Введение к работе
Актуальность работы
В последнее время сложилась острая потребность в новых стеновых материалах, обладающих повышенными теплозащитными свойствами. Постановлением Минстроя РФ № 18-81 от 11.08.95 г. принято и введено в действие изменение № 3 к СНиП П-3-79хх "Строительная теплотехника" об увеличении термического сопротивления теплопередаче Ro^ на первом этапе (с 1.10.95 г.) в 1,5 раза, а на втором этапе (с 1.01.2000 г.) в 2,5 раза. В связи с этим широко выпускаемые отечественной промышленностью стеновые материалы, такие как глиняный обжиговый и силикатный кирпич и даже легкие бетоны, не могут обеспечить повышенных требований по теплозащите помещений без значительного увеличения толщины стен.
Как отмечено выше, новые строительные нормы предусматривают резкое увеличение теплозащиты зданий. Решение этой задачи возможно несколькими путями. Основополагающий из них включает разработку и освоение новых конструкционно-теплоизоляционных материалов и конструкций, способных обеспечить требуемый уровень теплозащиты при сохранении прежних проектных решений зданий. Поэтому в последние годы все большее число исследований посвящено разработке новых технологий, обеспечивающих получение материалов с пониженной теплопроводностью и использование их в новых конструктивных решениях стен.
Примером такого материала может служить конструкционно-теплоизоляционная порокерамика (ПК) - перспективный материал с высокими физико-механическими показателями, термосопротивляемостью, огнестойкостью. Существует возможность изготовления ПК с плотностью от 250 до 1000 кг/м3 в зависимости от назначения материала в конструкциях. Например, эффективно использование теплоизоляционной ПК в наружных ограждающих панелях в качестве термовкладышей, а конструкционно-теплоизоляционной ПК - в самонесущих стенах гражданских и жилых зданий, в том числе малоэтажных и усадебного типа.
Целью работы является разработка технологии получения эффективных теплоизоляционных и конструкцонно-теплоизоляцнонных порокерамических изделий из шихты на основе глин Северо-Кавказского региона для стеновых ограждающих
конструкций, обладающих прочностью 1,0-10,0 МПа, экологической чистотой, негорючестью и повышенными теплозащитными свойствами, а также изучение их основных физико-механических, деформационных и теплотехнических характеристик.
На зашиту выносятся:
-результаты оценки влияния химического состава шихты на свойства ПК;
- составы шихты на основе глин Северо-Кавказского региона России с добавками
стекловидных плавней;
оптимальные температурно-временные режимы обжига и охлаждения ПК;
результаты выбора материала для изготовления термостойких форм;
данные исследования фазового состава, структурных особенностей, общей и дифференциальной пористости ПК;
результаты изучения физико-механических, теплотехнических и гидрофизических свойств ПК (прочность при сжатии, модуль упругости, коэффициент теплопроводности, сорбционная влажность, паропроницаемость, водопоглощение, водопроницаемость, морозостойкость);
результаты опытного производства изделий из ПК;
технико-экономические показатели эффективности от внедрения результатов научных исследований на производстве.
Научную новизну работы составляет комплексное решение задачи создания эффективных порокерамических элементов: стеновых блоков и теплоизоляционных плит, методом вспучивания шихты при скоростном высокотемпературном обжиге в специальных формах из новых термостойких материалов по определенному режиму термообработки, включающее в себя:
-данные об особенностях шихты на основе глин Северо-Кавказского региона и
природных стекловидных плавней; -специальные температурно-временные режимы скоростного обжига и остывания, обеспечивающие получение порокерамических изделий с повышенными эксплуатационными свойствами: низкой плотностью при достаточно высокой прочности и улучшенными теплозащитными свойствами;
-новые функциональные зависимости коэффициента вспучивания глин шихты и плотности ПК от температуры обжига и гранулометрического состава глинистого сырья; -экспериментальные данные о физико-механических, деформационных и теплозащитных характеристиках ПК, в зависимости от ее состава и технологических режимов изготовления;
-новые данные о влияние фазового состава и общей дифференциальной пористости на прочность и теплопроводность ПК, а также билогарифмические линейные зависимости площади пор от их периметра (фронтальный фактор), по которым можно оптимизировать технологический процесс получения ПК с заданными физико-механическими характеристиками;
-предложения по материалу форм для обжига ПК, основанные на теоретических исследованиях и практических экспериментах.
