Введение к работе
Акіуальность. Одним из видов высокотемпературной отделки искус-uвенных каменных безобжиговых материалов и изделий является глазурование их поверхности Такой вид отделки появился в начале 40-х годов XX века, и уже в 70-х годах был признан рядом отечественных и зарубежных специалистов и организаций перспективным принципиально новым научным направлением К настоящему времени проблема глазурования безобжиговых материалов и изделий, прежде всего бетонных, цементно-песчаных, железобетонных (стеновых панелей, блоков, плитки), а также известково-песчаных (кирпича, камней), имеет частные решения, касающиеся некоторых составов їлазурей, способов их нанесения, технологии оплавления, специального оборудования Вместе с тем, глазурование безобжиговых материалов пока не получило должного распространения, хотя такой вид отделки осуществлялся в лабораторных и заводских условиях в нашей стране и за рубежом, главным образом, в США
Большинство известных глазурей, дающих качественные покрытия на керамике, не закрепляются на поверхности безобжиговых материалов, а гла-',\рн разработанные для бетонных и известково-песчаных изделий, малочисленны и оіличаются высоким содержанием дефицитных и токсичных компоненте, не обеспечивают прочного сцепления с глазуруемым материалом Отеуїствует теоретическая база для разработки новых составов глазурных гюкрьмий, а известные технологии глазурования безобжиговых материалов и індьлий носяі в основном, экспериментальный характер. Не разработана маїемаїическая модель теплопереноса при высокотемпературной отделке иезобжиговых маїерналов и изделий, позволяющая определить основные режимные парамеїрьі их глазурования Это затрудняет дальнейшее развитие іеорми и практики глазурования безобжиговых материалов и изделий
Работа выполнена в соответствии с научным направлением, развиваемым в рамках плана НИР и ОКР ИГАСУ при поддержке гранта Министерства образования РФ шифр 98-21-2, 4-109 в области архитектуры и строительных наук, гранта Министерства образования РФ шифр Т 02-12 2-726 по фундаментальным исследованиям в области технических наук, гранта РААСН для молодых ученых и специалистов, 2005 г
Цель и задачи исследования. Цель - разработать научные основы получения глазурных покрытий, обладающих высокой адгезией к поверхно-с і її искусственных каменных безобжиговых материалов и изделий
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи
разработать научно обоснованные принципы подбора составов глазурных покрытий, пригодных для нанесения на безобясиговые материалы и изделия;
синте їііроваї ь ряд составов глазурей; получить качественно закрепленные глазурные покрытия на поверхности
определить, основные режимные параметры глазурования безобжиговых материалов и изделий с учетом фазовых и химических превращений, разработать математическую модель процессов теплопереноса при высокотемпературной отделке безобжиговых материалов и изделий, позволяющую определить основные режимные параметры их глазурования; усовершенствовать технологию нанесения и закрепления глазурных покрытий на поверхности изделий,
предложить технические решения нового оборудования для оплавления глазурных покрытий на поверхности безобжиговых материалов.
Основные методы исследований. Поставленные в работе задачи решались теоретически и экспериментально. В теоретических исследованиях использованы методы дифференциального, интегрального и операционного исчислений. Экспериментальные исследования осуществлялись на современном лабораторном и действующем производственном оборудовании. Измерения выполнялись по методикам ГОСТа Достоверность результатов теоретических исследований подтверждена экспериментально
Научная новизна. Научно обоснован принцип подбора составов главных покрыпш. пригодных для отделки безобжиговых материалов и изделий, в основе которою лежит наличие одинаковых оксидов, входящих в само нокрыше и поверхностный слой глазуруемых материалов Впервые предложено осуществлять подбор составов глазурей для отделки поверхностей бетонных изделий в оксидно-силикатной системе RO2-RO-R2O3-R2O, где R02 -диоьсид элемента IV группы периодической системы элементов Д И Менделеева (S1O2), RO - монооксиды элементов 11 группы (CaO, MgO), R2O3 - сеск-виоксиды элементов III группы (А1203) и VIII группы (Fe203), R20 - гемиок-сиды элементов I группы (Na20, К20) Также впервые предложено осуществлять подбор составов глазурей для отделки поверхностей известково-песчаных изделий в оксидно-силикатной системе. R02-RO-R20, где R02 -диоксид элемента IV группы (Si02), RO - монооксид элемента II группы (CaO), R20 - гемиоксиды элементов I группы (Na20, К20), плавни
