Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЙ 10
1.1. Современное состояние и основные тенденции развития
технологии минеральных ячеистых материалов 10
Основные способы создания пористой структуры строительных материалов 10
Безобжиговые теплоизоляционные материалы 14
Обжиговые теплоизоляционные материалы на основе глинистых пород 18
Строительные материалы на' основе кремнистых опал-кристобалитовых пород - диатомитов, трепелов, опок 26
Выводы по главе 1 32
ГЛАВА 2. ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ 35
Характеристика применяемых материалов 35 -
Методы исследований и аппаратура 42
Методика приготовления образцов пенокерамобетона в лабораторных условиях 48
Методологическая основа исследований 49
2.5. Математические методы планирования эксперимента 51
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ ПОРООБРАЗУЮЩИХ
ДОБАВОК ДЛЯ ПКБ 52
3.1. Исследование влияния стабилизирующих добавок на
свойства пены 52
Исследование влияния пластифицирующих добавок на свойства пены 59
Исследование адсорбции компонентов порообразующей добавки на поверхности минеральных частиц сырьевой смеси 64 Выводы по главе 3 70
I ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СОСТАВА СЫРЬЕВОЙ СМЕСИ ДЛЯ
ПОЛУЧЕНИЯ ПКБ 72
Влияние добавок пенообразователей на прочность смешанного вяжущего 72
Разработка состава материала-основы ГЖБ 77
Методика расчёта прочности пенокерамобетона 83
Выбор корректирующих добавок с учётом прочности материала-основы ПКБ 95
Исследование минералообразующих процессов,
происходящих при обжиге ПКБ 109
Выводы по главе 4 121
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ РАЗРАБОТАННЫХ
ПЕНОКЕРАМОБЕТОНОВ 122
Влияние макроструктуры на прочность 122
Влияние корректирующих добавок на прочность 124
Исследование усадочных деформаций 126
Исследование теплофизических свойств 134
Составы и основные эксплуатационные свойства
разработанных пенокерамобетонов 137
Выводы по главе 5 139
ГЛАВА 6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО
ПРОИЗВОДСТВУ ПЕНОКЕРАМОБЕТОНА 140
Технологический регламент на производство изделий из пенокерамобетона 140
Расчёт экономической эффективности производства и
применения разработанных материалов 143
Выводы по главе 6 150
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 151
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 153
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 166
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 167
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 168
Введение к работе
Актуальность работы. Устойчивая тенденция повышения стоимости топливно-энергетических ресурсов приводит к необходимости повышения теплозащиты зданий. Задача экономии энергоносителей актуальна во всём мире и решается параллельно по различным направлениям. Одно из них — использование новых эффективных теплоизоляционных строительных материалов. Создание, производство и рациональное применение таких материалов позволяет снизить материалоёмкость ограждающих конструкций зданий и сооружений, а также уменьшить тепловые потери в окружающую среду. Это снижает остроту проблем, возникших с переходом к новым нормам проектирования и строительства.
Известно, что вид вяжущего, применяемого для изготовления теплоизоляционного материала, во многом определяет его технико-экономические показатели. При этом в настоящее время не существует вяжущих, позволяющих изготавливать универсальные теплоизоляционные материалы, пригодные для использования в любых конструкциях и условиях эксплуатации. Так, хорошие теплоизоляционные свойства полимерных ТИМ, низкая плотность, водостойкость и морозостойкость сочетаются со значительными термическими деформациями, горючестью, низкой теплостойкостью и быстрым старением. В качестве альтернативы полимерным ТИМ в современном строительстве широко применяют ячеистые бетоны на основе минеральных вяжущих веществ, в частности на основе различных видов цемента.
Цементы отличает сочетание свойств, необходимых для изготовления ячеистых бетонов: высокая прочность цементного камня, наличие апробированных временем добавок, позволяющих в широких пределах изменять свойства растворной смеси и, до недавнего времени, низкая стоимость. Вместе с тем, опыт производства и эксплуатации изделий из неавтоклавных пенобето-нов показывает, что существуют определённые трудности, связанные с недостаточной устойчивостью пенобетонной смеси, значительной усадкой и негативным влиянием добавок синтетических пенообразователей на механические свойства изделий.
Кроме того, наблюдаемый с 2006 года быстрый и порой непредсказуемый рост цен на портландцемент, как основное вяжущее, применяемое, при производстве пенобетона, снижает технико-экономическую эффективность использования неавтоклавных ячеистых бетонов и композиций на их основе.
Одно из, возможных решений перечисленных проблем заключаете* в
разработке и промышленном выпуске эффективных ячеистых материалов на комбинированном вяжущем, в составе которого основная часть цемента заменена на кремнистые горные породы, способные в результате обжига образовывать прочный керамический черепок. Использование кремнистых горных пород местных месторождений позволит значительно снизить стоимость материала и улучшить его механические свойства.
Всё это обусловливает актуальность исследований, направленных на создание новых видов теплоизоляционных ячеистых материалов, изготавливаемых с использованием местных минеральных ресурсов.
Рабочая^ гипотеза. Из анализа результатов опубликованных исследований была сформулирована рабочая гипотеза, основанная на предположении о возможности получения эффективных теплоизоляционных пенокерамобето-нов на основе смешанного вяжущего, содержащего опоку в качестве основного компонента, а в качестве дополнительного - шлакопортландцемент.
Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы заключалась в разработке составов, исследовании структуры и свойств, а также технологии изготовления ячеистых материалов (пенокерамобетонов) :на смешанном вяжущем, содержащем опоку и шлакопортландцемент.
Поставленная цель определила следующие основные задачи:
- исследовать химический и минералогический состав опоки для определения возможности её использования в качестве основного сырьевого компонента пенокерамобетона (ПКБ);
исследовать влияние вида и количества пенообразователя, стабилизатора и пластификатора на кратность и устойчивость пен, разработать состав комплексной порообразующей добавки для получения ПКБ и исследовать её влияние на процесс твердения смешанного вяжущего;
разработать составы, установить закономерности структурообразования и исследовать физико-механические свойства ПКБ. Обосновать выбор-корректирующих добавок, способствующих улучшению свойств ячеистого материала;
разработать технологию изготовления ПКБ на основе кремнистых пород местных месторождений;
- определить технико-экономическую эффективность производства' и
применения разработанных ПКБ.
Научная новизна работы заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании возможности получения теплоизоляционных пеноке-рамобетонов на смешанном вяжущем, содержащем опоку в качестве основного сырьевого компонента.
Установлены закономерности влияния компонентов разработанной по-рообразующей добавки на свойства пены, а также вида и количества корректирующей добавки на физико-механические свойства материала-основы пе-нокерамобетона.
Разработана методика расчёта прочности ПКБ в зависимости от состава материала, степени поризации и параметров ячеистой структуры. Установлены закономерности влияния рецептурно-технологических факторов на теп-лофизические свойства пенокерамобетона.
Достоверность результатов работы обеспечена использованием действующих государственных стандартов, нормативных документов и поверенного оборудования, физико-механическими испытаниями, применением современных методов исследований, повторяемостью результатов при большом объёме экспериментов и их сходимостью с результатами расчётов, полученных по предлагаемым методикам.
Практическая значимость работы. Разработаны составы и технология изготовления пенокерамобетонов с плотностью 450...500 кг/м . Применение местных разновидностей опок позволило значительно расширить сырьевую базу и улучшить технико-экономические показатели материала в сравнении с пенодиатомитовыми изделиями.
На основании результатов проведённых экспериментальных исследований получены математические зависимости, позволяющие оптимизировать процесс проектирования состава пенокерамобетона.
Определены рациональные области применения и технико-экономическая эффективность производства пенокерамобетонов.
Реализация работы в промышленности. Результаты исследований, проведённых в рамках данной диссертационной работы, являются частью проекта: «Новые композиционные ячеистые материалы с улучшенными технико-экономическими показателями для объектов жилищного и теплоэнергетического строительства. Технология их изготовления с использованием местных минеральных ресурсов и техногенных отходов», который стал победителем конкурса «Старт-05», проводимого в рамках федеральной целевой-про-
граммы поддержки инновационных разработок в научно-технической сфере. Финансирование работ по промышленной апробации и доведение разработанных составов ПКБ до промышленного освоения осуществлялось ООО «ПБКомпозит» на производственной базе ООО «Новые технологии», г. Пенза.
Апробация- работы. Результаты исследований докладывались на научно-практической конференции по результатам реализации в 2003 г. Межотраслевой программы сотрудничества Минобразования РФ и Спецстроя РФ «Наука, инновации, подготовка кадров в строительстве» (М.: МГСУ, 2003 г.), на X Академических чтениях РААСН «Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения» (Казань: КГАСУ, 2006 г.), на международных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы современного строительства» (Пенза: ПТУ АС, 2005 г., 2007 г.), на всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов» (Пенза: ПГУАС, 2006 г.).
Разработанные материалы экспонировались на VII Московском междуна-родномфоруме инноваций и инвестиций, отмечены дипломом Роспатента РФ;1 а авторский коллектив стал лауреатом конкурса, учреждённого правительством республики Татарстан в номинации «Лучшие инновационные разработки, привлекательные для реализации на территории республики Татарстан» (Москва, ВВЦ 2007 г.).
Результаты исследований по разработке составов > и технологии изготовления пенокерамобетона являлись составной частью инновационного проекта «Производство теплоизоляционных строительных материалов с использованием горных пород региона Среднего Поволжья», который был удостоен Золотой медали VIII Московского международного салона инноваций-и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2008 г.).
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 8 печатных работах, в их числе 1 статья в изданиях по перечню ВАК РФ. Научная новизна технических решений подтверждена двумя патентами РФ на изобретение.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка использованных источников и приложений. Содержит 165 страниц машинописного текста, в том числе 53 рисунка и 48 таблиц. Библиография включает 157 наименований.
Работа выполнена на кафедре «Строительные материалы» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» под руководством заслуженного деятеля науки и техники РФ, член-
корр. РААСН, доктора технических наук, профессора (А.П. Прошина| и кандидата технических наук, доцента В.А. Берегового.
Автор выражает глубокую благодарность кандидату технических наук, доценту Н.А. Прошиной за помощь при подготовке и выполнении работы.