Достоверность полученных результатов обеспечена тем, что экспериментальные исследования шихты, физико-механических и деформационных свойств ПК, а также материала для форм выполнены на основе современных методик, а их надежность в необходимых случаях оценена вероятностно-статистическими методами.
Практическое значение работы заключается в том, что
-разработана и опробована в промышленном режиме технология изготовления стеновых порокерамических блоков плотностью 500-800 кг/м и теплоизоляционных плит плотностью 300-500 кг/м3 на базе глинистого сырья Черкесского месторождения, обладающих повышенными теплозащитными свойствами;
- получен комплекс данных, необходимых для проектирования и изготовления ограждающих конструкций с применением порокерамических изделий плотностью 300-800 кг/м3;
-разработан технологический регламент на изготовление стеновых порокерамических блоков прочностью 4,5-8,0 МПа и плотностью до 800 кг/м3;
-расчетами показано, что применение порокерамических блоков плотностью 500-800 кг/м3 в стеновых конструкциях взамен традиционных материалов позволяет снизить
толщину стен в 1,5-3 раза, а применение теплоизоляционных плит-вкладышей плотностью 300-400 кг/м3 в кирпичной кладке или в трехслойных железобетонных панелях позволяет сократить толщину стен в 1,5-2 раза; - технико-экономическими расчетами доказана экономическая эффективность
применения порокерамических блоков в наружных стенах жилых зданий; -результаты работы используются на керамзитовом заводе фирмы "ТАМЭ-МММ" в г.
Черкесске. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались: на II научно-практической конференции преподавателей и аспирантов Карачаево-Черкесского технологического института в ноябре 1997г
Публикация. По результатам исследований опубликовано 5 работ и получено положительное решение по заявке на патент.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы из 121 наименований и приложения. Содержание изложено на 167 страницах машинописного текста, в том числе имеет 45 рисунков и 30 таблиц.
Автор благодарит Чентемирова М.Г. за помощь оказанную при постановке и выполнении исследований, а также за ценные замечания, сделанные по работе в целом.
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА Конструкционно-теплоизоляционная пористая керамика принадлежит к числу наиболее эффективных материалов для ограждающих элементов различного назначения. Низкая плотность, огнестойкость, малая теплопроводность, в тоже время достаточно высокая конструктивная прочность, позволяет считать порокерамику одним из наиболее перспективных материалов для строительства.
В мировой практике известно множество способов производства строительной пористой керамики. Это способ "выгорающих добавок", способ "химического порообразования", способ вспучивания массы путем термообработки в условиях высоких температур и т.д. В России работы по изготовлению пористых керамических изделий проводились в ряде организаций: НИИТешюпроекте, НИИСтройкерамике, ВНИИСтроме,
ЦНИИЭПСельстрое, НИИКерамзите и других организаций, и нашли отражение в работах многих советских и российских ученых: А.И. Августинника, В.Н. Большакова, П.П. Будникова, ИА.Гервидса, Ю.П. Горлова, Г.И. Еворенко, И.И. Китайгородского, В.Д. Китаицева, О.П. Мчедлова-Петросяна, Р.Б. Оганесяна, СП. Онацкого, О.И. Пономарева, МИ. Рогового, СБ. Черепанова, М.Г. Чентемирова и многих других. Однако ни один из разработанных способов не нашел практического внедрения из-за присущих им недостатков: сложности и ненадежности технологической схемы, несбалансированного химического состава шихты, отсутствия надежного материала форм, пониженных эксплуатационных характеристик порокерамики и др. Наиболее реальной и перспективной, по нашему мнению, является технология получения порокерамики при скоростном (до 1,5 час.) высокотемпературном обжиге-нагреве (1050-1185 С) в формах из жаропрочных материалах по специально подобранным режимам. В отличие от способов получения порокерамических материалов, путем введения выгорающих или порообразующих химических добавок в состав шихты, подпрессовки вспученных пористых гранул с легкоплавкими опудривающими добавками и т.п., метод скоростного обжига глинистого сырья обеспечивает образование ячеистой структуры, отличающейся высокой удельной прочностью и морозостойкостью, низкими теплопроводностью, газо- и водопроницаемостью.
