Содержание к диссертации
Условные обозначения 7
Введение 9
Глава 1. Анализ опыта производства в стране и за рубежом строительных керамических материалов пониженной плотности и теплопроводности 17
1.1. Состояние вопроса в производстве пористых, пустотелых и пустотело-пористых стеновых материалов плотностью 600-1900 кг/м3 17
1.2. Анализ требований к выбору сырья и опыта регулирования свойств для производства пустотелых и пустотело-пористых стеновых керамических изделий 24
1.2.1. Требования к кирпично-черепичному сырью 24
1.2.2. Опыт регулирования макроструктуры, средней плотности и теплопроводности эффективных керамических стеновых материалов введением в шихты выгорающих и пористых минеральных добавок 30
1.2.3. Изучение опыта регулирования структуры и прочности пористой керамики путем активации глинистого сырья 355
1.2.3.1. Механическая активация глины 35
1.2.3.2. Химическая активация глин как способ оптимизации микроструктуры и повышения качества керамического черепка 39
1.2.3.3. Влияние химических добавок на формирование новообразований и структуру керамического черепка 45
1.3. Анализ причин низкого качества традиционного керамзита 52
1.4. Изучение опыта производства пено-, газо-, порокерамических материалов и легких бетонов на обжиговой связке плотностью от 100 до 1200 кг/м 57
1.4.1. Особенности производства пенокерамики 57
1.4.2. Опыт производства газокерамики 63
1.4.3. Опыт производства порокерамики 68
1.4.4. Опыт производства легких бетонов на обжиговой связке 70
1.5. Разработка классификации способов производства пено-, газо-, порокерамических материалов и легких бетонов на обжиговой связке 71
1.6. Улучшение свойств пористой керамики через регулирование параметров его порового пространства 73
1.6.1. Анализ методов исследования пористости строительных материалов 73
1.6.2. Изучение основных принципов оптимизации порового пространства и межпоровых перегородок пористых строительных материалов 75
Выводы по главе 1 81
Глава 2. Объекты и методы исследований 86
2.1. Материалы, использованные в исследованиях -3
2.1.1. Глины и их свойства S6
2.1.2. Добавки 93
2.2. Методика исследований, приборы и оборудование 95
2.2.1. Определение и прогнозирование теплопроводности пустотело пористой керамики с помощью нового ПК «БАЗА-ТЕПЛОПРОГНОЗ 1.0» 95
2.2.2. Методика оценки порового пространства керамических материалов с помощью нового ПК «СТРУКТУРА» 97
2.2.3. Методика рентгенофазового анализа 102
2.3. Разработано нестандартное оборудование, использованное в исследованиях 103
2.3.1. Устройства и приспособления для формования шарообразных сырцовых гранул 103
2.3.2. Устройства для неразрушающего контроля 106
2.3.2.1. Оценка однородности и прочности разработанных материалов 106
2.3.2.2.Методика ультразвукового определения деформативных и прочностных свойств образцов 107
2.3.2.3 Разработанные приспособления для ультразвукового контроля 107
2.3.2.4. Оригинальные приборы для неразрушающего контроля свойств шарообразных образцов 108
2.4. Методика определения деформативных свойств материалов 114
2.5. Устройства для сушки и обжига керамических образцов и изделий 115
Выводы по главе 2 118
Глава 3. Разработка научных и технологических основ управления структурой н свойствами эффективных стеновых керамических материалов плотностью от 600 до 1000 кг/м3 120
3.1. Расчет требуемых показателей пористости, средней плотности и предела прочности при сжатии черепка пустотело-пористых стеновых материалов со средней плотностью от 600 до 1000 кг/м3 и пустотностью от 13 до 55% 120
3.2. Влияние вида и содержания выгорающих добавок на свойства шихты и керамического черепка на основе различных глин 127
3.2.1. Влияние вида и содержания выгорающих добавок на свойства шихты 127
3.2.2. Влияние вида и содержания выгорающих добавок на свойства керамического черепка 129
3.3. Механо-химическая активация сырья, выгорающих и химических добавок и ее влияние на свойства шихты и черепка на их основе 136
3.3.1. Влияние механической активации глин на свойства шихты и черепка 136
3.3.2. Влияние химической активации на механоактивированной глине на свойства шихты и керамического черепка 142
