельных модификаторов на концентрацию ионов Na+ и Ca2+ в водной фазе суспензии порошков, полученных измельчением образцов пенокерамобетона.

Таблица 9

Содержание в ПКБ водорастворимых соединений, %

Наименование материала

Катион

Температура обжига, С

сырец

500

700

900

ПКБ, полученный с добавкой NaF

Ca2+

0,14

0,1

0,04

0,01

Na+

3,82

2,8

0,69

0,27

ПКБ, полученный с добавкой Na2B4O7·nH2O

Ca2+

1,64

0,83

0,6

0,3

Na+

2,25

2,0

0,37

0,09

Проведенные исследования указывают на крайне незначительное количество водорастворимых соединений натрия и кальция в составах, обожженных при температуре 900С, что позволяет сделать вывод об их вхождении в состав водостойких новообразований.

Фазовый состав пенокерамобетона и исходных сырьевых компонентов изучен методом рентгенофазового анализа. На рис. 11 представлена рентгенограмма базового состава пенокерамобетонного сырца, снятая после твердения образцов в нормальных условиях в течение 7 суток.

Рис. 11. Рентгенограмма пенокерамобетонного сырца базового состава

(Опока:ПЦ=6:1) при В/Т=0,5

Установлено, что основными рентгеноидентифицируемыми фазами пенокерамобетонного сырца базового состава являются: низкоосновные гидросиликаты кальция тоберморитовой группы (Тб), кальцит (Ка), кварц (К).

В процессе обжига при температурах 900…950оС фазовый состав ПКБ претерпевает существенные изменения. Рентгенограмма ПКБ базового состава, обработанная в программе DRWin для определения характеристик дифракционных пиков, приведена на рис. 12.

Рис. 12. Рентгенограмма ПКБ базового состава (Опока:ПЦ= 6:1)

Установлено, что после обжига базовый состав характеризуется содержанием следующих основных фаз: волластонит (В);­ кварц (К), тридимит (Т), плагиоклаз (Пл), стекловидное вещество. Отсутствие на рентгенограмме пиков, соответствующих свободной окиси кальция, позволяет сделать вывод о вхождении CaO в состав новообразований (плагиоклаза, волластонита или стекловидного вещества). Благодаря сочетанию уникальных свойств (высокая термическая устойчивость, низкая теплопроводность, повышенная прочность на растяжение) формирование в процессе обжига армирующей волластонитовой фазы в составе пенокерамобетона способствует улучшению термических, прочностных и теплоизолирующих свойств материала.

На примере флюсующей Na-содержащей добавки (Na2SiF6) показано, что введение модификаторов в базовый состав сопровождается интенсивным развитием в процессе обжига фазы плагиоклаза и стекловидного вещества. При этом продукты термического распада опоки и цементного камня в значительной степени растворяются в расплаве. Стекловидная фаза отмечается как рентгеноаморфная масса в области углов 20…26 о (рис. 13).

Рис. 13. Рентгенограммы составов ПКБ c добавкой Na2SiF6  (20 % по массе)

Методика проектирования ПКБ реализована при определении оптимального количества модифицирующей добавки, обеспечивающего формирование достаточного количества стекловидной связки с заданными свойствами (табл. 10). В качестве критериев конкурентоспособности материала приняты  следующие показатели основных свойств: прочность при сжатии – 1,5 МПа; средняя плотность – 350…400 кг/м3; теплопроводность – 0,09…0,10 Вт/(м⋅С); сорбционное увлажнение – 4…6 %.

Таблица 10

Расчетные показатели свойств пенокерамобетона

Обозначение

и содержание добавки, %

Показатели материала-основы

Свойства ПКБ

Фазовый состав, %

Свойства фаз

керамика

стекло

керамика

стекло

Rсж,

МПа

λ,

Вт/мС

Rсж,

МПа

λ,

Вт/мС

Rсж*,

МПа

λ,

Вт/мС

ρ,

кг/м3

Wm**,

%

S4 - 4,4

80,4

19,6

25,0

0,96

88,8

0,63

1,50

0,104

360

6,0

S3(Na4P2O7)-2,9

85,0

15,0

25,0

0,96

101

0,61

1,50

0,104

370

3,9

S8  - 8,3

76,3

23,7

25,0

0,96

84,4

0,48

1,50

0,100

390

6,1

S6 (NaF) - 4,0

83,7

16,3

25,0

0,96

90,3

0,57

1,50

0,103

360

4,1

S5(Na2SiF6)-4,7

83,7

16,3

25,0

0,96

90,3

0,57

1,50

0,103

365

4,5

Базовый

100

0

25,0

0,96

---

---

0,48

0,110

380

9,3

* 0,8≤В/Т≤0,9

** Wm–сорбционное увлажнение при 97 % влажности воздуха

Результаты экспериментальных исследований показателей свойств ПКБ приведены на рис. 14.

