Введение к работе
Актуальность. Производство эффективных строительных материалов и качественное выполнение ряда строительных работ с их использованием является важной задачей промышленности строительных материалов и строительного комплекса страны. При этом приоритетом должна быть защита окружающей среды.
Одним из путей успешного решения этой задачи является расширение производства и применения гипсовых материалов в строительстве.
В нашей стране имеются большие запасы природного сырья для производства гипсовых и ангидритовых вяжущих, а также гипсосодержащие отходы различных отраслей промышленности.
Гипсовые материалы и изделия характеризуются высокими показателями свойств - легкость, малые тепло- и звукопроводность, огнестойкость, декоративность, комфортность и эстетичность.
Однако они имеют ряд недостатков, сдерживающих их развитие – невысокие физико-механические характеристики и малая долговечность, проявляющаяся в ползучести конструкций при их увлажнении. Широкое применение гипсовых материалов и изделий сдерживается, в том числе, из-за недостаточной изученности свойств и потенциальных возможностей улучшения гипсовых и особенно ангидритовых вяжущих, а также промышленных технологий и оборудования для изготовления эффективных материалов и изделий.
Решение проблемы повышения физико-технических свойств гипсовых материалов и изделий может быть осуществлено созданием кристаллогидратных новообразований повышенной плотности и прочности за счет использования различных наномодификаторов.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой «Жилище» (в рамках приоритетного Национального проекта «Доступное и комфортное жилье – гражданам России») и Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
Цель и задачи работы.
Основной целью диссертации является разработка эффективных наномодифицированных гипсовых материалов и изделий на основе природного и техногенного сырья.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
- разработка теоретических положений получения эффективных гипсовых материалов и изделий путем наномодифицирования их структуры;
разработка технологий производства эффективных гипсовых материалов и изделий с использованием ультра- и нанодисперсных модификаторов.
Научная новизна.
-разработаны теоретические положения модификации структуры и свойств материалов на основе гипса и ангидрита, экспериментально подтверждена возможность структуризации гипсовой вяжущей матрицы использованием ультра- и нанодисперсных добавок, обеспечивающих формирование высокоплотной структуры гипсового камня повышенной прочности;
- установлено, что ультра- и нанодисперсные порошки при их введении в гипсовые и ангидритовые композиции изменяют размер и морфологию кристаллических новообразований и способствуют формированию упорядоченной, более плотной и однородной мелкокристаллической структуры композиционного материала, что приводит к снижению дефектности структуры, пористости и увеличению площади контактов кристаллогидратов, обеспечивающих повышение физико-механических показателей гипсовых материалов;
-установлено, что изменение морфологии новообразований обусловлено синергетическим эффектом от совместного воздействия на структуру гидратирующих гипсовых систем ультра- и нанодисперсных добавок в сочетании с диспергирующими поверхностно-активными веществами;
-установлены зависимости влияния природы, метода диспергации, способа введения и содержания ультра- и нанодисперсных модификаторов на структурную модификацию и свойства гипсовых и ангидритовых материалов и изделий;
-установлено, что ультра - и нанодисперсные модифицирующие добавки принимают участие в формировании кристаллогидратных структур, что подтверждается сдвигом частот, соответствующих ионам SO42-.
Практическая значимость работы.
- предложены новые эффективные добавки на основе ультра- и нанодисперсных систем для модификации структуры гипсовых и ангидритовых вяжущих и способ их диспергации;
- разработаны способы модификации гипсовой и ангидритовых матриц
за счет введения ультра- и нанодисперсных добавок в состав композиционных гипсовых материалов;
-разработаны составы гипсовых и ангидритовых наномодифицированных материалов с улучшенными физико-механическими свойствами, установлено повышение прочности на 70 - 100 % и долговечности модифицированного композиционного материала на основе ангидрита при содержании ультрадисперсных добавок в количестве 3 - 4 % от массы ангидрита, а при использовании нанодисперсного модификатора обеспечен прирост прочности до 2,8 раз при содержании добавки 0,0024 % от массы вяжущего;
- разработаны технологии производства эффективных гипсовых материалов и изделий нового поколения на основе модифицированных составов.
Новизна разработок подтверждена 9 авторскими свидетельствами и 3 патентами на изобретения.