3.4 Установление механизмов формирования при обжиге прочного черепка в присутствии натрий и алюминийсодержащих добавок 152
4 3.5. Регулирование характера порового пространства черепка путем воздействия на состав шихты комплексной добавкой 160
3.6. Моделирование структуры черепка пустотело-пористой керамики по критерию теплопроводности 169
3.6.1. Схемы моделей 169
3.6.2. Исследование теплопроводности и морозостойкости пустотело пористых керамических изделий 174
3.6.2.1. Прогнозирование теплопроводности пористых и пустотело-пористых изделий расчетным способом 174
3.6.2.2. Лабораторная проверка результатов расчета теплопроводности по эмпирическим формулам 177
3.6.2.3. Оценка теплопроводности пустотело-пористой керамики с помощью нового ПК «База-Теплопрогноз 1.0» 1
3.7. Разработка методологии регулирования теплофизических свойств пористых стеновых керамических материалов 187
3.8. Повышение морозостойкости пустотело-пористых материалов 199
3.9. Оптимизация свойств пустотело-пористых керамических материалов 202
Выводы по главе 3 205
Глава 4. Разработка требований к основным свойствам ячеистых керамических материалов 207
4.1. Разработка требований к основным свойствам пенокерамики 207
4.2. Расчет «коэффициента технологичности» 209
4.3. Разработка требований к основным свойствам газокерамики 215
4.4. Разработка требований к основным свойствам порокерамики 221
4.5. Разработка требований к основным свойствам БОС 226
4.6. Установление приоритетности развития производства в РФ ячеистых керамических материалов 231
Выводы по главе 4 234
Глава 5. Разработка научных и технологических основ управления структурой и свойствами особо легкого керамзита с насыпной плотностью 150-300 кг/м3 235
5.1. Регулирование структуры полуфабриката и свойств керамзита шарообразной формы увеличением давления прессования сырца
5.2. Исследование структуры, однородности и деформативности керамзитобетона на основе КШФ 251
5.2.1. Исследование микроструктуры конгломерата 251
5.2.2. Формирование структуры и свойств бетона на основе КШФ 256
5.2.3. Оценка однородности и деформативности бетона на КШФ 258
5.3. Методология управления свойствами и структурой керамзита 262
5.3.1. Регулирование прочности КШФ легированием сырьевой смеси корректирующими добавками 262
5 5.3.2. Факторы, обуславливающие возможность направленного регулирования свойств керамзита ОТА 267
5.3.3. Регулирование свойств КШФ введением в смесь ОГП 269
5.3.4. Управление макроструктурой керамзита 275
5.3.5. Разработка методики управления характером порового пространства керамзита и ее расчетно-графическая визуализация 281
5.4. Исследование влияния структуры КШФ на его термическое сопротивление 286
5.5. Особенности новых технологий получения легкого керамзитового гравия
с повышенным выходом в смеси песчаной фракции 303
Выводы по главе 5 308
Глава 6. Разработка научных и технологических основ управления структурой и свойствами контактно-спеченной и вспученной керашитокерамики 311
6.1. Лабораторная апробация технологии изготовления контактно-спеченной керамзитокерамики на основе керамзита шарообразной формы 311
6.2. Разработка технологии изготовления вспученной керамзитокерамики и методики регулирования ее структуры и свойств 3
6.2.1. Получение вспученной керамзитокерамики на основе трепела. 313
6.2.2. Оценка пригодности керамзитовых глин для получения вспученной керамзитокерамики 316
6.2.3. Регулирование прочности керамзитокерамики за счет формирования вариатропной структуры черепка 323
6.3. Выбор материала и конструкции форм для обжига изделий ВКК 330
6.3.1. Конструктивные особенности обжиговых печей и форм ; 330
6.3.2. Обжиг массива, в огнеупорных формах с разборной стенкой 334
6.3.3. Обжиг в формах с передвижными перегородками 337
6.4. Управление пористостью и свойствами вспученной керамзитокерамики 341
6.4.1. Регулирование порового пространства черепка путем увеличения давления прессования полуфабриката из хорошо вспучиваемых глин 341
6.4.2. Регулирование порового пространства черепка путем увеличения давления прессования полуфабриката из средневспучиваемых глин 356
Выводы по главе 6 365
Глава 7. Разработка основных принципов моделирования пористой керамики при эксплуатации во влажных условиях 369