А)

Б)

В)

Использование комплексных модифицирующих добавок позволило снизить водо-твердое отношение сырьевой смеси (В/Т=0,85), что способствовало увеличению прочности ПКБ-сырца (Rсж= 0,45..0,50 МПа) и решению проблемы появления усадочных трещин, возникающих вследствие значительной влажностной деформации пенокерамобетонного сырца. 

Выполненные исследования позволили получить экспериментально-статистические зависимости важнейших свойств общестроительных и жаростойких пенокерамобетонов в системе «состав - технологическое воздействие - свойство».

В результате экспериментальных исследований по определению фазового состава жаростойкого пенокерамобетона установлено, что после обжига в нем содержится значительно количество соединений с высокой температурой плавления (муллит, анортит, тридимит, кристобалит), формирующих высокие термомеханические показатели материала. Количественный анализ данных РФА показал, что увеличение в базовом составе относительного содержания высокоглиноземистого цемента с 5 до 15 % сопровождается развитием муллитовой и анортитовой фаз в процессе обжига. 

Для жаростойких пенокерамобетонов на основе высокоглиноземистых цементов, глин и корректирующих добавок (наполнитель – динас, хромит, шамот, стабилизатор – ПАА, комплексный пластификатор – фосфат натрия и С-3) зависимость прочности материала межпоровых перегородок от состава и температуры имеет вид:

где t – температура, С (20 ≤ t ≤ 1250); интервалы варьирования переменных в кодовом выражении: высокоглиноземистый цемент  (Ц): 0 ≤ Ц ≤1;  глина (Г): 0≤ Г≤0,75; наполнитель из динаса (Д):  0≤ Д ≤1.

В ходе исследований установлено, что при оптимальном соотношении компонентов сырьевая смесь обладает комплексом свойств, необходимых для изготовления жаростойких пенокерамобетонов. Предпочтительными являются составы, содержащие ВГЦ в количестве 15…20 %, глину – 40…60 % и наполнитель – 15…30 %.

Показано, что изменение среднего размера воздушных ячеек в интервале 1…6 мм не оказывает значительного влияния на прочность пенокерамобетона.

Составлены и экспериментально подтверждены расчетные модели теплопроводности, теплоемкости и теплопроницания, определены зависимости усадки и прочности ПКБ различной плотности.

Выполненный комплекс методологических и технологических исследований послужил основой для разработки составов пенокерамобетонов различного назначения (табл. 11).

Таблица 11

Основные свойства пенокерамобетонов

(патенты  № 2294906, № 2300508, положительное решение  № 2011126318/03)

Свойства

Пенокерамобетоны

Промышленные

аналоги*

Жаро-стойкие

Общестроительные

ПД

Gomelglass

ПБ

теплои-золяци-онные

констр.- теплоизо- ляционные

Плотность, кг/м3

350…450

300…

350

450…

1100

400

180

300

Прочность при сжатии, МПа

1,1…1,5

1,3…1,6

1,8…12

0,5..0,8

0,7..1,2

0,5..0,7

Термостойкость, теплосмены

15

---

от 5

0

0

Теплопроводность, Вт/(м·С)

0,09…0,13

0,08..

0,085

0,11…

0,19

0,082

0,06

0,08

Теплоёмкость,

кДж/(кг·С)

0,64…0,72

0,79..0,8

0,79…0,8

0,84

0,84

0,84

Температура эксплуатации, С, не более

1200

900

900

900

550

250

Сорбционное

увлажнение, %, не более

нн

4,3

4,1

7,5

0,3

8…12

Стоимость, руб./м3

3984

2783

3650

8500

6800

3500

*ПБ – пенобетон неавтоклавный (ГОСТ 25485-89), ПД – пенодиатомит, Gomelglass – пеностекло производства ОАО «Гомельстекло» (РБ)

Внедрение результатов исследований осуществлялось по следующим основным направлениям:

  1. Улучшение качества безобжиговых пеноминеральных композиций.

