Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 12
1.1. Керамические стеновые материалы 12
1. 1.1. Требования к глинистому сырью для стеновой керамики
1. 1.2. Качество глинистого сырья Сибирского региона для стеновой 18
керамики
1.1.3. Пути повышения качества местного глинистого сырья для стеновой керамики
Перспективные технологии производства стеновой керамики 24
Декоративно-защитные порошковые полимерные покрытия 26
Виды полимерных порошковых покрытий для защиты материалов
Способы нанесения порошковых покрытий 32
Факторы и требования, определяющие механизм защитного действия полимерных порошковых покрытий
1.3. Постановка цели и задач исследований
ГЛАВА2. ИССЛЕДУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Структурно-методологическая схема исследований 42
2.2. Выбор и характеристика материалов, используемых в исследованиях
2.2.1. Глинистое сырье для керамического кирпича 42
2.2.2. Порошковые полимерные покрытия
2.3. Методы исследования глинистого сырья 55
2.4. Методы исследований свойств стеновой керамики 60
2.5. Определение удельной поверхности керамического черепка 63
2.6. Физико-химические методы исследования сырья и полимерных покрытий
2.7. Математическая обработка результатов и оценка достоверности экспериментальных данных
Выводы по 2 главе 72
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА ДИСПЕРСНОГО АРМИРОВАНИЯ
3.1. Исследование свойств керамического черепка - основы для порошковых полимерных покрытий
3.1.1. Физико-химические процессы, протекающие при обжиге глинистого сырья
3.1.2. Спекаемость суглинков 79
3.1.3. Исследование пористости керамического суглинистого черепка 81
3.2. Разработка составов и исследование свойств керамического кирпича дисперсного армирования
3.2.1. Подбор оптимального состава шихты для производства керамического кирпича дисперсного армирования
3.2.2. Свойства керамического кирпича дисперсного армирования
Выводы по 3 главе
ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЯ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДЕКОРАТИВНЫХ ПОРОШКОВЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ ПО КЕРАМИЧЕСКОМУ КИРПИЧУ
Составы и технология нанесения полимерных декоративно-защитных покрытий на керамический кирпич
Физико-механические свойства кирпича с полимерными порошковыми покрытиями
Основные характеристики порошковых полимерных материалов 102
Оптимизация технологических параметров нанесения порошковых полимерных покрытий на кирпич
Определение физико-механических свойств покрытий в системе «кирпич-полимерное покрытие»
ИК-спектры полимерных порошковых покрытий 110
Эксплуатационная стойкость и долговечность полимерных покрытий по керамическому кирпичу
Результаты производственных испытаний и натурных наблюдений за лицевым кирпичом с полимерным покрытием
Производственная проверка технологии нанесения порошковых полимерных покрытий на керамический кирпич
Технико-экономическая эффективность использования керамического кирпича дисперсного армирования с полимерным покрытием при отделке фасадов зданий
Выводы по 4 главе 121
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 122
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 125
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Выбор технологии производства керамического кирпича дисперсного армирования
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Подбор оптимального состава шихты для производства конструкционного керамического кирпича
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акты производственной проверки 158
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время жилищное строительство характеризуется высокими темпами роста. Вместе с тем, отсутствие производства облицовочных материалов в Новосибирской области и значительное отставание качества стеновых материалов от потребностей строительства, а также необходимость улучшения внешнего вида строительных материалов и архитектурного облика зданий делают актуальным вопрос получения из низкосортного глинистого местного сырья на действующих предприятиях разноцветного лицевого кирпича, являющегося одновременно и стеновым материалом.
Основная научно-техническая задача диссертационного исследования заключается в использовании местного низкосортного глинистого сырья для изготовления керамического кирпича достаточно высокого качества и в разработке технологии нанесения на него разноцветных полимерных декоративно-защитных покрытий. Покрытия должны улучшать декоративные свойства керамики, быть стойкими и долговечными в эксплуатационных условиях. Задача является приоритетной для Уральского и Сибирского регионов, не располагающих достаточными запасами легкоплавких пластичных глин, необходимых для производства лицевого кирпича разнообразной цветовой гаммы.
