Введение к работе
Актуальность. Как известно, при производстве строительных материалов основная часть затрат приходится на сырьевые и топливно-энергетические ресурсы. При этом наиболее энергоемким технологическим переделом является тепловая обработка, доля которой составляет около 70 % от энергозатрат.
Из сырьевых ресурсов основной вклад в себестоимость конечной продукции вносят вяжущие, снижения затрат на которые можно достичь за счет использования тонкомолотых многокомпонентных цементов (ТМЦ) и вяжущих низкой водопотребности (ВНВ). В настоящее время разработана широкая номенклатура композиционных вяжущих (KB), где в качестве кремнеземистого компонента применяется сырье как природного, так и техногенного происхождения. Однако процессы структурообразования композитов в условиях тепловой обработки на их основе изучены недостаточно, что затрудняет процесс внедрения KB на заводах ЖБИ и ЖБК, которые до сих пор не могут обойтись без ускорения твердения методом тепловлажностной обработки (ТВО) или автоклавирования.
В связи с этим исследование процессов структурообразования композиционных вяжущих, изготовленных с использованием сырья различного генезиса, приобретает особую актуальность.
Диссертационная работа выполнена в рамках НИР: «Разработка фундаментальных основ получения композиционных вяжущих с использованием наносистем». Проводится по заданию Министерства образования и науки Российской Федерации (сроки выполнения - 2007-2011 гг.).
Цель работы. Оптимизация режимов твердения изделий, изготовленных с использованием композиционных вяжущих на основе кремнезем-содержащего сырья различного генезиса.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
изучение влияния вещественного состава и строения кремнеземсо-держащих компонентов (КСК) различного генезиса на рецептурно-технологические параметры изготовления композиционных вяжущих;
подбор условий и оптимизация режимов твердения KB с учетом использования сырья различного генезиса;
изучение физико-механических свойств композиционных вяжущих и изделий на их основе, твердеющих в оптимальных условиях;
подготовка нормативных документов для реализации теоретических и экспериментальных исследований в учебном процессе и для промышленного внедрения.
Научная новизна. Установлен характер зависимости процессов структурообразования композиционных вяжущих от вида, количества кремнезем-содержащего компонента и условий твердения. При использовании генети-
чески активированного за счет геологических и техногенных процессов сырья процессы синтеза новообразований происходят при пониженных энергозатратах, что позволило осуществить ранжирование кремнеземсодержа-щего сырья по степени снижения эффективности в качестве компонента композиционных вяжущих, твердеющих в различных условиях.
Выявлены закономерности изменения энергоемкости изготовления ТМЦ-50 в зависимости от генезиса кремнеземсодержащего компонента и условий помола, заключающиеся в том, что при различной размолоспособ-ности компонентов большая часть энергии тратится на диспергирование более мягких составляющих, которые препятствуют разрушению минералов с большей твердостью. Это позволило предложить двухстадийную технологию помола компонентов, что обеспечило существенное снижение энергоемкости при производстве вяжущих.
Установлен характер синергетического действия происхождения, количества кремнеземсодержащего компонента и условий твердения на эксплуатационные характеристики изделий, изготовленных с использованием композиционных вяжущих, что позволило предложить принципы проектирования параметров тепловлажностной обработки для различных видов вяжущих.
Получены закономерности изменения прочности композиционных вяжущих в зависимости от генезиса кремнеземсодержащего компонента, его количества и параметров тепловлажностной обработки, позволяющие судить о снижении энергозатрат при обеспечении оптимальных условий твердения от композиционных вяжущих с содержанием клинкерной составляющей 10-30 % (автоклавная обработка) до композиционных вяжущих с содержанием клинкерной составляющей 50-70 % (тепловлажностная обработка).
Практическое значение работы. Обоснована целесообразность двух-стадийного изготовления композиционных вяжущих, что обеспечивает существенную экономию энергозатрат при помоле.
Предложены оптимальные режимы твердения изделий на основе композиционных вяжущих, изготовленных с использованием сырья различного генезиса.
Кремнеземсодержащие компоненты KB проранжированы по степени их эффективности в качестве сырья для производства KB в зависимости от условий твердения.
Подобраны составы мелкозернистых бетонов и предложена технологическая схема производства стеновых камней с учетом использования композиционных вяжущих и оптимизации условий твердения.
Внедрение результатов исследований. Апробация полученных результатов в промышленных условиях осуществлялась на предприятиях ОАО «БелЭкономстрой» и «1-я домостроительная компания» г. Белгорода.
широкомасштабного внедрения результатов научно-исследовательской работы разработаны следующие нормативные и технические документы:
стандарт организации СТО 02066339-014-2011 Композиционные вяжущие с использованием отходов производства керамзита для мелкозернистых бетонов;
рекомендации по изготовлению стеновых камней цементных с использованием композиционных вяжущих.
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 270106, 270114, студентов бакалавриата и магистрантов, обучающихся по направлению «Строительство», что отражено в учебных программах дисциплины «Строительные материалы и изделия». Изданы методические указания «Композиционные вяжущие» к выполнению лабораторных работ для магистрантов, обучающихся по направлению «Строительство».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены: на Международной научно-практической конференции «Проблемы инновационного и социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах» (г. Брянск, 2009 г.); на III Международной научно-практической конференции «Наука и молодежь в начале нового столетия» (г. Губкин, 2010 г.); на Международной научно-практической конференции «Строительство 2010» (г. Ростов-на-Дону, 2010 г.); на Международной научно-практической конференции «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов (XIX научные чтения)» (г. Белгород, 2010 г.); на Международной научно-практической конференции «Строительство 2011» (г. Ростов-на-Дону, 2011 г.); на Международной научно-практической конференции «Инновационные материалы и технологии» (г. Белгород, 2011 г.).
Публикации, Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 11 научных публикациях, в том числе в трех статьях в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК России.
На защиту выносятся:
качественные характеристики и классификация пород как кремнезем-содержащего компонента для производства композиционных вяжущих;
закономерность изменения прочностных показателей композиционных вяжущих в зависимости от вида, КСК и условий твердения;
характер новообразований KB в зависимости от параметров тепловой обработки;
результаты термического и рентгенофазового анализа композиционных вяжущих, твердеющих в различных условиях;
составы, свойства и технология производства стеновых камней изготовленных с использованием KB;
экономическое обоснование и результаты внедрения.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и приложения. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, включающего 36 таблиц, 27 рисунков и фотографий, библиографический список из 137 наименований.
Похожие диссертации на Оптимизация условий твердения композиционных вяжущих в зависимости от генезиса кремнеземсодержащего компонента