Разработаны конструктивные решения основных перемешивающих аппаратов и технология их производства, организовано производство стеновых и теплоизоляционных поробетонов. В результате проведения опытно-внедренческих работ за период с 2002 по 2004 гг. был запущен цех по производству ячеистых бетонов на ОАО «Стройдеталь №2», г. Пенза. Мощность первой очереди экспериментальной технологической линии составила в смену 25…30 м3 пенобетона плотностью 300…600 кг/м3, производимого с широким использованием местных горных пород.

  1. Создание инновационного производства по выпуску изделий из пенокерамобетона.

Осуществлялось в рамках реализации проекта – победителя конкурса Фонда содействия инновациям в научно-технической сфере (программа «Старт»). Софинансирование работ и доведение разработанных составов ПКБ до опытно-промышленной стадии осуществлялось ООО «ПБКомпозит» совместно с ООО «Новые технологии» (г. Пенза). С 2005 по 2009 гг. были разработаны рабочие чертежи, изготовлено основное и вспомогательное технологическое оборудование. В период с 2006 по 2011 гг. на производственной базе ООО «Новые технологии» налажен промышленный выпуск легковесов плотностью 450…600 кг/м3, предназначенных для внутренней футеровки термических печей с максимальной температурой эксплуатации до 1250 С.

Применение разработанной методологии проектирования составов ПКБ, основанной на управлении процессами формирования минерально-фазового состава материала, а также использование доступных и широко распространенных горных пород позволяет получить ячеистые материалы с высоким  уровнем конкурентоспособности.

Стоимость пенокерамобетонов общестроительного назначения значительно ниже стоимости существующих пенодиатомитовых и пеностекольных материалов и сопоставима со стоимостью неавтоклавных пенобетонов. Улучшение технических характеристик исследованных пенокерамобетонов в сравнении с пенобетоном и традиционной пенокерамикой обеспечено повышением показателей прочности, снижением сорбционного увлажнения материала и сохранением высоких теплофизических свойств при эксплуатации.

Стоимость разработанного жаростойкого пенокерамобетона в 2…2,5 раза меньше стоимости существующего аналога при сопоставимых показателях физико-механических свойств и эксплуатационных затратах. Снижение стоимости ПКБж обусловлено использованием в качестве минеральной основы доступных разновидностей глинистого сырья, снижением до 15…20 % расхода наиболее дорогостоящего компонента жаростойких бетонов (высокоглиноземистого цемента), возможностью утилизации в качестве наполнителя отработанных огнеупорных изделий из динаса или шамота и применением в качестве порообразователя недорогих синтетических пенообразователей.

РЕЗУЛЬТАТЫ  ИССЛЕДОВАНИЙ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. С использованием системного подхода:

- разработаны научно-технические принципы получения  новых пеностеклокерамических материалов (пенокерамобетонов), заключающиеся в последовательном формировании их структуры; при этом достижение заданных параметров на первом этапе осуществляется по классической пенной технологии, а на втором  этапе - посредством обжига, в результате которого формируются окончательные параметры микро- и макроструктуры, обеспечивающие повышение показателей эксплуатационных свойств;

- установлены общие закономерности формирования структуры и свойств пенокерамобетонов из модифицированных полиминеральных смесей на основе опалкристобалитового и алюмосиликатного природного сырья в сочетании с цементными технологическими связками и синтетическими пенообразователями;

- разработана и обоснована методология исследования зависимостей «состав – свойство» для решения оптимизационных задач, возникающих при проектировании пенокерамобетонов с заданными свойствами.

2. Проведенными исследованиями установлено:

- незначительное количество цементного вяжущего (10…15 %), вводимого в состав ячеистого материала в качестве технологической связки, обеспечивает прочность пенокерамобетонного сырца, а в процессе дальнейшей термической обработки является реакционно-активным веществом, вступающим во взаимодействие с преобладающим кремнистым или алюмосиликатным компонентом сырьевой смеси с образованием упрочняющих (муллитовых, волластонитовых и др.) кристаллических фаз;

- эффективное управление процессами синтеза минерально-фазового состава ПКБ с целью повышения уровня показателей основных свойств достигается введением модифицирующих добавок, способствующих улучшению качества пеноминеральных масс и образованию легкоплавких эвтектик, формирующих при охлаждении  высокопрочные и малотеплопроводные стекловидные фазы.

