Введение к работе
Актуальность работы
Проблема размещения стекольных отходов в настоящее время весьма значима. При производстве стекла боем (при транспортировке, разгрузке, хранении, раскрое) уходит около 23 % от общей массы производимого стекла. Доля стеклобоя в массе бытовых отходов составляет 6%. Встает вопрос утилизации вторичного боя – стеклянного боя.
С экологической точки зрения стекло – трудно утилизируемый отход. Объемы неиспользованного стеклобоя в виде отходов занимают более 20% от общего количества. Поэтому применение стеклобоя в производстве строительных материалов – важное технологическое и экологическое решение.
Работа относится к области производства строительных материалов, а именно к составам полимерных и полимерсиликатных смесей, предназначенных для изготовления светопрозрачных изделий (для обустройства подземных переходов, складов, помещений общественных зданий и др.), работающих в условиях химически агрессивных сред, а также светопрозрачных элементов технологического оборудования, баковой аппаратуры (технологических ванн, баков, кислотохранилищ, отстойников) и могут быть использованы на предприятиях строительной, химической, металлургической, нефтехимической, энергетической индустрии.
Изучение процесса образования структуры и свойств сложных светопрозрачных многокомпонентных систем на основе полимерной и полимерсиликатной матрицы и упрочняющих компонентов (дисперсно-армирующие компоненты, наполнитель и заполнитель из стеклобоя), является инновационным и актуальным направлением в строительном материаловедении.
Актуальность темы определила цели и задачи работы.
Цель работы – разработать составы, изучить процессы структурообразования, свойства композиций на основе полимерной и полимерсиликатной матрицы, армирующих материалов, включающих дисперсно-армирующие компоненты, наполнители и заполнитель из техногенного сырья, и технологию их изготовления.
В соответствии с целью работы решались следующие задачи:
1. На основании анализа литературы теоретически обосновать использование полимерной и полимерсиликатной матрицы, дисперсно-армирующих материалов, техногенного сырья – стеклобоя, в строительных композитах.
2. Обосновать и выявить эффективность наноструктурного углеродного комплекса (НСУК), представляющего собой смесь графенов, нанотрубок, ветвящихся нанотрубок, наноколец, нанофракталов; наполнителя из стеклобоя, добавки полимера в многокомпонентной жидкостекольной композиции.
3. Обосновать и выявить эффективность степени наполнения полимерной матрицы, выбор вида отвердителя, применение НСУК, заполнителя из стеклобоя.
4. Оптимизировать составы жидкостекольной композиции (полимерсиликатного связующего), полимерсиликатного композита (бетона) на ее основе, полимерных композитов (бетона) на основе эпоксидного связующего используя методы математического планирования.
5. Исследование основных свойств жидкостекольной композиции (полимерсиликатного связующего): линейной усадки, прочности (на сжатие и растяжение при изгибе), светопроницаемости.
6. Исследование основных свойств полимерсиликатного и полимерного композита (бетонов): линейной усадки, прочности (на сжатие и растяжение при изгибе), светопроницаемости, химической стойкости.
7. Разработать технологический регламент изготовления изделий на основе жидкостекольной композиции (полимерсиликатном связующем).
Новизна проведенных исследований
- доказана возможность получения светопрозрачных многокомпонентных систем на основе полимерной и полимерсиликатной матрицы и армирующих компонентов, включающих дисперсно-армирующий материал, наполнители и заполнитель из стеклобоя;
- установлена эффективность применения НСУК;
- выявлены закономерности влияния составляющих полимерных и полимерсиликатных композитов на процессы структурообразования;
- выявлены закономерности и количественные зависимости влияния НСУК на физико-механические свойства жидкостекольной композиции;
- выявлены закономерности и количественные зависимости влияния составляющих компонентов на физико-механические свойства полимерных и полимерсиликатных композитов;
- установлено, что разработанные композиты обладают высокой стойкостью к химическому воздействию (воздействию кислот), по отношению к известным светопроницаемым материалам.
Практическая значимость работы
Расширена область применения техногенных отходов – боя стекла – в качестве наполнителя для жидкостекольного и полимерного связующего, заполнителя для полимерных и полимерсиликатных композитов (бетонов), что позволяет уменьшить количество неиспользованного стеклобоя в виде отходов, снизить экологический вред окружающей среде.
Разработаны составы полимерных и полимерсиликатных композитов – светопрозрачных многокомпонентных систем на основе полимерной и полимерсиликатной матрицы, армирующих компонентов: дисперсно-армирующий материал, наполнители и заполнитель из стеклобоя – для производства бетонов. Классы (марки) по прочности на сжатие – В25 (М350) для полимерсиликатных бетонов, В60 (М800) – В70 (М900) – для полимерных бетонов. Классы (марки) по прочности на растяжение при изгибе – Вtb 4,0 (Рtb 50) для полимерсиликатных бетонов, Вtb 8,0 (Рtb 100) и выше – для полимерных бетонов.
Автор защищает:
- разработанные составы светопрозрачных, химически стойких полимерных и полимерсиликатных композитов (бетонов);
- обоснование эффективности применения составляющих компонентов на полимерных и полимерсиликатных композитов (бетонов) на физико-механические свойства;
- зависимости прочностных свойств, деформативных свойств, водостойкости жидкостекольной композиции (связующего) и полимерсиликатных композитов, химических свойств полимерных и полимерсиликатных композитов (бетонов) от составляющих компонентов: НСУК, наполнителя из стеклобоя, добавки полимера, дисперсно-армирующих материалов, заполнителей.
Реализация и внедрение результатов работы
Результаты диссертационной работы получили внедрение в ООО «Тульский завод ЖБИ» (г. Тула) при изготовлении опытной партии светопрозрачных, химически стойких полимерных и полимерсиликатных изделий.
Апробация работы
Основные результаты работы были доложены и обсуждены на VI Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (г. Тула, 2005г.); VII Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (г. Тула, 2006г.); Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию Пензенского государственного университета архитектуры и строительства «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (г. Пенза, 2008г.); 4-ой международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Тула, 2008г.); Х региональной научно-технической конференции «Современные электротехнологии в промышленности центра России» (г. Тула, 2009г.); Х Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (г. Тула, 2009г.); 6-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики: материалы» (г. Тула, 2010г.).
Достоверность результатов обеспечена использованием стандартных методик, методов математического планирования эксперимента и статистической оценкой их результатов. Достоверность основных выводов работы подтверждена результатами производственных испытаний.
Публикации По теме диссертации опубликованы 20 работ, в том числе 4 статьи в журналах по Перечню ВАК РФ и патент на изобретение.
Структура и объем Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 125 источников, 2 приложений. Содержит 30 рисунков и 29 таблиц. Материал изложен на 175 машинописных страницах.