Использование полимерных композиций для создания декоративных покрытий по керамическому кирпичу обусловлено высокой стойкостью полимеров к температурно-влажностным эксплуатационным воздействиям, хорошей адгезией к минеральной основе, неограниченным количеством цветовых оттенков.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом работ НГАСУ (Сибстрин) по направлению 7 «Разработка новых строительных материалов и ресурсосберегающих технологий их производства» в 2005 - 2010 гг. и в координации с программами развития строительной индустрии Новосибирской области. Объект исследования - керамический кирпич дисперсного армирования из пылеватых суглинков Западной Сибири с декоративным порошковым полимерным покрытием.
Предмет исследования — влияние металлонаполнителя на технологию и свойства керамического кирпича, а также стойкость и долговечность порошкового полимерного покрытия по керамическому кирпичу.
Цель диссертационной работы - научное обоснование получения лицевого керамического кирпича из умеренно-пластичных суглинков Западной Сибири, улучшения его внешнего вида и повышения разнообразия цветовой гаммы путем нанесения полимерных декоративно-защитных покрытий.
Для достижения цели были поставлены и решены задачи:
1. Исследовать минеральный состав и технологические свойства глинистого сырья (суглинки Западной Сибири).
2. Исследовать влияние добавок, улучшающих спекание суглинков, структуру и качество кирпича (бой тарного стекла, металлические опилки).
3. Оптимизировать составы и технологические параметры производства конструкционного кирпича дисперсионного армирования металлона-полнителем.
4. Достигнуть улучшения внешнего вида и физико-механических свойств кирпича при нанесении порошковых полимерных покрытий.
5. Оптимизировать технологию нанесения порошковых покрытий на керамический кирпич.
6. Исследовать эксплуатационные свойства керамического кирпича дисперсного армирования с порошковым полимерным покрытием.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней разработаны теоретические положения и технологические принципы получения керамического кирпича из пылеватых суглинков с металлонаполнителем и полимерным порошковым покрытием, при этом установлено следующее:
1. На примере глинистого сырья Новосибирской области (Клещихинское, Болотнинское и Маслянинское месторождения) установлено, что пылеватые суглинки, содержащие менее 20 масс. % глинистых компонентов и около 70 масс. % пылеватых фракций, а также менее 5 масс. % оксидов железа являются трудноспекающимися при температуре до 1050 ° С. Для интенсификации их спекания целесообразно вводить 2,5-6,0 масс. % плавня, например стеклобоя.
2. Для дисперсного армирования керамического кирпича целесообразно использовать стальные опилки с длиной волокна менее 2,5 мм. Добавление 2,5 масс. % металлического наполнителя обеспечивает получение кирпича марок 125-150. При введении 10 масс. % металлонаполнителя прочность кирпича повышается до 18-20 МПа (марка 200). Применение в качестве добавки металлонаполнителя способствует повышению адгезионного сцепления порошкового полимерного покрытия с поверхностью кирпича на 20-25 % за счет вдвое более высокой адгезии полимерного покрытия к металлу, по сравнению с керамическим черепком.
3. Для обеспечения атмосферостойкости и долговечности в условиях Западной Сибири порошковых полимерных покрытий, наносимых при получении лицевого кирпича, предпочтительно использовать эпоксидные и поли-фениленсульфидные полимеры. Для достижения прогнозной долговечности покрытий в 25 лет оптимальными режимами термообработки нанесенных покрытий является температура термообработки 200 °С, продолжительность термообработки 5 минут. Такой режим обеспечивает пониженный уровень остаточных напряжений в покрытиях в 16-19 раз меньше прочности при растяжении.