7.1. Разработка базы модели 369
7.1.1.Исходные данные для формирования модели и принятые допущения369
7.1.2. Определение основных характеристик модели 370
7.1.3. Разработка структурной модели 373
6 7.2. Разработка имитационных моделей поведения пористо-капиллярной структуры эффективных керамических материалов в изменяющихся влажностньгх условиях эксплуатации 373
7.2.1. Модель 1 374
7.2.2. Модель II 380
7.2.3. Модель III 384
7.2.4. Модель IV 387
7.3. Сравнительная оценка работы моделей при различных режимах эксплуатационной влажности 391
7.4. Определение ценоэффективности структурных составляющих модели 398
Выводы по главе 7 405
Общие выводы 406
Список использованных источников 409
Приложения 432
Приложение 1. Научные и технологические основы производства пенокерамических материалов плотностью от 100 до 1200 кг/м3 433
Приложение 2. Научные и технологические основы производства порокерамических материалов плотностью от 100 до 1200 кг/м3.../. 440
Приложение 3. Научные и технологические основы производства БОС плотностью от 100 до 1200 кг/м3 443
Приложение 4. Разработанная классификация способов производства ячеистых керамических материалов 446
Приложение 5. Свидетельство об официальной регистрации программы дляЭВМ №2004611087 «Структура» , 451
Приложение 6. Акт об использовании изобретения № 996895 «Устройство для контроля физко-механических характеристик сферических тел» 452
Приложение 7. Акт выпуска опытно-промышленной партии особо легких пустотело-пористых кирпичей плотностью менее 1000 кг/м3, изготовленных по технологии, предложенной в патенте РФ за № 2240294 453
Приложение 8. Акт опытно-промышленных испытаний по выпуску пенокерамических материалов на обжиговой связке 462
Приложение 9. Акт промышленной апробации выпуска высокопористых керамических материалов с плотностью 150-1000 кг/м 478
Приложение 10. Акт о промышленном выпуске и результаты испытаний основных свойств опытной партии керамзита шарообразной формы и бетонов с их использованием 485
Приложение 11. Акт о внедрении результатов исследований «Керамзит повышенного качества, содержащий алюмонатриевую добавку» 495
Приложение 12 Способ получения керамзита пониженной насыпной плотности путем его обжига в среде золы ТЭЦ-2 500
Приложение 13. Протокол испытаний образцов из пористой керамики 504
Приложение 14. Физико-механические и теплофизические свойства ППК 507
Приложение 15. Линии равных уровней прочности ППК 508
Приложение 16. Свидетельство об официальной регистрации базы данных «База-теплопрогноз 1.0» №2004620058 511
Приложение 17. Справки экономического эффекта 512
Введение к работе
В настоящее время и в обозримом будущем экономия энергоресурсов является приоритетом мирового уровня в различных областях человеческой деятельности, особенно в сфере создания среды жизнеобеспечения [1].
Недавно Европейский парламент и Совет Европейского союза разработали Директиву по энергетическим характеристикам зданий, обязательную для применения во всех странах, входящих в Европейский союз [2]. Целью директивы является улучшение энергетических параметров жилых зданий с учетом местных климатических условий. Ильичев В.А. в работе [3] отмечает, что в 1995г. в докладе Римскому клубу группой зарубежных специалистов была выдвинута новая идея решения экологических проблем с одновременным повышением эффективности потребления природных ресурсов - жить в два раза лучше и в то же время тратить в два раза меньше ресурсов, предложив так называемый фактор четыре, получаемый удвоением богатства при двукратной экономии ресурсов. Фактор четыре предлагает новый подход к прогрессу, ставя во главу угла увеличение продуктивности ресурсов. Речь идет об уменьшении потребления энергии в разы, а не на проценты. Гч
Госстрой России и РААСН заняли активную позицию по вопросам энергосбережения в зданиях. Новые нормативные требования [4] к теплозащите зданий, разработанные НИИСФ РААСН с участием других организаций и утвержденные Госстроем РФ, регламентировали принципы поэтапного снижения расходов тепловой энергии на отопление зданий с тем, чтобы за пять лет снизить уровень энергопотребления зданий не менее, чем на 40%.
