Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время разработаны теплоизоляционные растворы на основе стеклянных микросфер но, у них существует ряд недостатков – например, высокая стоимость и недостаточная прочность. В данной работе рассмотрен эффективный, цементный кладочный раствор с алюмосиликатными полыми микросферами. Алюмосиликатные микросферы представляют собой стеклокристаллические сферы, которые являются одним из важнейших компонентов золоудаления при работе .
Работа выполнена в соответствии с НИР МГСУ, поисковыми научно-исследовательскими работами по направлению «Строительные технологии», по проблеме «Разработка теплоизоляционного энергоэффективного тампонажного материала на основе керамических микросфер для цементирования скважин в условиях многолетних мерзлых пород» Министерства образования и науки РФ, мероприятие 1.2.2 (РК 01200964849).
Цель и задачи исследований.
Целью диссертационной работы является создание цементного раствора с улучшенными теплотехническими свойствами и разработка технологии получения облегчённых кладочных и тампонажных растворов с алюмосиликатными полыми микросферами.
Основные задачи исследования
-
Разработка теплоизоляционного цементного раствора с алюмосиликатными полыми микросферами кладочного и тампонажного.
-
Обоснование теоретических положений получения облегченного цементного раствора.
-
Обоснование взаимосвязи микроструктуры, прочности контактной зоны цементной матрицы с прочностью и другими свойствами материала.
4. Разработка технических условий и технологических регламентов на полученные цементные растворы.
5. Опытно-промышленная апробация разработанного материала и оценка экономического эффекта от его применения.
Научная новизна работы
-
Обоснована возможность получения эффективного теплоизоляционного материала, за счет использования алюмосиликатных микросфер в качестве наполнителя, благодаря которому создается особая структура материала в виду увеличения прочности контактной зоны. Это свойство проявляется благодаря химическому составу стенок микросфер в состав которых входят муллит и силлиманит и обусловлено образованием низко основных гидросиликатов кальция и гидроалюминатов кальция.
-
С помощью методов микроструктурного, химического и рентгенофазового анализа установлено наличие ионного обмена между микросферами и цементной матрицей при гидратации. Установлено, что полые керамические микросферы проявляют пуццоланическую активность. Рентгенограмма свидетельствует о том, что аморфной формы в микросферах содержится до 80 %, а в остальных 20 % идентифицируется муллит с высокой прочностью и устойчивостью в различных средах.
-
Установлены зависимости снижения средней плотности материала при увеличении средней прочности матрицы за счёт использования комплексных добавок. Прочность на растяжение при изгибе у облегчённых цементных камней увеличилась от 17до 30 % по сравнению с образцами без комплексной добавки при разном расходе алюмосиликатных полых микросфер.
-
Установлены многофакторные зависимости прочности на сжатие и средней плотности материала от водоцементного отношения, расхода микросфер, расхода модифицирующей добавки, которые необходимы для организации технологии и прогнозирования свойств облегченного цементного раствора.
-
Установлено влияние комплексной добавки, регулирующей плотность, удобоукладываемость и сохраняемость растворной смеси на структуру и свойства цементных растворов. Применение добавки устранило раннего схватывания, который наблюдался до введения добавок и повысило сохраняемость цементного раствора.
Практическая ценность и реализация результатов работы
Разработана технология получения облегченного цементного кладочного и тампонажного раствора с алюмосиликатными полыми микросферами,
включая подбор составов.
Разработаны составы цементного кладочного и тампонажного раствора с алюмосиликатными полыми микросферами, отвечающие требованиям ГОСТ и имеющие улучшенные теплотехнические свойства, выведена математическая модель свойств материала. Средняя плотность раствора 1000-1400 кг/м3, прочность прижатии 5,3 – 20 Мпа, теплопроводность 0,16-0,53 Вт/м 0С.
Новизна полученных результатов подтверждена положительным решением о выдаче патента РФ на изобретение от 05.09.2012. (Заявка № 2011126957/03(039922). Приоритет от 01.07.2011 г.).
Внедрение результатов исследования
Разработаны Технические условия и Технологический регламент получения и применения кладочных и тампонажных растворов. Описаны основные требования к исходным материалам, свойствам облегченных тампонажных растворов, основные положения по рациональному размещению оборудования, подготовке и дозированию компонентов, приготовлению, транспортированию, контролю качества и охране труда.
Внедрение кладочного раствора проводилось при строительстве жилых домов поселка «Зелёная долина» в г.Ижевске для кладки наружных стен из керамических блоков. Объем внедрения был 200 м3. Экономический эффект от применения облегчённого кладочного раствора составил 138 тысяч рублей.
Разработанный тампонажный раствор апробирован при цементировании технической колонны, спущенной на глубину 1450 м, нефтяной скважины № 128 Мыльджинского месторождения в Томской области. В результате внедрения был получен экономический эффект 130 тыс. руб.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на: VIII, X Всероссийской выставке научно-технического творчества молодёжи НТТМ – 2006, 2010 (Москва, ВВЦ, 2006 г., 2010 г.); IV Фестивале науки в г. Москве (Москва, МГУ, 2009 г.); 12-й, 13-й, 14-й Международных межвузовских научно-практических конференциях молодых учёных, докторантов и аспирантов «Строительство – формирование среды жизнедеятельности» (Москва, МГСУ, 2009, 2010, 2011 гг.); II Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодёжи – путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, ВВЦ, 2010 г); V Международной конференции «Надёжность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград, ВолГАСУ, 2009 г.); Научных чтениях, посвящённых памяти Горчакова Г.И. и 75-летию с момента основания кафедры «Строительные материалы» МГСУ (Москва, МГСУ, 2009).
На защиту выносятся
обоснование получения эффективного теплоизоляционного цементного раствора с применением алюмосиликатных полых микросфер;
многофакторные зависимости, необходимые для оптимизации составов цементных растворов разной средней плотности и технологических параметров их получения;
утверждение что полые керамические микросферы проявляют пуццоланическую активность, тем самым увеличивая прочность контактной зоны.
результаты опытно-промышленного внедрения.
Структура и объем работы