4. Оптимальные технологические параметры нанесения порошковых полимерных покрытий на дисперсно-армированный кирпич предусматривают: прогрев изделия 3 мин. при 300 °С, электростатическое нанесение покрытия при напряжении электрического поля - 90-100 кВ, закрепление покрытия в течение 5 мин. при 200 °С. Прогнозная долговечность полимерного покрытия дисперсно-армированного металлонаполнителем кирпича в 1,4-1,5 раза выше, чем по стандартному кирпичу.
Техническая новизна работы подтверждена патентом РФ на изобретение №2307109.
Практическая значимость работы.
Разработан состав шихты для получения конструкционного и лицевого керамического кирпича дисперсного армирования методом полусухого прессования из пылеватых суглинков при температурах обжига 950 - 1050°С, прочностью до 18 - 20 МПа, морозостойкостью 35-50 циклов.
Оптимизирована технология нанесения порошковых полимерных покрытий на керамический кирпич. Выполнена практическая апробация изготовления керамического кирпича дисперсного армирования с порошковым полимерным покрытием.
Реализация результатов работы. Разработанные технологии апробированы на ООО «Сибирская строительная индустрия» и ООО «Сибстандарт» Новосибирской области.
Дисперсно-армированный керамический кирпич из пылеватых суглинков с декоративным порошковым полимерным покрытием экспонировался на Сибирской ярмарке «Стройсиб 2007 и 2008».
Личное участие автора работы выражается: в постановке цели и задач исследований, патентной и литературной проработке проблемы, проведении экспериментов, обработке и анализе полученных данных, осуществлении опытно-промышленных испытаний, написании научных статей и патента на изобретение.
Достоверность результатов исследований подтверждена изучением представительных проб исходных материалов, использованием аттестованного лабораторного оборудования, применением физико-химических, методов исследований: дифференциально-термического и инфракрасно-спектроскопического анализов, математического планирования эксперимента, совпадением результатов лабораторных исследований и данных длительного экспонирования изделий. На защиту выносятся:
- положение об эффективности действия дисперсных металлодобавок для керамического кирпича из глинистого сырья, содержащего глинистой фракции менее 20%;
- составы и технология получения конструкционного керамического кирпича дисперсного армирования методом полусухого прессования из умеренно пластичных пылеватых суглинков с прочностью 18-20 МПа, морозостойкостью до 35-50 циклов;
- оптимальные параметры нанесения порошковых полимерных покрытий на керамический кирпич дисперсного армирования и комплекс его физико-механических свойств;
- данные об эксплуатационной стойкости и долговечности кирпича с полимерным порошковым покрытием.
Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены на всероссийских научно-технических конференциях НГАСУ (Сибстрин), 2006-2008 гг.; на XIII Международном семинаре Азиатско-Тихоокеанской академии материалов АТАМ «Строительные и отделочные материалы. Стандарты XXI века», г. Новосибирск, 2006 г.; на Международной научно-практической конференции «Строительство-2007», г. Ростов н/Д, 2007 г.; на 2-ом Международном форуме стратегических технологий, г. Улан-Баатор, Монголия, 2007 г.; на Всероссийской конференции «Современные проблемы производства и использования композиционных строительных материалов» НГАСУ (Сибстрин), г. Новосибирск, 2009 г.; на V Всероссийской научно-технической конференции «Молодежь и наука: начало 21 века», г. Красноярск, 2009 г.; на Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 80-летию НРАСУ (Сибстрин), 2010 г.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 9 работах, включая научную статью в журнале, входящем в перечень ВАК. Получен патент России на изобретение № 2307109 от 27.09.2007 г.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка литературы, включающего 164 наименования, содержит 125 страниц основного текста, 20 рисунков, 46 таблиц и 3 приложения.
Автор выражает благодарность Заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук, профессору Бердову Г.И. и кандидату технических наук, доценту кафедры строительных материалов и специальных технологий НГАСУ (Сибстрин) Катковой Т.Ф. за активное участие в обсуждении результатов исследований и полезные советы.