Предложена математическая модель тепловых процессов, протекающих при глазуровании, с учетом стадий прогрева изделия с нанесенным на
иоізерхносіь слоем глазури, прогрева изделия при оплавлении глазури, кри-и.шшзацин расплава глазури, охлаждения глазурованного изделия Установлены закономерности, отражающие взаимосвязь между прочностью, сцепления глазурных покрытий с бетонной и известково-песчаной поверхностью и соасржанием Si02 в покрытиях, позволяющие значительно ускорить процесс подбора нужных сосіавов покрытий
Практическая значимость работы. Использование предложенных оксидпо-енликатныч систем RO2-RO-R2O3-R2O и R02-RO-R20 позволяют быстро и эффективно подбирать глазурные покрытия, прочно закрепляющиеся на поверхности искусственных каменных безобжиговых материалов и изделий Предложены составы легкоплавких глазурей, включающие недорогие и экологически безопасные компоненты. Ожидаемая годовая экономическая эффективность от использования предлагаемых глазурных покрытий составит 214-292 тыс. руб Показана целесообразность исключения из технологии глазурования безобжиговых изделий стадии «предварительного прогрева», позволяющая сократить потери их прочности Предложены новые технические решения оборудования для оплавления глазурных покрытий на поверхности безобжиговых материалов и изделий Новизна технических решений подтверждена свидетельствами и патентами РФ на полезные модели
Реализация результатов исследований в промышленности.
1'ез)льтаты исследований использованы при выпуске единичных партий беюнных блоков на ООО «Мастер-СТ» (г Иваново), цементно-песчаной гілигки на УП «Арсен» (г Минск), плитки из мелкозернистого бетона с использованием разъемной формы наУП «Апексстройсервис» (г Минск)
Апробация работы. Основные положения и результаты .икхеріацмонной работы докладывались и обсуждались на- Всероссийской !ijv4iio-iexHH4ecKofi конференции «Актуальные проблемы строительного маїерішловедения» (Томск, 1998), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы химии и химической технологии» (Иваново, 1999), ІХ-ХИ Польско-Российских семинарах «Теоретические основы строительства» (Варшава - Москва, 2000 - 2003), Международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (Иваново, 2001); VIII - XII Международных научно-технических конференциях «Информационная среда вуза» (Иваново, 2001 -2006), Международном Форуме по проблемам науки, техники и образования (Москва, 2001), третьем Международном симпозиуме по теоретической и прикладной плазмохимии (Иваново - Плес, 2002), Международной
конференции «Аналитические методы анализа и дифференциальных уравнений» (Минск, 2003), Академических чтениях РААСН «Новые научные направления строительного материаловедения» (Белгород, 2005), Международной научно-технической конференции «Материалы, ооор>дование и ресурсосберегающие технологии» (Могилев, 2004-2006) и др Созданная компьютерная программа «Глазурь», зарегистрированная в информационно-библиотечном фонде РФ, позволяет подобрать наиболее безопасные режимные параметры глазурования искусственных каменных безобжнговых материалов и изделий при минимальных потерях их прочности
Личный вклад автора. Постановка цели и задач работы, методов решения поставленных задач, обобщение полученных результатов, іеоретнческие положения, экспериментальные исследования и сформулированные в работе результаты и выводы принадлежат автору В выполнении наиболее сложных математических, программных разработок вмесге с автором принимали участие сотрудники Ивановского государственного архитектурно-строительного университета
Автор защищает:
принципы подбора составов глазурных покрытий для отделки искусственных каменных безобжиговых материалов и изделий, новые составы легкоплавких экологически безопасных глазурей, математическую модель теплопереноса в безобжиговых материалах и изделиях при их глазуровании, учитывающую стадии- прогрева изделия с нанесенным на поверхность слоем глазури, прогрева изделия при оплавлении глазури, кристаллизации расплава глазури, охлаждения глазурованного изделия,
компьютерную программу «Глазурь» для расчета температурных полей в процессе глазурования безобжиговых материалов,
технологию нанесения и закрепления глазурных покрытий на поверхности безобжиі овых материалов и изделий с отсутствующей стадией «предварительного прогрева», позволяющую сократить потери прочности изделий
новые технические решения оборудования для оплавления глазурных покры гий
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 53 работы, включая монографию и 17 работ в журналах, рекомендованных ВАК РФ
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений, изложена на 276 страницах машинописного текста, содержит 80 рисунков, 25 таблиц