Исходя из этого следует, что сегодня в мире и стране проблема повышения теплозащитных свойств ограждающих конструкций зданий -одна из актуальнейших задач в строительстве. Решение задачи резкого повышения теплозащиты зданий, что предусматривают современные строительные нормы, возможно несколькими путями. Основным из них является разработка и освоение новых теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов и изделий, способных обеспечить требуемый уровень теплозащиты при сохранении прежних проектных решений зданий. Сложившиеся экономические условия в стране предопределяют новый подход к выбору эффективных строительных материалов для жилищного строительства [5]. Поэтому в последнее время сложилась острая потребность в новых стеновых материалах, обладающих повышенными теплозащитными свойствами.
Анализ публикаций по разработке новых видов пористой стеновой керамики в стране и за рубежом показал, что их проектирование и внедрение возможно по следующим направлениям. На кирпичном глинистом сырье -это высокопустотная и пустотело-пористая керамика, газо- и пенокерамика с использованием эффективных современных пено- и газообразователей, а также изделий с ячеистой структурой, получаемых путем частичного вспучивания пиропластического расплава. На керамзитовом сырье - это ультралегкие ячеистые керамические материалы, получаемые за счет термоудара и значительного вспучивания при этом пиропластического расплава.
Крупные производители строительной керамики в Европе в 70-е годы прошлого столетия, когда ячеисто-бетонные блоки начали вытеснять с рынка строительства керамические стеновые материалы, сделали ставку в основном на производство крупноразмерных керамических камней и блоков повышенной пустотности с поризованным черепком. Изделия имели коэффициент теплопроводности в пределах 0,14-0,33 Вт/(м-К) при средней плотности 600-1100 кг/м3, механическая прочность 5-15 МПа. Производство таких изделий на душу населения в РФ на порядок уступает производителям в Германии, Испании, Австрии, Бельгии, Италии, Китая и т.д.
Установлено [277] что при использовании ограждающих конструкций с термическим сопротивлением R=3 (м2-К)/Вт экономия топлива за отопительный сезон может достигать 5 кг условного топлива на 1 м2 стены. Сравнительные расчеты экономической целесообразности производства путотелых поризованных блоков [277,278] в зависимости от вида и количества поризующей добавки позволяют снизить расход топлива по сравнению с автоклавными ячеисто-бетонными блоками плотностью 550 кг/м3 на 27-38 кг усл. топлива.
В РФ блоки пустотностью 45%, средней плотностью 770-1000 кг/м , теплопроводностью 0,17-0,26 Вт/(м-К) выпускает предприятие «Победа-ЛСР» в Санкт-Петербурге.
Несмотря на определенные достижения в производстве пустотелых и пустотело-пористых керамических изделий и имеющийся определенный опыт их производства в стране и за рубежом, идет очень медленное их внедрение в регионах России, в особенности высокопористых, обеспечивающих ресурсо- и энергосбережение как в процессе их производства, так и эксплуатации. Это связано с необходимостью привязки современных технологий к местному сырью, которое имеет свои особенности, оптимизации составов шихт, их регулирования, а, следовательно, соответствующей корректировки технологических режимов производства. Кроме того, необходимо проведение комплексных исследований на уровне структурных изменений, происходящих вследствие изменения характеристик сырья и технологических параметров. Для эффективных керамических материалов, обладающих высокой пористостью (свыше 60-80%), следует особое внимание уделить изучению влияния характера макроструктуры в виде порового пространства и микроструктуры на физико-механические и эксплуатационные свойства, в особенности теплофизические, так как этот параметр оказывает решающее влияние на энергоэффективность изготовленных из этих материалов ограждений. В то же время, установление корреляционной связи между параметрами структуры, теплофизическими свойствами и исходными свойствами сырья, добавок и параметрами технологии является многопараметрической и сложной задачей, для решения которой необходимо привлечение компьютерного материаловедения. Баженов Ю.М., Воробьев В.А. и Илюхин А.В. [279] отмечают, что в настоящее время кардинального изменения понятий и подходов к строительным материалам, происходит полный переход от эмпирической отрасли к научному строительному материаловедению. Это потребовало создания единой теории структурообразования и свойств строительных материалов, а для математического описания влияния структурных составляющих на свойства материала привлечения и внедрения компьютерных технологий. При этом любая решаемая задача должна разделяться на два направления -моделирование структуры композита и на основании полученной модели структуры моделирование и расчет свойств композитов в зависимости от свойств исходных компонентов и их объемных концентарций в готовом материале. Воробьев В.А. и Илюхин А.В. [280] считают, что краеугольным камнем компьютерного материаловедения является модель структуры композита, поэтому задачу молелирования и исследования свойств композитов предлагается разделять на два направления: структурное и структурно-зависимое. Структурное компьютерное материаловедение направлено на понимание процессов формирования внутренней структуры композитов и изучает взаимодействие отдельных элементов. Моделирование структуры материала позволяет получать цифровые модели материала, хранящиеся в памяти компьютера, и учитывает особенности конкретных материалов, например, размер пор, их упаковку, размер кристаллических новообразований и т.д. Такие модели должны строится на основе вероятностно-геометрической концепции [281], когда процесс формирования структуры материала имитируется процессами случайной упаковки элементов. Вторая задача моделирования и исследования свойств композитов - это структурно-зависимое моделирование, исследующее влияние различных факторов на физико-механические и эксплуатационные (прочностные, теплофизические, газовлагопроницаемости и т.д.) свойства.