  1. Разработан метод проектирования составов пенокерамобетонов, основанный на оптимизации минерально-фазового состава материала межпоровых перегородок по теплопроводящим и прочностным показателям. Получены расчетные зависимости, обеспечивающие адекватное прогнозирование указанных показателей на этапе проектирования пенокерамобетона и учитывающие свойства материала-основы, показатели ячеистой структуры и температурно-влажностные условия эксплуатации.
  2. Сформулированы критерии оценки качества керамического сырья применительно к пенокерамобетонам. Установлено, что формирование качественной пеноминеральной массы происходит при использовании природных минеральных компонентов со следующими показателями: электрокинетический потенциал – от -17,1 до -13,5 mV; коэффициент гидрофильности – не менее 3,5; величина рН водной вытяжки – 8,3…9,0; содержание водорастворимых соединений кальция и магния – минимальное (суммарная концентрация Са2+ и Mg2+ не более 0,4 %).

5. Предложена методика выбора вида и количества пенообразователя, учитывающая влияние рецептурных факторов на устойчивость пеноминеральных систем, а также на процессы схватывания и твердения материала. На примере пластификатора на основе нафталинформальдегидных соединений выявлено, что в присутствии С-3 наблюдается увеличение концентрации пенообразователя в сырьевом растворе, позволяющее уменьшить количество вводимого пенообразователя на 20…25 % или увеличить кратность вспенивания (в 1,3…1,5 раза). Установлено также, что аналогичное положительное влияние оказывают добавки пластификаторов на основе меламинформальдегидных соединений (Melment F15G, Melflux 1641F) и модифицированных лигносульфонатов (ЛСТ).

6. Установлено, что в качестве стеклоформирующих добавок флюсующего действия целесообразно использовать натрий-, фтор- и свинецсодержащие вещества. Экспериментальными исследованиями подтверждено, что введение в состав сырьевой смеси указанных добавок в количестве 3,5…11% обеспечивает увеличение прочности материала-основы пенокерамобетона базового состава с 25 МПа до 38… 50 МПа и существенное (в 1,8…3 раза) снижение сорбционного увлажнения материала в сравнении с существующими изделиями из пористой керамики или ячеистых бетонов.

7. Показано, что стеклоформирующие добавки (плавни) на основе фосфатов и пирофосфатов натрия способствуют увеличению устойчивости пеноминеральной системы (в 3,0…3,5 раза) в случае применения в составе пенокерамобетона глин, оказывающих резко отрицательное воздействие на показатели пеномассы. Установлено, что введение указанных добавок сопровождается дополнительным диспергированием частиц глины, что обусловливает повышение устойчивости вспененных суспензий и ускоряет процесс спекания материала межпоровых перегородок. Благодаря эффекту пластификации и комплексной модификации исходных сырьевых систем, применение добавок на основе фосфатов, фторидов и карбонатов натрия позволяет реализовать многофакторное управляющее воздействие на процессы формирования структуры и свойств пенокерамобетона: их участие в формировании стеклокристаллической структуры материала межпоровых перегородок сочетается с воздухововлекающим (увеличение кратности минерализованной пены на 20…25 %), водоредуцирующим (снижение водопотребности на 25…30 %), а для добавок (Na3PO4, Na4P2O7, Na2H2P2O7) и стабилизирующим эффектами.

8. Установлен характер совместного влияния пенообразователей, комплексных модификаторов (пластификатор+стабилизатор+плавень), а также цементных связок на процессы формирования микроструктуры пенокерамобетона. Показано, что присутствие в составе сырьевой смеси комплексной добавки, состоящей из пластификатора (С-3, ЛСТ, Melment F15G, Melflux 1641F) и электролита (NaF, Na3PO4), создает синергетический эффект при формировании микроструктуры, что положительно влияет на реотехнологические свойства (снижение вязкости более 2,5 раз) и эксплуатационные показатели материала.

