Введение к работе
Актуальность исследований для научного обоснования, разработки и внедрения в строительную отрасль технологий производства качественно новых строительных матсоиалоп. полученных путем форсированного чвода тепловой .энергии плазмы в обрабатываемый объект, обусловлена:
отсутствием теоретических и технологических предпосылок по оптимизации производственных процессов выпуска строительных материалов с защитно-декоративным покрытием при использовании низкотемпературной плазмы;
отсутствием достоверных данных о специфике в системе «плазма - обрабатываемый композит на основе минерального сырья»;
созданием новых мапознергоёмких и экологически чистых плазменных технологий производства минерального волокна из различных, тугоплавких материалов, получение расплавов, из которых в существующих плавильных агрегатах затруднено.
Актуальность работы подтверждается включением её в тематические планы НИИ СМ при ТГАСУ, межвузовскую программу «Архитектура и лроительство», комплексную программу «Сибирь» (проблема «Новые материалы и технологии).
Целью работы является теоретическое и технологическое обоснование производства строительных изделий со стекловидным покрытием и минерального волокна и их обобщение на основе изучения процессов взаимодействия мощных плазменных потоков с обрабатываемым объектом.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следую-цне задачи:
-разработать обобщённую модель образования расплавов под действи-;м концентрированных тепловых потоков па поверхность строительных материалов и при получении тонких пленок расплава с последующим распылом і волокно;
обосновать режимы и параметры, обеспечивающие образование качс-ттвениого стекловидного покрытия на различных строительных материалах;
установить информативные признаки для управления качеством стек-ювидпого покрытия;
изучить аналитически и экспериментально особенности формирова-іи.ч расплава из различных минеральных компонентов во вращающемся икпмохиммческом реакторе;
осуществить реализацию результатов научных исследований в техпо-іоі иях производства строительных материалов с использованием энергии іизкотеммературной плазмой.
Научная новизна работы состоит в развитии теоретических положеній технологий производства строительных материалов на основе формиро-
вапия расплава при воздействии на минеральное сырье концентрированных тепловых потоков, что конкретизируется следующим:
1.Разработана обобщённая физико-математическая модель процесса тсплопереноса в топкой плёнке расплава и в толше строительного изделия под действием низкотемпературной плазмы.. На основе решения обратной га-дачи теплопроводности установлены теплофизические свойства обрабатываемых строительных объектов при высоких температурах, которые были использованы при установлении температурных полей по сечению изделия.
2. Установлены оптимальные технологические режимы плазменной обработки поверхности стандартных строительных изделий - мощность плазменного генератора 56 - 75 кВт, скорость обработки 0,10 - 0,17 м/с, величина теплового потока 2,0 10й - 2,5-106 вт/м2.
3.Разработаны критерии и алгоритмы управления качеством стекловидного покрытия путём введения в состав основы изделия компонентов. снижающих температуру плавления массы, уменьшающих вязкость расплава и обеспечивающие максимальные адгезионные свойства покрытия.
4. Впервые выполнено научное обоснование технологии получения вс вращающемся плазмохимическом реакторе, обеспечивающего получение и'і тонкой плёнки расплава минерального волокна с повышенным модулем кислотности (1,5 - 15), которое обладает завершённой, термически стабильной структурой и удовлетворяет современным требованиям строительной отрасли, предъявляемые к волокнистым теплоизоляционным материалам. Практическая значимость работы.
Разработаны принципы и методы получения защитно-декоративногс покрытия на строительных изделиях, полученных из минерального сы-рья(силикатный и керамический кирпич, тяжёлый бетон, керамзитобетон, газобетон, золобетон и т.д.). Установлены зависимости оптимальных режимот оплавления от состава оплавляемой подложки.
Технологические разработки, базирующиеся на выполнении диссертационных исследований, способствуют решению экологической проблемы утилизации отходов горнодобывающей, металлургической и энергетическое промышленности, путём создания и внедрения перспективной плазменное технологии производства минерального волокна из этих отходов.
Теоретические и экспериментальные результаты исследований, полученные в работе, используются н учебном процессе при чтении лекций и вы полнении курсовых и дипломных работ по следующим курсам: «Плазмохи мия», «Техника и оборудование плазменных технологий» в Томском государственном архитектурно-строительном университете.
Методология работы. Исследования основаны на использовании t развитии теоретических положений в области взаимодействия плазменны> потоков с твёрдым телом, разработанных научной школой академика РА1
Жукова М.Ф., учёными ПолакомЛ.С, Аньшаковым А.С, Тихомировым И.А., и их применением в строительной отрасли, научные концепции которой разработаны Баженовым П.И, Баженовым Ю.М., Мазуриным, Горшковым B.C., Пашенко А.А., Горловым ГО.П., Чериышовым Е.М.,Мчелдовым-Петро -сяіііім О П.. Рыбьеяым И.Д.. Рыкалииым П.ІІ.. Ребинлером 11.Л. и другими.
В проводимых исследованиях применялись современные приборы и оборудование Томского государственного архитектурно-строительного университета, Томского политехнического университета, Института теплофизики СО РАН. Достоверность и объективность полученных данных основаны на законах сохранения и необходимых наборах экспериментальных данных.
Реализация результатов исследований. Основные положения и полученные результаты использованы при разработке ТУ - 21- РСФСР - 94 -87 «Кирпич силикатный лицевой со стекловидным защитно-декоративным покрытием», ТУ 21- РСФСР - 157-90 «Кирпич керамический лицевой со стекловидным защитно-декоративным покрытием», ТУ - 5741 - 001 -02069290 - 95 «Золошлакоолоки со сгекповидным защитно-декоративным покрытием» и технологических регламентов на производство силикатного и керамического кирпича, бетонов с защитно-декоративным покрытием, зо-лоблоков с защитно-декоративным покрытием. Разработанная технология получения минерального волокна на основе зол внедрена на Гусиноозерской ГРЭС, Разработаны технологические регламенты для производства конструкционных и теплоизоляционных материалов на основе минерального волокна, теплоизоляционного материла на основе зольной микросферы. Технологии плазменного термодекорирования внедрены на 14 заводах по производству силикатного кирпича, на 4 заводах по производству керамического кирпича, на 4 предприятиях но производству бетонных изделий.
Автор защищает совокупность научных положений, определяющих основу технологии производства качественно новых строительных материалов при использовании высококонцептрированных источников тепла, установленные закономерности, необходимые для получения строительных материалов с защитно-декоративным покрытием, алгоритмы управления качеством строительных материалов, теоретические и экспериментальные результаты, и реализацию их в технических и технологических разработках.
Апрооапия работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международных, всесоюзных и российских симпозиумах, конференциях по генераторам низкотемпературной плазмы, на III, IV Всесоюзных симпозиумах по плазмохимии, на конференциях по строительному материаловедению «Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии» (Белгород, 1991);
Образны бетонных изделий с защитно-декоративным покрытием, выполненных по плазменной технологии, были удостоены диплома и бронзовой
медали на 44-й Всемирной выставке изобретательских, научно-исследовательских и промышленных достижений (Брюссель, 1995).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 88- статьях и тезисах докладов. 9 - авторских свидетельств на изобретения и 9 - патентах
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из пяти глав, заключения, списка литературы из 255 наименований и приложения. Общий объём работы 340 с.