Поэтому актуальной задачей является не только разработка научных и технологических основ производства высокопористых керамических материалов, изучение их структуры и свойств, но и разработка научных и технологических основ управления их структурой и свойствами, в том числе с применением компьютерного моделирования, обеспечивающих создание эффективной энерго- и ресурсосберегающей строительной керамики с оптимальными свойствами и структурой на основе наиболее распространенных в РФ видов глин.
Баженов Ю.М. и Рахимов Р.З. [282] отмечают, что сегодня перспективным направлением в области строительного материаловедения является развитие компьютерного материаловедения в части оптимизации составов строительных материалов и технологических режимов и процессов их производства. Кроме того, ими подчеркивается, что в свете реализации программ по энерго- и ресурсосбережению, перспективными являются исследования по созданию заданой пористости керамических материалов и разработке теоретических аспектов влияния пористости на прочность и теплопроводность.
В связи с этим представляет интерес использование опыта производства ячеистых бетонов пониженной плотности на минеральных вяжущих для развития более эффективных материалов - ячеистой керамики, которая при прочих равных свойствах превосходит ячеистые бетоны по морозостойкости и долговечности. При этом необходимо расширить номенклатуру эффективных керамических материалов в сторону снижения их плотности менее 800 кг/м путем разработки новых технологий, обеспечивающих выпуск изделий с теплопроводностью менее 0,2 Вт/(м-°С). Несмотря на то, что в настоящее время все большее число исследований посвящено разработке новых технологий, обеспечивающих получение материалов с пониженной теплопроводностью и использование их в новых конструктивных решениях стен [6-10], до настоящего времени ни в мире, ни в РФ не разработана совершенная технология производства конструктивно-теплоизоляционных и теплоизоляционных высокопористых керамических материалов, имеющих структуру ячеистых бетонов.
В настоящее время наблюдается интенсивное расширение номенклатуры керамических материалов [11-14], как за счет расширения разнообразия по геометрическим размерам, формам, цвету [15], так и за счет улучшения качественных характеристик материалов и изделий: повышения марочности по прочности [15-18], снижения плотности и теплопроводности [15,19,20], повышения кислото- и щелочестойкости, огнестойкости и огнеупорности, долговечности и т.д.
Хотя основной строительной керамической продукцией в России является конструкционный штучный кирпич, камни и блоки с плотностью более 1300 кг/м3, все большим спросом начинают пользоваться облегченные конструкционно-теплоизоляционные стеновые изделия с плотностью 400-1000 кг/м3, а также теплоизоляционные с плотностью менее 400 кг/м . В связи с этим актуальным является развитие производства широкой номенклатуры эффективных керамических материалов.
В настоящей работе представлены данные анализа результатов технологических и теоретических разработок, результаты лабораторной и опытно-промышленной апробации возможности производства различных эффективных керамических строительных материалов:
• - конструкционных с плотностью - 900-1900 кг/м ,
• -конструкционно-теплоизоляционных - 500-800 кг/м3,
• -теплоизоляционных -100-400 кг/м3 Исследованы и разработаны научные положения механизма формирования микро- и макроструктуры с учетом распределения пор различной размерности в объеме черепка применительно к рассмотренным выше пористым и высокопористым эффективным керамическим материалам.