9. На основании термодинамических расчётов составлена схема возможных минералообразующих процессов, происходящих при обжиге минеральных систем, применяемых в технологии пенокерамобетона. Методом РФА установлен фазовый состав пенокерамобетонов различного назначения и подтверждено, что после обжига в материале происходит образование минеральных фаз, способствующих получению материала с требуемым комплексом эксплуатационных свойств.

10. С использованием разработанного рецептурно-технологического подхода получены составы пеноминеральных систем на основе кремнистых (опочных) и алюмосиликатных (глинистых) осадочных горных пород, предназначенные для изготовления однослойных и многослойных ограждающих конструкций, применяемых в гражданских зданиях и теплоэнергетических сооружениях.

11. Разработаны модификации пенокерамобетона различного назначения, способные эффективно работать в экстремальных температурных и влажностных условиях эксплуатации (температура до 1250 С, относительная влажность до 97 %):

- жаростойкие модификации, получаемые путем обжига при 1230…1250 оС сырьевых смесей, базовым компонентом которых является глинистое сырье в сочетании с добавкой высокоглиноземистого цемента. Жаростойкие пенокерамобетоны характеризуются следующими показателями свойств: средняя плотность – 350…500 кг/м3, коэффициент теплопроводности – 0,09…0,10 Вт/(м⋅С), прочность при сжатии – 1,0…1,4 МПа, термостойкость – более 12 циклов;

- общестроительные (малосорбционные) модификации, получаемые посредством обжига при 900…950 оС сырьевых смесей на основе опочного природного сырья в сочетании с портландцементными технологическими связками (ПЦ, ШПЦ, ППЦ). Общестроительные пенокерамобетоны характеризуются следующими показателями свойств: средняя плотность – 350…500 кг/м3, прочность при сжатии – 0,7…1,2 МПа, коэффициент теплопроводности – 0,095…0,11 Вт/(м⋅С), сорбционное увлажнение – не более 4,5 %.

12. Разработан алгоритм процесса оптимизации и составлено программное обеспечение для выполнения автоматизированного проектирования составов пенокерамобетонов с заданными показателями свойств.

13. Разработано новое направление по решению крупной проблемы строительно-технологической отрасли, связанное с повышением эффективности теплозащиты зданий, технологических объектов и технологического оборудования, снижением себестоимости строительства и экономией энергоресурсов. В основе предлагаемых решений лежит широкое применение доступных природных сырьевых ресурсов, составляющих минеральную основу всех разработанных составов пенокерамобетонов.

14. Определены рациональные области применения и технико-экономическая эффективность производства разработанных пенокерамобетонов. Подтверждена конкурентоспособность ячеистых материалов, получаемых с применением технологии пенокерамобетона.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Монографии

  1. Прошин, А.П. Пенобетон (состав, свойства, применение) [Текст]/ А.П. Прошин, В.А. Береговой, А.А. Краснощеков, А.М. Береговой – Пенза: ПГУАС, 2003.–162 с. 
  2. Береговой, А.М. Энергоэффективные здания и их конструкции с учетом использования местных материалов [Текст] / А.М. Береговой, В.А. Береговой. - Пенза: ПГУАС, 2006. -  204 с.
  3. Береговой, В.А. Жаростойкие пенобетоны [Текст] / В.А. Береговой, Н.А. Прошина, Е.В. Королев, А.М.Береговой, О.В. Болотникова. ­- Пенза: ПГУАС, 2007. – 111 с.
  4. Береговой, В.А. Ячеистые материалы на местных вяжущих смешанного типа твердения [Текст] / В.А. Береговой, Е.Н. Самошина, Н.А. Прошина. ­- Пенза: ПГУАС, 2010. – 124 с.
  5. Береговой, А.М. Энергосбережение в зданиях с конструкциями из местных материалов [Текст] / А.М. Береговой, В.А. Береговой. - Пенза: ПГУАС, 2011. - 131 с.
  6. Береговой, В.А. Эффективные теплоизоляционные пенокерамобетоны [Текст] / В.А. Береговой, Е.В. Королев, Ю.М. Баженов. ­- Москва: МГСУ, 2011. –264 с.

Научные издания по перечню ВАК  РФ

7. Прошин, А.П. Теплотехническая эффективность использования высоконаполненных композитов в ограждающих конструкциях /А.П. Прошин, В.А. Береговой, А.М. Береговой //Промышленное и гражданское строительство, 1996. – №11.– С.42-43.

