Введение к работе
Актуальность работы. Использование вторичных материальных ресурсов является одним из важнейших направлений энерго- и ресурсосбережения в строительстве. В настоящее время весьма актуальной является проблема комплексного применения местного сырья и отходов промышленных предприятий. Это связано с необходимостью охраны окружающей среды, дефицитностью отдельных сырьевых материалов, необходимостью повышения эффективности производства.
Проблема утилизации техногенных отходов с каждым годом привлекает к себе все более пристальное внимание специалистов в различных областях науки и производства. Учитывая тот факт, что отношение к процессу использования в промышленности так называемых вторичных ресурсов на сегодняшний день не имеет прогрессирующей тенденции к изменению в лучшую сторону, можно предположить, что со временем это направление будет приобретать все большую актуальность.
Одним из основных препятствий на пути к решению вышеобозначенной проблемы является отсутствие достаточного количества реальных проектов, заключающихся в разработке технологий, позволяющих обеспечить повторное использование промышленных отходов при получении продукции различного назначения.
Среди всего многообразия техногенных отходов, которые в больших количествах сбрасываются в отвалы, значительная часть приходится на бой стекла. А между тем он является эффективным вторичным ресурсом, который может быть использован в строительной индустрии при получении связующих, бетонов и изделий на их основе. Решение проблемы утилизации боя искусственного стекла может принести существенный экономический и экологический эффект, особенно сейчас, когда предприятия предлагают стеклобой за бесценок, лишь бы освободиться от него.
Применяемые в настоящее время способы изготовления строительных материалов на основе отходов стекла базируются на технологиях, предусматривающих спекание сырья при высоких температурах или его обработку в автоклавах. Учитывая высокую энергоемкость, а соответственно и стоимость подобных технологических операций, наиболее перспективным способом утилизации боя стекла за счет индустрии строительных материалов представляется получение связующего и бетонов на его основе, твердеющих при температуре, не превышающей 90 С.
Следует учитывать также, что увеличение объема производства и использования эффективных композиционных материалов пониженной средней плотности, в частности ячеистых и поризованных бетонов, способствует решению задачи экономного расходования энергоресурсов на поддержание заданного температурного режима помещений. Данная проблема приобрела особую значимость в связи принятием комплекса национальных программ снижения энергоемкости российской экономики.
В этой связи исследования, направленные на разработку составов и исследование свойств безавтоклавных ячеистых и поризованных бетонов на основе стеклощелочного связующего, являются исключительно актуальными.
Цель и задачи исследований. Целью исследований является расчетно-экспериментальное обоснование возможности получения ячеистых и поризованных бетонов на основе стеклощелочного связующего, определение их свойств и разработка технологии изготовления.
Задачи исследований.
-
Установить закономерности структурообразования ячеистых и поризованных бетонов на основе стеклощелочного связующего.
2. Разработать составы ячеистых и поризованных бетонов на основе стеклощелочного связующего с учетом показателей прочности, теплопроводности, паропроницаемости, водо- и морозостойкости, химического и биологического сопротивления, линейной усадки.
3. Подобрать эффективные добавки для ячеистых и поризованных бетонов на основе стеклощелочного связующего, позволяющие улучшить их физико-механические свойства и повысить устойчивость в условиях воздействия химических и биологических агрессивных сред.
4. Разработать технологию получения ячеистых и поризованных бетонов на основе стеклощелочного связующего.
Научная новизна работы. Получены эффективные безавтоклавные ячеистые и поризованные бетоны на основе стеклощелочного связующего, которые обладают повышенной стойкостью в водных растворах кислот и биологически активных средах.
Выявлены основные закономерности протекания процессов структурообразования ячеистых материалов, основным компонентом вяжущего в которых является порошок стеклобоя, затворяемый щелочным раствором.
Подобраны эффективные добавки, позволяющие улучшить физико-механические свойства безавтоклавных ячеистых и поризованных композитов на основе стеклощелочного связующего и повысить их водостойкость.
Разработана технология получения ячеистых и поризованных бетонов на основе стеклощелочного связующего, способных отверждаться при температуре, не превышающей 90 С.
Практическая значимость работы.
-
Разработаны составы ячеистых и поризованных бетонов на основе стеклощелочного связующего, способные отверждаться при температуре, не превышающей 90 С.
-
Получены эффективные ячеистые и поризованные бетоны на основе стеклощелочного связующего с улучшенными физико-механическими, технологическими и эксплуатационными свойствами.
-
Экспериментально установлены количественные зависимости изменения физико-механических свойств ячеистых и поризованных композитов на основе боя стекла при воздействии химических и биологических агрессивных сред.
-
Выявлены оптимальные технологические режимы получения ячеистых и поризованных бетонов на основе стеклощелочного связующего.
Внедрение результатов работы. Технология изготовления ячеистых и поризованных бетонов на основе стеклощелочного связующего была апробирована на ОАО «Завод ЖБК-1» и ООО «Биокомпозит» в г. Саранске.
На защиту выносятся следующие положения.
-
Составы ячеистых и поризованных бетонов на основе стеклощелочного связующего, способные отверждаться в условиях термовлажностной обработки при температуре не превышающей 90 С.
-
Составы ячеистых и поризованных бетонов на основе стеклощелочного связующего, обладающие повышенной стойкостью в кислотосодержащих и биологических средах.
-
Составы ячеистых и поризованных бетонов на основе стеклощелочного связующего, модифицированные различными добавками, способствующими повышению физико-механических, технологических свойств и водостойкости композитов.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на следующих внутривузовских, всероссийских, международных конференциях и семинарах: Пятой всероссийской научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2006); XII научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева (Саранск, 2007); Шестой Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2007); XI Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России» (Уфа, 2007); Международной научно-технической конференции «Новые энерго- и ресурсосберегающие технологии в производстве строительных материалов» (Пенза, 2007); Международной научно-технической конференции «Архитектура и строительство актуальные проблемы» (Ереван, 2008); Шестой международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития жилищно-коммунального комплекса города» (Москва, 2008); VI Международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2008); Научной конференции «XXXVI Огаревские чтения» (Саранск, 2008); XIII научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева (Саранск, 2008); Научной конференции «XXXVII Огаревские чтения» (Саранск, 2009).
Проект «Разработка эффективных конструкционно-теплоизоляционных материалов для ограждающих конструкций на основе отходов стекла» в 2007 году признан победителем программы «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» («УМНИК»), реализуемой Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (автор проекта Богатова С.Н.).
Разработка «Биостойкие строительные материалы на основе боя стекла» (авторы Ерофеев В.Т., Богатов А.Д., Богатова С.Н., Казначеев С.В.) удостоена медали конкурса на лучшую продукцию, экспонируемую на VIII Международной специализированной выставке «Мир биотехнологии 2010» (г. Москва).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 2 статьи в журналах по Перечню ВАК РФ; подана заявка на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованных источников (149 наименований). Она изложена на 165 страницах, включает 41 рисунок, 19 таблиц, 3 приложения. Работа выполнена на кафедре прикладной механики Мордовского госуниверситета.
Автор выражает благодарность и глубокую признательность члену-корреспонденту РААСН, доктору технических наук, профессору Ерофееву В. Т. и кандидату технических наук, доценту Богатову А.Д. за консультации, советы и помощь в работе над диссертацией.
