Введение к работе
Актуальность. В настоящее время одним из направлений технического прогресса в строительной индустрии является более полное использование попутно добываемого сырья и отходов промышленности, создание комплексных производств. Научный и практический интерес представляет разработка и внедрение технологий магнийсодержащих продуктов переработки природного минерального сырья для получения строительных материалов. В настоящее время актуальна проблема использования природных силикатов магния, запасы которых исчисляются в млрд. тонн. Для вовлечения в экономику такого сырьевого потенциала, необходима разработка составов и технологии новых строительных материалов.
Получение ксилолитовых и костролитовых строительных материалов с использованием нетрадиционного природного и техногенного сырья позволяет использовать органические отходы промышленности в составе эффективных композиционных строительных материалов.
Диссертационная работа выполнялась в 2006-2010 гг. в соответствии с тематическим планом НИР НГАСУ (Сибстрин) по направлению «Разработка новых строительных материалов и ресурсосберегающих технологий их производства», «Разработка научных основ получения вяжущих строительных материалов на основе магнийсодержащих промышленных отходов»; а также по муниципальному гранту мэрии г. Новосибирска в 2010 году «Современные строительные теплоизоляционные материалы на основе местных отходов производства».
Целью работы является создание костролитовых и ксилолитовых строительных материалов на основе композиционного магнезиального вяжущего повышенной водостойкости, разработка составов и технологии изготовления строительных изделий на их основе с использованием природного магнийсодержащего и местного техногенного сырья.
Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:
1. Комплексное исследование нетрадиционных видов природного магнийсодержащего сырья (диопсид, волластонит, диабаз) для получения костролита и ксилолита на основе магнезиальных вяжущих веществ с минеральными добавками.
2. Выбор и оценка пригодности костры льна - отходов переработки льна Новосибирской области как органического заполнителя костролита.
3. Исследование влияния дисперсных минеральных добавок (волластонита, диопсида, диабаза, микрокремнезема, известняка) на механическую прочность и водостойкость продуктов твердения магнезиального камня.
4. Исследование влияния электролитов с многозарядными катионами на свойства продуктов твердения магнезиального камня, содержащих минеральные добавки.
5. Исследование физико-механических свойств костролитовых и ксилолитовых материалов на основе магнезиальных вяжущих веществ с минеральными добавками, отходов дерево- и льнопереработки.
6. Разработка оптимальных составов и разработка технологии получения костролита и ксилолита на основе магнезиальных вяжущих веществ с минеральными добавками и отходов дерево- и льнопереработки.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней установлено следующее:
-
Установлены особенности процессов гидратации и структурообразования костролита и ксилолита на основе композиционного магнезиального вяжущего с введением минеральных добавок (диопсида, волластонита, диабаза).
-
Определена роль минеральной добавки как активного структурообразующего компонента, участвующего в процессе гидратации и структурообразования магнезиального камня, что приводит к повышению технологических и эксплуатационных свойств костролита и ксилолита: ускорению процессов структурообразования в начальные сроки твердения, увеличению водостойкости до уровня 0,8-0,9 и увеличению плотности магнезиального камня. В качестве связующего целесообразно использовать магнезиальное вяжущее, содержащее 70 % мас. дисперсных минеральных добавок: диабаза, волластонита, диопсида.
-
Установлено, что костра льна – отход льнопереработки, используемая в качестве органического заполнителя, способствует формированию стабильных продуктов твердения, что приводит к увеличению трещиностойкости материала. При получении костролитовых теплоизоляционных материалов целесообразно использование фракций костры льна 2,5-1,25 мм, двухступенчатого давления прессования 1,2/2,4 МПа и магнезиального связующего, содержащего 70% дисперсного диопсида или диабаза. Соотношение вяжущее:органический заполнитель, равное 1:1 обеспечивает получение материалов с плотностью 450-500 кг/м3, теплопроводностью 0,085-0,098 Вт/(мС), прочностью при сжатии 2,8-3,0 МПа, коэффициентом размягчения 0,78-0,9.
-
При изготовлении костролитовых конструкционно-теплоизоляционных материалов оптимальными составами и режимами являются: соотношение вяжущее: органический заполнитель, равное 1:1; двухступенчатое давление прессования 2,0/4,0 МПа, гранулометрия костры льна 1,25-0,63 мм, магнезиальное вяжущее с содержанием 70% дисперсной минеральной добавки (волластонита, диопсида, диабаза). Полученные материалы имеют плотность 660-670 кг/м3, прочность при сжатии 4,0-4,3 МПа, коэффициент размягчения 0,75-0,8, теплопроводность 0,23-0,24 Вт/(мС).
Практическая значимость.
-
Предложены составы магнезиальных вяжущих веществ с минеральными добавками, обеспечивающие высокую водостойкость (0,75-1,0) и механическую прочность композиционных строительных материалов (патент РФ № 2386597).
-
Разработаны составы водостойких теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных строительных материалов с использованием местного техногенного сырья - костры льна и композиционных магнезиальных вяжущих веществ с минеральными добавками.
-
Определены оптимальные технологические режимы изготовления и разработан технические условия на производство теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных ксилолитовых и костролитовых строительных материалов на основе магнезиальных вяжущих веществ с минеральными добавками.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях (г. Якутск, 2009), (г. Новосибирск, НГАСУ (Сибстрин), 2007-2010), (г. Новосибирск, НГТУ, 2009), (Челябинск, 2010), (г. Париж, 2010), на научных семинарах кафедры строительных материалов и специальных технологий НГАСУ (Сибстрин).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 6 в журналах, рекомендованных ВАК, получен 1 патент РФ.
Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 166 наименований, содержит 157 страниц основного текста, 58 таблиц и 57 рисунков, 3 приложения.
Результаты работы удостоены: диплома 2 степени на Всероссийском конкурсе инновационных проектов «Энергоэффективная Сибирь» (Новосибирск, 2010), диплома 2 степени на Всероссийском конкурсе инновационных проектов «И5» (Москва, 2010), диплома 3 степени на конкурсе инновационных проектов ЦРИК (Новосибирск, 2008).
Автор выражает искреннюю признательность и благодарность д.т.н., профессору, Заслуженному деятелю науки и техники РФ Бердову Г. И. за ценные предложения и консультации при выполнении структурных исследований.
