Введение к работе
з Актуальность работы ,
В настоящее время в„ строительстве, в особенности в регионах о суровыми климатическими условиями, чрезвычайно востребованы эффективные теплоизоляционные материалы К таким материалам,, безусловно, можно отнести пеностекла, отличительной особенностью' которых является хорошее сочетание теплоизоляционных -, конструктивных свойств Однако ценостекла с высокими эксплуатационными свойствами получают , в условиях полной» технологической схемы, t включающей высокотемпературное стекловарение, грануляцию, тонкое измельчение и обжиг стеклопорощка с газообразователем В этом случае пеностекла неэффективны ввиду-повышенных энергозатрат, связанных с высокотемпературной варкой минеральных сырьевых компонентов и повторным,обжигом пеностекла. Работа выполнена в рамках Федеральных целевых программ «Жилище» и «Экономическое и социальное развитие Дальнего Востока и Забайкалья» на 1996-2010 гг, а также Региональной научно-технической программы «Бурятия Наука Технология и инновации» на 2003-2006 гг
Решение проблемы повышения эффективности пеностекла связано с комплексным использованием стеклобоя и местного минерального сырья, с интенсификацией процессов спекания и поризации стекломасс при непосредственном вспенивании пеностекол в результате механо-щелочной активации сырьевых материалов, с применением добавок-катализаторов и технологических приемов кристаллизации при получении пеностекол с регулируемой поровой структурой Цель и задачи.
Основной целью диссертации явилась разработка технологии производства эффективного пеностекла на основе эффузивных пород и стеклобоя
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи
теоретическое обоснование повышения эффективности применения пеностекол на основе эффузивных пород и стеклобоя путем механохимической активации исходного сырья,
разработка ресурсо- и энергосберегающей технологии получения строительных теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструкционных материалов на основе синтезированных пеностекол
Научная новизна работы:
- разработаны теоретические положения по управлению поровой структурой и свойствами эффективного пеностекла путем механо- и щелочной активации исходных материалов, направленной на увеличение степени аморфизации структуры пород и снижение энергии активации процессов поризации при реакционном спекании композиций из стеклобоя и механоактивированных эффузивных пород в присутствии щелочного компонента,
установлено что на формирование структуры и свойств пеностекол в значительной степени оказывают влияние соотношение в шихте стеклобоя, перлита и- пород с содержанием кристаллических фаз (нефелинового сиенита и базальта), продолжительность механоактивации компонентов, темнературно-временные режимы кристаллизации и вспенивания, содержание и вид добавок-катализаторов,
доказано, что рост содержания стеклобоя приводит к снижению количества щелочного компонента в системах "стеклобой - перлит", "стеклобой - перлит - нефелиновый сиенит", "стеклобой - перлит-базальт", повышению термостойкости и химической стойкости пеностекол,
показано, что в качестве критерия, обеспечивающего высокопористую структуру пеностекол, может быть использован коэффициент связности кремнекислородного каркаса в виде разности мольных долей/= R20 - R203 и установлена квадратичная зависимость плотности пеностекол от этого структурного фактора,
- установлены способы и режимы механообработки в зависимости от
содержания и вида применяемых компонентов, обеспечивающие
мелкопористую структуру пеностекла и рост показателей его физико-
механических свойств,
получены зависимости средней плотности, прочности, теплопроводности пеностекол от вязкости стекломассы в области температур вспенивания и определены значения коэффициента вязкости, обеспечивающие оптимальную поровую структуру пеностекла,
- с применением методов математического планирования и
статистической обработки экспериментальных данных получены
многофакторные квадратичные зависимости физико-механических
свойств пеностекол от соотношения исходных компонентов, содержания
гидроксида натрия и перлитовой воды, количества воды затворения,
концентрации щелочного раствора, а также от температурно-временных
режимов вспенивания и кристаллизации, которые положены в основу
оптимизации технологии получения изделий из пеностекол,
- с помощью методов ДТА, РФА, ИК и микроскопических
исследований определен фазовый состав пеностекольных композиций на
различных стадиях технологического процесса, что позволило
установить рациональные температурные режимы вспенивания и
кристаллизации пеностекол, способствующие упрочнению пеностекла,
- на основании термодинамических расчетов определен фазовый
состав пеностекол на основе эффузивных пород и стеклобоя в
присутствии щелочного компонента и микродобавок и экспериментально
доказано, что при введении в состав стеклошихты Микродобавок Ті02,
Zr02, Cr203, NaF и цинково-свинцового концентрата указанные
микродобавки могут выступить как в роли интенсификаторов процесса
поризации, так и в роли интенсификатора кристаллизации стекломассы,
в микроструктуре пеностекол обнаружены соединения известково-натриевого-силикатного состава (масс %) 63,45 65,62 Si02, 14,69 19,54 СаО, 12,15 12,58 Na20 и новообразования в виде аналогов щелочных алюмосиликатов состава (масс %) 6,11 7,25 Na20, 13,32 14,29 А1203, 72,04 75,28 8Ю2, 3,89 4,6 КаО, 0,8 l,2Fe203
Практическая значимость.