Представлены результаты разработки на их основе научных и технологических основ управления структурой и свойствами энерго- и ресурсосберегающей строительной керамики, анализ результатов экспериментов и их обобщение в части исследования формирования микро- и макроструктуры и влияния на них различных технологических факторов.
Цель исследований; разработка научных и технологических основ управления структурой и свойствами при производстве пустотело-пористых и ячеистых (от 100 до 1200 кг/м3) энерго- и ресурсосберегающих конструкционных, конструкционно-теплоизоляционных итеплоизоляционных керамических материалов из типичных кирпично-черепичных и керамзитовых глин, модифицированных различными выгорающими и химическими добавками в виде вторичных продуктов промышленности и сельского хозяйства.
Для достижения цели в исследованиях были поставлены следующие задачи:
• изучение и анализ опыта производства особо легких эффективных керамических материалов в стране и за рубежом и установление наиболее перспективных направлений их развития;
• изучение сырьевой базы, анализ известных и разработка уточненных требований к выбору сырья и добавок для производства эффективной строительной керамики;
• лабораторно-технологическая апробация производства эффективных керамических материалов на основе местных глин и наработка данных для формирования научных и технологических основ управления их свойствами и структурой;
• разработка программного комплекса для исследования порового пространства и структуры разработанных материалов в системах «микропоры-резервные поры-макропоры» и «поры-стеклофаза-кристаллические новообразования»;
• разработка методики и программного комплекса для расчета теплопроводности пустотело-пористой и ячеистой керамики;
• разработка научных и технологических основ управления структурой и физико-техническими свойствами энерго- и ресурсосберегающих керамических материалов;
• установление научно-обоснованных базовых нормативных требований к основным свойствам конструкционных, конструкционно-теплоизоляционных и теплоизоляционных ячеистых керамических материалов;
• разработка методологии моделирования поведения пористой керамики в условиях эксплуатационной влажности и прогнозирования ее теплофизических свойств;
• промышленная апробация результатов исследований. Научная новизна
1. Разработаны научные основы управления структурой энерго- и ресурсосберегающей пустотело-пористой и ячеистой строительнойкерамики, базирующиеся на установленных закономерностях двухуровнего изменения параметров структуры: на макроуровне - регулированием порового пространства в системе «микропоры - резервные поры макропоры», на микроуровне - регулированием структуры черепка в системе «поры - стеклофаза — кристаллическая фаза». Сформулированы принципыинтенсификации процессов формирования пористого черепка за счет комплексного введения в шихту выгорающих добавок растительного
происхождения, легирующих Na- и АІ-содержащих добавок и оптимизации режимов формования полуфабриката, обеспечивающих ускорение процессов высокотемпературного структурообразования.
2. Разработан программный комплекс «Структура», позволяющий для пустотело-пористой и ячеистой керамики определять динамику трансформации дифференциальной пористости черепка при изменении сложных составов шихт. На основе этого установлены закономерные взаимосвязи в системе «состав - поровое пространство - структура», полученные построением новых структурных моделей в системах «микропоры — резервные поры — макропоры», «поры-стеклофаза — кристаллические новообразования» («Поры-СФ-Кр.Ф»). Это позволило разработать методологию изменения и управления структурой пористой керамики путем введения в состав шихт комплексных модифицирующих добавок, и на основе этого разработать технологию получения энерго- и ресурсосберегающих пустотело-пористых и ячеистых керамических материалов с высокими физико-техническими свойствами. Впервые расчетно-графическим методом на треугольных диаграммах показана возможность регулирования структуры керамики по перемещениям фигуративных точек и областей расположения «порового облака» и структурных составляющих черепка.
3. Разработан программный комплекс «База-Теплопрогноз 1.0», обеспечивший расчет теплопроводности воздуха в порах в зависимости от их размеров и на основе этого расчет теплофизических свойств пустотело пористых и ячеистых керамических материалов. Это позволило установить взаимосвязи в системе «состав - поровое пространство - структура термическое сопротивление» и разработать методологию управления теплофизическими свойствами керамики при изменении ее состава, структуры и технологии. Установлено, что введение в состав шихт комплексных добавок и увеличение давления прессования полуфабриката позволяет управлять физико-техническими свойствами и производить энерго- и ресурсосберегающую пустотело-пористую и ячеистую керамику с высокими теплофизическими свойствами, из которых создавать эффективные ограждающие конструкции зданий и сооружений. Впервые расчетно-графическим методом на треугольных диаграммах показана возможность регулирования теплофизических свойств керамики по траекториям перемещениям фигуративных точек и областей расположения «термического сопротивления» с изменением состава шихт и давления прессования полуфабриката.
