Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время одной из самых высокопроизводительных в строительной индустрии является технология гипсовых вяжущих и изделий из них. Благодаря простоте, экономичности и небольшой энергоемкости производства гипсовых вяжущих (на производство 1 т портландцемента расходуется в 4,5-5 раз больше электроэнергии и топлива, чем на производство 1 т гипсового вяжущего) материалы на их основе являются одними из самых перспективных. Также необходимо отметить, что гипсовые изделия обладают рядом неоспоримых достоинств, таких как малая плотность, достаточная прочность, биологическая стойкость, несгораемость, низкая звукопроницаемость. Кроме того, гипсовые материалы обеспечивают оптимальный температурно-влажностный режим в любом помещении, т.е. способствуют поддержанию комфортного микроклимата в помещениях за счет хороших показателей паро- и воздухопроницаемости, способности поглощать лишнюю влагу из воздуха и отдавать ее при снижении влажности, обладают низкой тепло-проводностью. Важно и то, что им легко придать любую архитектурную форму, любой цвет. Все это позволяют вести строительство в наиболее экономичных, облегченных вариантах конструктивных решений. Более того, за последние десятилетия производство и применение гипса в высокоразвитых странах непрерывно возрастают.
В области производства и использования гипса накоплен огромный опыт. Однако его возможности все еще не исчерпаны. Поэтому одной из актуальных задач материаловедения является создание приборов и методов, обеспечивающих оптимальные условия для формирования структуры строительных материалов на его основе.
Одним из способов активации процесса твердения является применение методов, использующих влияние физических полей на воду затво-рения и строительные смеси. Однако существующие к настоящему времени методы такого типа обладают рядом недостатков, таких как низкий коэффициент полезного действия используемого устройства относительно массы, сложность конструкции оборудования. К тому же влияние внешних воздействий на гипсовые системы изучено недостаточно.
Таким образом, разработка инновационной технологии получения эффективных материалов на основе гипсового вяжущего, основанной на активации воды затворения и строительных смесей совместным механическим и электромагнитным воздействием вращающихся постоянных магнитов (магнитомеханическая активация), направленной на повышение качества изделий на основе гипсового вяжущего и экономию сырья при их производстве, является современной и актуальной. Также очевидно, что без выяснения природы и механизма влияния магнитомеханического воздействия на водосодержащие системы невозможно эффективно управлять созданием материалов на основе гипсового вяжущего с заданными свойствами.
Цель диссертационной работы - получение строительных материалов на основе гипсового вяжущего с повышенной прочностью; создание аппаратуры и инновационных методов для активации воды и растворных смесей на основе гипсового вяжущего совместным механическим и электромагнитным воздействием вращающихся постоянных магнитов, теоретическое и экспериментальное обоснование эффективности их использования.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
провести анализ существующих методов активации процессов, протекающих при структурообразовании строительных материалов на основе гипса, и разработать методику, обеспечивающую эффективную магни-томеханическую активацию воды затворения и строительных смесей на основе гипсового вяжущего;
определить оптимальный режим магнитомеханического воздействия на воду затворения и строительные смеси, для перевода их в более выгодное энергетическое состояние, обеспечивающее получение материалов на основе строительного гипса с повышенной прочностью;
-исследовать изменение физико-химических параметров воды затворения после магнитомеханического воздействия на неё;
-установить основные закономерности структурообразования строительных материалов на основе гипса при использовании магнитоме-ханической активации;
-исследовать прочностные характеристики затвердевшего материала, полученного, при использовании магнитомеханической активации.
Научная гипотеза диссертационной работы.
Предполагается, что в результате совместного механического и электромагнитного воздействия вращающихся постоянных магнитов (магни-томеханическая активация) на воду затворения и водогипсовую суспензию, изменяются свойства обрабатываемых систем, что приводит к изменению физико-химических процессов твердения, улучшению структуры гипсового камня, и как следствие, к повышению прочностных характеристик материала.
Научная новизна.