8. Соломатов, В.И. Теплотехнические свойства тяжелых композитов для защиты от радиации / В.И. Соломатов, А.П. Прошин, В.А. Береговой, А.М. Береговой //Известия вузов. Строительство, 1998.– №9.– С.29-33.

9. Прошин, А.П. Расчетная схема теплопроводности высоконаполненных материалов/ А.П. Прошин, В.А. Береговой, А.М. Береговой // Известия вузов. Строительство, 2000. – №1– С. 14-16.

10. Береговой, А.М. Теплоаккумулирующие  свойства материалов и конструкций ограждений  в процессах формирования теплового режима зданий /А.М. Береговой, А.П. Прошин, В.А. Береговой//Известия вузов. Строительство, 2002. – №7. – С.4-6.

11. Прошин, А.П. Ячеистый бетон для зданий нового поколения /А.П. Прошин, В.А. Береговой, А.М. Береговой //Известия вузов. Строительство, 2002. – №5. – С. 101-102.

12. Прошин, А.П. Ячеистый бетон для теплоизоляции  ограждающих конструкций зданий и инженерных коммуникаций/ А.П. Прошин, В.А. Береговой, А.М. Береговой //Строительные материалы,2002.– №7.– С.24-26.

13. Прошин, А.П. Технология и оборудование по производству малоэнергоемких композиций на основе пенобетона для ограждающих конструкций /А.П. Прошин, В.А. Береговой, А.М. Береговой, А.А.Краснощеков //Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова,  2003. – № 4.– С. 39-42.

14. Береговой, В.А. Жаростойкие пенобетоны на вяжущих смешанного типа твердения / В.А. Береговой, А.И. Еремкин, А.П. Прошин, А.М. Береговой, О.В. Болотникова //Строительные материалы, 2005. – №1. – С.50-51.

15. Прошин, А.П. Составы для устройства конструктивных слоев монолитных полов и межкомнатных перегородок /А.П. Прошин, В.А. Береговой, Е.Н. Саксонова//Строительные материалы, 2005. – №6. – С.44-47.

16. Береговой,  В.А. Разработка составов и экспериментальной технологической установки по производству пористых материалов на композиционных вяжущих /В.А. Береговой, Е.В.Королев, А.М.Береговой, А.И. Ерёмкин, Т.А. Болтышева //Строительные материалы, 2006. –  №6. – С. 8-10.

17. Береговой, В.А. Эффективные пенокерамобетоны для жилищного и специального строительства/ В.А. Береговой //Строительные материалы, 2008. –  №9. – С. 93-96.

18. Береговой, В.А. Методика подбора и обоснование компонентного состава сырьевых смесей для изготовления пенокерамобетонов/ В.А. Береговой, Е.В. Королев, Н.А. Прошина, А.М. Береговой //Строительные материалы, 2011. –  №6. – С. 66-70.

19. Королев, Е.В. Расчет  и конструирование технологических аппаратов для производства изделий из пенокерамобетона /Е.В.Королев, В.А.Береговой, Н.А.Прошина //Интернет-вестник ВолгГАСУ, 2011. – №3(17). – раздел 10.

20. Береговой,  В.А. Теплоизоляционная газостеклокерамика на основе кремнистых горных пород / В.А. Береговой, Д.С. Костин, А.М. Береговой // Известия Вузов. Строительство, 2011. –№10.– С. 43–50.

21. Королев, Е.В. Использование показателя теплопроводности при проектировании пенокерамобетонов на основе опалкристобалитовых пород /Е.В.Королев, В.А.Береговой, Д.С.Костин, А.М. Береговой // Вестник МГСУ, 2012. – № 3– С. 90-95.

Периодические печатные издания и журналы:

22. Прошин, А.П. Полифункциональные строительные материалы –  один из эффективных способов решения экологических проблем /А.П. Прошин, В.А. Береговой, А.М. Береговой //Экологический вестник Черноземья, 1999.  – №7, Воронеж: ВГАСА, Российская экологическая академия – С. 144-149.