4 Лабораторно-технологическими и опытно-промышленными исследованиями установлены технологические основы целенаправленного регулирования структуры пустотело-пористой и ячеистой строительной керамики в системах «микропоры- резервные поры - макропоры» и «Поры стеклофаза - кристаллические новообразования» («Поры- СФ- Кр.Ф»):
- для пустотело-пористой керамики (ПИК) путем изменения соотношения структурных составляющих в черепке за счет механо-химико-термической активации шихт на основе средне-, умеренно или малопластичных кирпично-черепичных глин и комплексных добавок, включающих выгорающие (опилки, шелуха гречихи, древесная пыль) и химические (гиббсит и подмыльный щелок);
- для высокопористых ячеистых изделий в виде І керамзита шарообразной формы (КШФ), новых блочных высокопористых изделий вспученной керамзитокерамики (ВКК) и контактно-спеченной керамзитокерамики (КСКК), путем изменения соотношения структурных составляющих в черепке на основе бездобавочны активированных добавками хорошо-, средне или слабовспучиваемых керамзитовых глин, за счет использования комплексного эффекта «механо-химико-термической активации», увеличения авления при прессовании сырцовых шарообразных гранул до 5-25 МПа.
5 Выявлено, что при химико-термической активации обеспечивается дополнительное повышение пластичности шихт и оптимизация ее гранулометрии за счет введения мелкодисперсной гиббситсодержащей добавки и раствора подмыльного щелока (ПЩ), которые при обжиге обеспечивают дополнительное повышение марочности кирпича на 1-2 марки, за счет раннего формирования муллита, армирующего стеклофазу.
6. Разработана методология моделирования изменения теплофизических свойств пористой керамики в условиях различной эксплуатационной влажности. Путем имитационного моделирования увлажнения порового пространства черепка изучены особенности функционирования и взаимосвязи отдельных ее блоков, дана инженерная интерпретация модели. Анализ данных эксперимента позволил установить зависимости изменения теплофизических свойств пористой керамики от условий ее увлажнения.
7. Установлены научно-обоснованные базовые нормативные показатели прочности, водопоглощения и теплопроводности для ячеистых керамических материалов в интервале средней плотности от 100 до 1200 кг/м . Для этого в расчетах введено новое понятие «коэффициента технологичности» в виде некоей константы, связывающей между собой изохорные зависимости изменения свойств ячеистой керамики и средней плотности, полученные авторами при различных технологиях.
8. Разработан новый класс особо легких керамических материалов в виде КШФ (150-300 кг/м3), блочных высокопористых изделий ВКК (197-800 кг/м3), КСКК (300-500 кг/м3) и технология их получения, основанная на эффекте значительного увеличения вспучиваемости при термоударе с 200 400°С до 900-1200°С сырцовых шарообразных гранул, сформованных при повышенных давлениях прессования - 5-25 МПа. При этом ВКК получают синтезом технологии производства КШФ и керамического кирпича, где свежесформованные гранулы в виде свободной засыпки вспучиваются при обжиге в огнеупорных формах, а КСКК получают спеканием при обжиге в точках контакта обожженных гранул КШФ, пропитанных водными растворами Na- и А1-содержащих добавок. Разработан новый класс керамзита с повышенным выходом в товарной смеси песчаной фракции (до 35%), получаемой спеканием в печи глиняной мелочи шихты с частицами золгидроудаления ТЭЦ, подаваемых во вращающуюся печь одновременно с сырцовыми гранулами.
Автор выражает особую благодарность своему научному консультанту, доктору технических наук, профессору, член-корр. РААСН Рахимову Р.З. за помощь в постановке проблемы, полезные советы и консультации, а также кафедре ТСМиК КГАСУ, кафедре минералогии и петрографии КГУ и сотрудникам ФГУП «ЦНИИгеолнеруд», оказавшим большую помощь при проведении экспериментальных исследований.