Разработана технология получения пеностекол с использованием стеклобоя с подшихтовкой из разновидностей перлитовых пород и эффузивной породы с кристаллической структурой (нефелиновым сиенитом и базальтом) при реакционном -спекании их с гидроксидом натрия,
В результате реализации разработанной технологии с применением механохимической активации и на основании выявленного влияния микродобавок и технологических приемов предварительного и повторного нагрева при обжиге на структуру и свойства пеностекол получены
пеностекольные мелкоштучные блоки плотностью 400 - 500 кг/м3 и прочностью 6,5 - 7,5 МПа и теплоизоляционные плиты плотностью 250 - 400 кг/м3 и прочностью 4,3 - 6,5 МПа с использованием композиций в системе "стеклобой - перлит",
пеностекольные мелкоштучные блоки плотностью 520 - 945 кг/м3 и прочностью 7,5 - 12,0 МПа и теплоизоляционные плита плотностью 400 - 600 кг/м3 и прочностью 3,1 - 5,5 МПа с использованием композиций в системе "стеклобой - перлит - базальт",
пеностекольные мелкоштучные блоки плотностью 775 - 820 кг/м3 и прочностью 5,0 - 8,8 МПа и теплоизоляционные плиты плотностью 500 - 535 кг/м3 и прочностью 2,2 - 4,5 МПа с использованием композиций в системе "стеклобой - перлит - нефелин-сиенит"
Практические результаты и научная новизна работы защищены патентами РФ
Внедрение результатов исследований. Результаты проведенных исследований позволили апробировать и внедрить в производство технологии теплоизоляционных плит и теплоизоляционных мелкоштучных блоков с использованием стеклобоя в сочетании с механоактивированными эффузивными породами
Для широкого внедрения результатов работы в строительстве при возведении теплоизоляции и стеновых ограждающих конструкций разработан технологический регламент "Производство изделий из пеностекол на основе стеклобоя и эффузивных пород"
Выпущены опытно-промышленные партии пеностекол . в производственных условиях на предприятиях ООО "Загорск-стройматериалы" и ООО "Улан-Удэ стекло" Республики Бурятия
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке бакалавров, инженеров и магистров, в курсовом и дипломном проектировании в ВСГТУ
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
докладывались на 14 Международных конфере.нциях и симпозиумах, 2
Академических чтениях РААСН, 9 Всероссийской и Региональной
конференциях, на 10 университетских научных конференциях, в том
числе VI российско - польском семинаре "Теоретические вопросы
строительства" (Варшава-Улан-Удэ, 1997), VII международном
симпозиуме по высокотемпературной химии силикатов (г С -Петербург,
1998), ХШ международном семинаре "Строительные и отделочные
материалы Стандарты XXI века" Азиатско-Тихоокеанской Академии
материалов (Новосибирск, 2006), международных конференциях
"Долговечность и защита конструкций от коррозии" (Москва, 1999),
"Фундаментальные проблемы комплексного использования природного и
техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных
материалов" (Апатиты, 2003), "Кинетика и механизм кристаллизации"
(Иваново, 2004, 2006), International Conference on Rational Utilization of
Natural Mineral (Uiaanbaatar, Mongolia, 2005), международных научно-
практических конференциях "Качество, безопасность, энерго- и
ресурсосбережение в промышленности строительных материалов и
строительстве на пороге XXI века" (Белгород, 2000),
"Энергосберегающие и природоохранные технологии" (Томск-Улан-Удэ,
2005), "Современные технологии в промышленности строительных
материалов и стройиндустрии" и "Проблемы экологии наука,
промышленность, образование" (Белгород, 2005, 2006), международных
научно-технических конференциях "Композиционные строительные
материалы" (Пенза, 2002), "Современные проблемы строительства и
реконструкции зданий и сооружений" (Вологда, 2003), Всероссийских
научно-технических конференциях "Новые технологии добычи и
переработки и природного сырья в условиях экологических ограничений"
(Улан-Удэ, 2004), "Современные инновационные технологии и
оборудование" (Тула, 2007), Всероссийских научно-практических
конференциях "Экологобезопасные технологии освоения недр
Байкальского региона современное состояние и перспективы" (г Улан-
Удэ, 2000), "Строительное материаловедение - теория и практика"
(Москва, 2006), Всероссийских молодежных научно-технических
конференциях "Молодые ученые Сибири" (Улан-Удэ, 2003, 2004),
межрегиональных научно-практических конференциях "Строительный
комплекс Востока" России" (Улан-Удэ, 1999), "БАМ на территории
Бурятии история строительства, ее роль в1 ^хозяйственном ^освоении
региона" (Улан-Удэ, 1999), "Научный и инновационный потенциал
Байкальского региона глазами молодежи" (Улан-Удэ, 2002), научных конференциях преподавателей и научных работников ВСГТУ (Улан-Удэ, 1996-2007), Академических чтениях РААСН в области строительного материаловедения "Новые научные направления в строительном материаловедении" (Белгород, 2005), Десятых Академических чтениях РААСН "Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения" (Пенза-Казань, 2006)
Под руководством автора защищены 2 диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
На защиту выносятся*
закономерности и критерии формирования структуры пеностекол на основе стеклобоя и минерального сырья в присутствии щелочного компонента и микродобавок-катализаторов,
результаты теоретических и экспериментальных исследований по разработке составов и технологии изготовления теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструкционных пеностекол на основе стеклобоя с подшихтовкой из механоактивированных эффузивных пород при реакционном спекании их с гидроксидом натрия,
- механизм влияния изменения энергетического состояния
стеклобоя и эффузивных пород в результате механоактивации на
формирование структуры и свойства пеностекол,
зависимости свойств пеностекол от оксидного и вещественного состава исходных пород и стеклобоя, от реологических характеристик алюмосиликатного расплава, а также от технологических факторов,
математические модели технологии пеностекол с регулируемыми свойствами на основе рассматриваемых в работе видов минерального сырья, стеклобоя и микродобавок,
результаты исследований физико-технических свойств пеностекол на основе эффузивных пород и стеклобоя,
- результаты внедрения и опытно-промышленных испытаний
Публикации.
По материалам диссертационной работы опубликовано 48 работ, в том числе 7 статей в научных журналах по списку ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации, издана 1 монография и получены 2 патента
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, общих выводов, библиографии из 337 наименований и приложений Работа изложена на 415 страницах текста, включающих 126 рисунков, 65 таблиц