23. Beregovoi, V.A. Heat-conducting properties of small-power-hungry  cellular concrete /V.A.Beregovoi, A.P.Proshin, A.M. Beregovoi // Asian journal of civil engineering (building and housing), 2000. – Tehran, Vol.1, No. 4. – p. 103-107.

24. Береговой, В.А. Теплоизоляционный ячеистый бетон на основе гипсоцементно-пуццоланового вяжущего /В.А. Береговой, А.П. Прошин, С.Н. Солдатов, А.М. Береговой // Бетон и железобетон  в Украине, 2001 г.– №1. – С.2-4. 

25. Прошин, А.П. Ячеистые бетоны для тепловой защиты зданий и сооружений/ А.П. Прошин, В.А. Береговой, А.М. Береговой, Е.А Волкова // Строительные материалы, оборудование и технологии XXI века, 2002. – №4. – С.10-11.

26. Прошин, А.П. Прогнозирование теплопроводящих свойств поризованных арболитобетонов в процессе эксплуатации /А.П. Прошин, В.А. Береговой, А.М. Береговой, С.Н. Солдатов //Бетон и железобетон в Украине, 2003. – №4. – С.5-7.

27. Прошин А.П. Ячеистый бетон и его применение в конструкциях «здоровых» зданий /А.П. Прошин, В.А. Береговой, А.М.Береговой, О.В. Болотникова // Вестник Волжского регионального отделения РААСН, 2005. – №8.­– С. 97-103.

28. Береговой, В.А. Особенности структурообразования жаростойких поробетонов на многокомпонентных вяжущих смешанного типа твердения/ В.А. Береговой, А.М. Береговой, Е.А. Волкова, О.В. Болотникова, Р.Н. Сигалов // Региональная архитектура и строительство, 2006. – №1. – С. 90-96.

29. Береговой,  А.М. Показатели эффективности энергосбережения путем снижения теплопотерь через наружные ограждения /А.М. Береговой, В.А. Береговой// Региональная архитектура, 2009. – №1 – С.63-68.

Международные и всероссийские конференции, зарубежные публикации:

30. Прошин, А.П. Теплоизоляционный арболитобетон, изготовленный  с использованием современных ПАВ /А.П. Прошин, В.А. Береговой, А.М. Береговой и др. //Академические чтения «Проблемы строительной теплофизики, систем обеспечения микроклимата и энергосбережения в зданиях». – М., НИИСФ,2001.– С.45-50.

31. Proshin, A.P.  New thermal insulation materials /A.P.Proshin, V.A.Beregovoi, E.A.Volkova, A.M. Beregovoi //Program, report and information at the international scientific and technical conference - Tenerife, Spain, 2001. - Р.108-110.

32. Прошин, А.П. Стеклокомпозиты  из отходов промышленности /А.П. Прошин, В.А. Береговой, Т.А. Улыбина, А.М. Береговой //Доклады Международной научно-технической конференции «Проблемы и перспективы архитектуры и строительства». - Лимассол, Кипр, 2003. - С. 11-12.

33. Beregovoi, V.A. Effective insulated materials on mineral base /V.A. Beregovoi // Reports and information of International scientific and technical conference: Problems of urban construction, engineering equipment, improvement and ecology. - Casablanca, Morocco, 2003. - P. 64-66.

34. Береговой, В.А. Поризованные жаростойкие композиции с использованием местных минеральных ресурсов Пензенской области для теплоэнергетического строительства /В.А. Береговой, А.П. Прошин, А.М. Береговой//Сборник научных трудов XXXII Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» ­– Пенза: ПГАСА,2003. – Ч.1– С. 10-12.

35. Береговой, В.А. Пенобетонные композиции для объектов жилищного и теплоэнергетического строительства /В.А. Береговой, А.П. Прошин, А.И. Еремкин // Материалы VIII Академических чтений РААСН «Современное состояние и перспективы развития строительного материаловедения». – Самара: СамГАСУ, 2004. – С. 66-68.

36. Beregovoi, V.A. Foam concrete of wide use under regional conditions /V.A. Beregovoi, A.P. Proshin, A.M. Beregovoi //Материалы международной научно- практической конференции–Хаммамет, Тунис,2004. – Р. 184-187.

37. Proshin, A.P. Unautoclave foam concrete in construction, adopted to the regional conditions/ A.P.Proshin, A.I. Eremkin, V.A. Beregovoi, A. M.  Beregovoi // 6th International Congress «Global Constructions» – Scotland, UK, University of Dandy, 2005. – Vol. 6. – p. 115-120.