Внедрение результатов. - результаты исследований использованы при разработке проекта «Завода строительных материалов и изделий ООО «Фоника- Гипс» в районе с. Сюкеево, Камско – Устьинского района республики Татарстан (0А0 «Моспромтранспроект», 2009, Шифр 7018); в ООО «ВОЛМА- Волгоград» выпущены опытные партии и освоено промышленное производство модифицированных гипсовых сухих строительных смесей различного назначения; разработанные технология и технологическая линия по выпуску эффективных гипсовых перегородочных пазогребневых плит высшей категории качества по ГОСТ 6428-83 внедрены в ЗАО «Самарский гипсовый комбинат», ООО «Уфимская гипсовая компания», ООО «Евростиль» (г. Избербаш, Дагестан»), ООО «АЛЬФА» (г. Красноярск) и др.; в ООО «Уфимская гипсовая компания» на основе модифицированного гипсового вяжущего освоено производство пеногипсобетонных стеновых блоков и осуществлено массовое строительство малоэтажных домов; разработанные составы гипсо- и ангидритопенобетона нашли применение при возведении зданий в ООО «МонолитПроектМонтаж»;
- на основании результатов исследований разработаны: Технические условия на смеси сухие гипсовые напольные (ТУ 5745-003-85144232 -2010); Технические условия на смеси сухие гипсовые штукатурные (ТУ 5745-001-85144232 -2010); Технические условия на смеси гипсовые шпатлевочные и клеевые (ТУ 5745-002-85144232 -2010); Технические условия на плиты гипсовые пазогребневые пустотелые для перегородок (ТУ 5742-006-85144232 -2010); Технические условия на смеси сухие гипсовые шпатлевочные и затирочные (ТУ 5745-003-21151476-2008); Технологический регламент производства плит гипсовых пазогребневых на основе гипсового вяжущего, ВНИИСТРОМ, 2003; Технологический регламент производства молотого ангидрита, ВНИИСТРОМ, 2006; Технологический регламент цеха подготовки сырья и минеральных добавок, ВНИИСТРОМ, 2006; Технологический регламент производства гипсовых вяжущих, ВНИИСТРОМ, 2006; Рекомендации по проектированию и устройству полов жилых зданий по стяжкам из поризованных растворов на основе фосфогипсового вяжущего в системе Главмособлстроя, ЦНИИЭПжилища, 1984; Рекомендации по проектированию и устройству полов по монолитным самовыравнивающимся стяжкам на основе гипса для монолитного жилищного строительства, ЦНИИЭПжилища, 1987; под руководством автора разработан и прошел общественное обсуждение проект межгосударственного стандарта «Плиты гипсовые для перегородок. Технические условия» (2011 г.).
-теоретические положения диссертационной работы и результаты экспериментальных исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальности 270107 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», бакалавров и магистрантов по направлению «Строительство», отражены в 2-х научно-справочных изданиях и 2-х монографиях.
Апробация работы.
Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены и доложены на 37 международных, всесоюзных (всероссийских), республиканских конференциях и семинарах, в том числе:
на Всесоюзной конференции «Ускорение научно-технического прогресса в промышленности строительных материалов и строительной индустрии» (Белгород-1987); на Всесоюзной конференции «Расширение сырьевой базы, комплексное использование минеральных ресурсов и промышленных отходов для получения строительных материалов» (Белгород-1991); на 1-4 Всероссийских семинарах с международным участием «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий (Москва-2002, Уфа-2004, Тула- 2006, Волгоград-2008); на международной научно-практической конференции «Гипс, его исследование и применение», посв. 120-летию П.П. Будникова (Красково-2005); на 9 международной конференции «Modern building materials, structures and techniques» (Вильнюс-2007); международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» (Белгород-2007); на XVII международной конференции «Ibausil» по строительным материалам (Германия, Веймар- 2009); на II всероссийской конференции «От наноструктур, наноматериалов и нанотехнологий - к наноиндустрии» (Ижевск-2009); на II и III международных конференциях «Nanotechnology for green and sustainable construction» (Египет, Каир - 2010,2011); на V международной конференции «Повышение эффективности производства и применения гипсовых материалов и изделий», посв. 125-летию П.П. Будникова (Казань-2010); на XV Академических чтениях РААСН, Международной научно-технической конференции "Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии" (Казань- 2010); на международной научной конференции «1 Weimarer Gipstagung» (Германия, Веймар-2011); на международной научной конференции «Интеграция, партнерство, инновации в строительной науке и образовании», посв. 90-летию МГСУ-МИСИ (Москва-2011); на 1,2 международных научно-практических конференциях «Российские дни сухих строительных смесей» (Москва-2010,2011); на международной научно-практической конференции «Энергосбережение в строительстве. Строительные смеси. Гипс и изделия из гипса. Фасадные системы» (Украина, Киев-2011); на международной научно-практической конференции «Инновационные материалы и технологии» (Белгород-2011).
За разработку и внедрение технологии и оборудования для устройства наливных полов и изготовления пеногипсовых изделий автор награжден золотой, двумя бронзовыми медалями ВДНХ СССР и нагрудным знаком "Изобретатель СССР".
За разработку и широкое внедрение в практику строительства Московской области новых технологий и материалов с использованием гипсосодержащих отходов производства фосфорной кислоты в числе группы ученых и специалистов автору присвоено звание «Лауреат премии Совета Министров СССР в области науки и техники» за 1991 год; за разработку технологий и оборудования для производства эффективных гипсовых материалов и изделий нового поколения и их широкое внедрение в практику строительства присвоено звание «Лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники» за 2011 год.
Структура и объем диссертации.