Впервые обоснована и реализована возможность получения эффективных материалов на основе гипсового вяжущего, при использовании совместного механического и электромагнитного воздействия вращающихся постоянных магнитов;
установлено, что использование активации воды затворения и водо-гипсовой суспензии совместным механическим и электромагнитным воздействием вращающихся постоянных магнитов приводит к сокращению времени от начала затворения гипсового теста до конца его кристаллизации;
обнаружено изменение количества и размеров кристаллов двуводного гипса образовавшихся при использовании предложенной методики активации воды затворения;
показано, что использование магнитомеханической активации воды затворения и водогипсовой суспензии приводит к увеличению прочности гипсового камня при сжатии до 38 %;
оптимизированы режимы активации воды затворения и водогипсовой суспензии с позиций получения материала с повышенными прочностными показателями.
Практическая значимость работы.
Показана возможность и перспективность получения строительных материалов и растворов на основе гипсового вяжущего с применением магнитомеханической активации, т.к. данное воздействие позволяет повышать прочностные характеристики строительных материалов на основе гипсового вяжущего.
Разработана и создана установка для активации воды затворения и растворных смесей, применяемых для получения эффективных строительных материалов на основе гипсового вяжущего, которая может быть использована в заводских лабораториях для определения оптимальных условий воздействия на конкретные растворные смеси.
Даны рекомендации по практическому применению совместного механического и электромагнитного воздействия вращающихся постоянных магнитов для проектирования промышленных смесителей.
Результаты исследований позволяют решать энергетические и экономические проблемы, связанные с производством строительных материалов на гипсовом вяжущем.
Достоверность полученных результатов теоретического и экспериментального исследования влияния магнитомеханического воздействия на воду, дисперсные системы на основе воды и свойства гипсового камня, изготовленного по предлагаемой методике, обеспечивается опорой на общие принципы физики, учетом современных достижений в теории и практике активации компонентов строительных смесей, использованием комплекса современных методов физико-химических исследований и оборудования, прошедшего метрологическую аттестацию, надежность результата оценена вероятностно-статистическими методами.
Основные положения, выносимые на защиту:
-теоретические и экспериментальные основы методологии, обеспечивающей улучшение свойств воды затворения и водогипсовой суспензии совместным механическим и электромагнитным воздействием вращающихся постоянных магнитов, направленной на получения гипсовых материалов с повышенными прочностными характеристиками;
-экспериментальные данные по изменению физико-химических свойств воды и водогипсовой суспензии при магнитомеханическом воздействии. Влияние магнитомеханической активации на протекание физико-химических процессов в гипсовых дисперсных системах;
-результаты исследований изменения прочностных характеристик гипсового камня, полученного при использовании метода магнитомеханической активации.
Реализация результатов исследований.
Результаты исследований использованы при изготовлении штукатурного раствора на предприятии ООО ИСК «Пензастроймонтаж».
Методические разработки и результаты научных исследований использованы в учебном процессе при чтении лекций по курсу «Химия воды и микробиология» в Пензенском государственном университете архитектуры и строительства.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы представлялись и докладывались на международной научно-технической конференции «Проблемы современного строительства» (г. Пенза, 2009 г.); международном научном форуме, международной научно-технической конференции молодых ученых и исследователей «Наука молодых - интеллектуальный потенциал XXI века Прикладные и фундаментальные науки» (г. Пенза, 2010 г.), «Наука молодых - интеллектуальный потенциал XXI века. Прикладные и фундаментальные науки» (г. Пенза, 2011 г.); международной студенческой научно-технической конференции «Студенческая наука -интеллектуальный потенциал XXI века. Архитектура и строительные науки» (г. Пенза, 2009 г.); международной научной конференции «Развитие теории и практики фундаментальных и прикладных исследований» (г. Пенза, 2009 г.); I региональной научно-практической конференции «Фундаментальные исследования в Пензенской области: состояние и перспективы» (г. Пенза, 2010 г.); V Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов» (г. Пенза, 2010 г.); международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современного строительства» (г. Пенза, 2011 г.); Тринадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и докторантов (г. Москва, 2010 г.); международной молодежной научной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам «Научному прогрессу - творчество молодых» (г. Йошкар-Ола, 2010 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 работ, из них в журналах по Перечню ВАК - 2.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка литературы из 157 наименований и приложений. Материал изложен на 162 страницах машинописного текста, включающих 44 рисунка, 20 таблиц.
Автор выражает глубокую благодарность д.т.н., профессору В.И. Калашникову, д.х.н. Н.Г. Вилковой за оказанную помощь в проведении экспериментальных исследований и научные консультации при выполнении отдельных разделов диссертационной работы.
