Введение к работе
Актуальность работы. Осуществление мероприятий по повышению энергоэффективности существующих и вновь возводимых объектов строительства в рамках ФЦП «Доступное и комфортное жилье - гражданам России» требует внедрения конкурентоспособных теплоизоляционных материалов, отвечающих современным требованиям по теплозащите зданий и сооружений. Данная проблема особенно актуальна в регионах Сибири и Дальнего Востока, где эффективная теплоизоляция может дать значительный экономический эффект.
Несмотря на научно-технические результаты, полученные в области теории и практики пеностекол за последние 15-20 лет, в настоящее время пеностекло производится лишь в нескольких городах России, что обусловлено рядом факторов как экономического, так и технологического характера. В связи с этим целесообразным представляется усовершенствование составов и технологических решений по получению пеностекол на основе комплексного использования и учета особенностей горных пород и стеклобоя.
В качестве рабочей гипотезы автор выдвинул тезис о том, что комплексное использование стеклобоя и горных пород с повышенным содержанием кристаллических фаз, подвергнутых механохимической активации и применение предварительной подготовки пенообразующих смесей позволят создавать пеностекла с регулируемыми свойствами по энергосберегающей технологии.
Основная цель работы заключалась в разработке составов и технологии получения пеностекол с заданными свойствами на основе стеклобоя и горных пород повышенной кристалличности с использованием механохимической активации и предварительной подготовки пенообразующих смесей.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- научное обоснование интенсификации процессов обжига пеностекол при комплексном воздействии механохимической активации и предварительной подготовки пенообразующих смесей стеклобоя и горных пород с повышенным содержанием кристаллических фаз;
- исследование физико-химических процессов поризации алюмосиликатного расплава при получении пеностекол систем "стеклобой-витрокластический туф" и "стеклобой-цеолитсодержащая порода" и разработка составов пеностекол;
- изучение влияния механохимической активации сырья и предварительной выдержки прессовок в нормальных условиях и в условиях пропаривания на структуру и свойства пеностекол;
- оптимизация составов, условий подготовки сырья и шихты, температуры обжига и физико-химические исследования структуры и свойств пеностекол систем "стеклобой-витрокластический туф" и "стеклобой-цеолитсодержащая порода";
- разработка параметров технологии производства пеностекол с использованием механохимической активации и предварительной подготовки пенообразующих смесей и опытно-промышленное опробование результатов исследований.
Научная новизна работы.
Разработаны научные подходы к получению пеностекол на основе стеклобоя и пород с повышенным содержанием кристаллических фаз по энергосберегающей технологии за счет интенсификации процессов обжига пеностекол при комплексном воздействии механохимической активации исходного сырья и предварительной подготовки пенообразующих смесей.
Доказано, что механоактивация исходных пород и стеклобоя приводит к изменениям в микроструктуре пеностекол, которые отражаются на формировании поровой структуры пеностекол, благодаря развитию процессов самоорганизации в поризуемой системе. Показано, что плотность пеностекол при использовании механоактивации возрастает при переходе от пеностекол системы "стеклобой – цеолитсодержащая порода" к пеностеклам системы "стеклобой-витрокластический туф" при прочих равных условиях.
Установлено, что наряду с механоактивацией исходного сырья, на формирование структуры и свойств пеностекол существенное влияние оказывают структура пород и предварительная подготовка пенообразующих смесей в виде выдержки в нормальных условиях и пропарки прессованных сырцов из тонкомолотых сырьевых компонентов, затворенных щелочным раствором. Предварительная подготовка прессованных сырцов перед обжигом интенсифицирует поризацию пеностекол вследствие интенсивного подвода щелочных ионов к тонкомолотым частицам компонентов, в полости и каналы цеолитовых минералов, содержащихся в исходных породах, и образованию в них гидроксильных групп, которые при температуре обжига способствуют увеличению газовой фазы в поризуемой стекломассе.
Получены регрессионные уравнения основных свойств пеностекол систем "стеклобой–цеолитсодержащая порода" и "стеклобой-витрокластический туф", необходимые для оптимизации параметров технологии пеностекол с использованием механохимической активации и предварительной подготовки пенообразующих прессовок перед обжигом.
Установлены зависимости физико-технических свойств пеностекол от химико-технологических параметров, как соотношение в шихте компонентов, содержание щелочного компонента, механоактивации пород, режимы предварительной обработки, обжига и т.д.
Практическая значимость работы.
Разработаны составы для получения теплоизоляционных изделий со средней плотностью 245-950 кг/м3 и 200-500 кг/м3, прочностью при сжатии 1,7-12,0 МПа и 1,6-3,5 МПа соответственно из пеностекол систем "стеклобой-витрокластический туф" и "стеклобой-цеолитсодержащая порода".
Предложен способ получения пеностекол с улучшенными физико-техническими свойствами, заключающийся в предварительной подготовке пенообразующих прессовок с использованием разработанных составов (заявка на изобретение).
Проведена промышленная апробация технических решений по получению теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструкционных изделий из разработанных пеностекол.
Определены технико-эксплуатационные показатели пеностекол и подготовлен Инвестиционный проект по организации промышленного производства пеностекол в г. Улан-Удэ.
Внедрение.
На основе проведенных исследований проведено опробование в производственных условиях ООО "Карьер" (г. Иркутск).
На защиту выносятся:
- научное обоснование эффективности механохимической активации исходного сырья и предварительной подготовки прессованных сырцов при получении пеностекол на основе стеклобоя и горных пород с повышенным содержанием кристаллических фаз;
- экспериментальные данные по разработке составов и способа получения пеностекол в системах "стеклобой-цеолитсодержащая порода" и "стеклобой-витрокластический туф";
- результаты изучения влияния составов пеностекол; механоактивации сырья, щелочного компонента, предварительной выдержки пенообразующих образцов-прессовок и температуры обжига на структуру и свойства пеностекол;
- результаты оптимизации составов, условий подготовки сырья и шихты, температуры обжига и физико-химических исследований структуры и свойств синтезируемых пеностекол;
- результаты исследований физико-технических свойств пеностекол;
- технико-экономическое обоснование эффективности производства изделий из пеностекол и результаты внедрения.
Работа выполнена в рамках ФЦП «Жилище» и «Экономическое и социальное развитие Дальнего Востока и Забайкалья» на 1996-2010 г.г., гранта Администрации г. Улан-Удэ (2008 г.).
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались на Всерос. науч.- технич. конфер. "Молодые ученые Сибири" (Улан-Удэ, 2003), междунар. науч.-практич. конфер. "Энергосберегающие и природоохранные технологии" (Томск-Улан-Удэ, 2005); "Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии" (Белгород, 2007); "Строительный комплекс России: Наука. Образование, практика» (Улан-Удэ, 2008); The 3rd International Conference on Chemical Investigation & Utilization of Natural Resources
(Ulaanbaatar, Mongolia, 2008); IV Всерос. конфер. студентов, аспирантов и молодых ученых "Теория и практика повышения эффективности строительных материалов" (Пенза, 2009), научных конференциях ВСГТУ (Улан-Удэ, 2006-2009). Диплом ЗАО "Улан-Удэнская ярмарка" за участие в международной выставке "Стройка-2008".
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 8 статьях, в т.ч. 2 статьи в журналах по реестру ВАК Российской Федерации.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 138 наименований и приложений. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, включая 24 рисунка, 20 таблиц.
Достоверность. Обоснованность и достоверность основных положений и выводов работы обусловлены объемом выполненных экспериментов с использованием рентгенографического, ИК-спектроскопического анализов, электронной микроскопии, а также методов математического планирования и статистической обработки.