38. Береговой, В.А. Прогнозирование эксплуатационных свойств пенобетонных композиций / В.А. Береговой, А.П. Прошин // Материалы докладов Академических чтений, посвященных 75-летию Ю.М. Баженова. – Белгород: БГТУ, 2005. – С. 72-78.

39. Береговой, В.А. Исследование свойств современных ПАВ, применяемых для изготовления пенобетонных композиций / В.А. Береговой, А.П. Прошин, Е.Н.Саксонова//Материалы международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современного строительства. Строительные материалы и конструкции». – Пенза: ПГУАС, 2005. –  С. 109-111.

40. Береговой, В.А. Использование теплопроводности в качестве критериального показателя оптимизации составов поробетонов специального назначения / В.А. Береговой, А.П. Прошин, Е.В.Королёв, О.В. Болотникова // Материалы Х Академических чтений  РААСН.–Казань: КГАСУ, 2006.–С.85-88.

41. Береговой, В.А. Оптимизация составов жаростойких поробетонов по критерию удельной теплоёмкости/В.А.Береговой,А.П.Прошин, А.М. Береговой, Т.А. Болтышева, Е.Н. Саксонова //Материалы Х Академических чтений  РААСН – Казань, КГАСУ, 2006. – С. 82-85.

42. Береговой, В.А. Использование кремнистых горных пород для получения легких керамических материалов /В.А. Береговой, Н.А. Прошина, Е.Н.Саксонова //Актуальные проблемы современного строительства: Сборник докладов международной НТК – Пенза: ПГУАС, 2007. – С. 46-47.

43. Береговой, А.М.  Теплоаккумулирующая способность материала в тепловой защите ограждений /А.М. Береговой, В.А. Береговой, А.В. Гречишкин //Материалы VIII Международной научно-практической конференции. – Пенза: ПГУАС,  2007. – С. 138-140.

44. Beregovoi, V.A.  Heat-resisting foam concrete based on aluminum silicate / V.A. Beregovoi, A.I. Eremkin, A.M. Beregovoi //7th International Congress «Concrete: constructions sustainable option» – Scotland, UK, University of Dandy, published by Bre press,2008.– Vol. Concrete for fire Engineering. – p. 263 -272.

45.  Korolev, E.V. Model of destruction and method for forecasting of composite materials resistance / E.V. Korolev,  A.N. Bormotov, A.I. Eremkin, V.A. Beregovoi // 7th International Congress «Concrete: constructions sustainable option» – Scotland, UK, University of Dandy, published by Bre press, 2008. –Vol. Concrete durability: achievement and enhancement. – p. 345-356.

46. Береговой, В.А. Волластонитовая пенокерамика для теплоизоляции горячих поверхностей / В.А. Береговой, Д.С. Костин, М.А. Крылов // Сборник трудов XIII международной научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосберегающие технологии в системах теплогазоснабжения и вентиляции»  – Пенза: ПГУАС, 2011. – С. 251-254.

Патенты:

1. Каркасный композит: пат.  № 2128152 РФ / Прошин А.П., Береговой В.А.; опубликовано 27.03.1999 г.

  1. Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала: пат. № 2159753 РФ /Прошин А.П., Береговой В.А.; опубликовано  27.11.2000 г.
  2. Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного ячеистого бетона: пат. № 2215714 РФ /Прошин А.П., Береговой В.А., Береговой А.М и др.; опубликовано 10.11.2003 г.
  3. Каркасный арболит: пат. № 2243188 РФ / Прошин А.П., Солдатов С.Н., Береговой В.А.; опубликовано  27.12.2004 г.
  4. Состав для изготовления  легковесного безобжигового огнеупора: пат. № 2294906 РФ /Прошин А.П., Береговой В.А., Болотникова О.В., Саксонова Е.Н.;  опубликовано 10.03. 2007 г., бюл. № 7.

6. Композиция для изготовления легковесного огнеупорного строительного материала: пат. № 2300508 РФ /Береговой В.А., Саксонова Е.Н., Королев Е.В., Береговой А.М.; опубликовано 10.06. 2007 г., бюл. № 16.




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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.