Введение к работе
Актуальность работы. Качественно новые требования к проектированию и строительству современного жилья привели к разработке государственной программы и нормативно-технических документов, направленных на решение задачи энергосбережения и снижения эксплутационных затрат в строительстве. Повышенные требования к тепловой изоляции зданий ставят перед проектировщиками новые задачи по повышению теплозащитных свойств.
Большинство из используемых в настоящее время утеплителей при монтаже на наружной поверхности ограждающих конструкций требуют нанесения на их поверхность защитных и декоративных слоев (отделка поверхности защитно-декоративными штукатурными растворами, облицовка керамической плиткой и т.д.). Большое разнообразие предлагаемых фасадных систем из-за нетехнологичности и высокой стоимости отделочных работ при монтаже теплоизоляции не позволяют их использовать в строительстве. Приемлемым способом реконструкции существующих и строительства новых зданий может служить использование стеновых материалов нового поколения.
Поэтому разработка наиболее эффективного стенового теплоизоляционно-конструкционного композита нового поколения, обладающего защитно-декоративными свойствами и высокими теплоизоляционными, прочностными и эксплуатационными характеристиками при снижении себестоимости производства и монтажа, является одной из важнейших задач, стоящих перед промышленностью строительных материалов.
Диссертационная работа выполнена в рамках внутривузовского гранта на 2012-2014 гг. «Геоника. Предмет и задачи. Реализация в строительном материаловедении».
Цель работы. Разработка высокоэффективного теплоизоляционно-конструкционного материала нового поколения на основе техногенного сырья с высокими теплоизоляционными и прочностными характеристиками для ограждающих конструкций зданий.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Разработать стекло матрицу, пригодную для получения теплоизоляционно-конструкционного композита с высокими теплоизоляционными и прочностными характеристиками.
-
Определить влияние состава и свойств компонентов пенооб-разующей смеси на процессы структурообразования теплоизоляционно-конструкционного материала.
-
Разработать способы повышения эффективности теплоизоляционно-конструкционного композита за счет армирования стекло матрицы высокодисперстными кристаллическими наполнителями и нане-
сения плазмохимическими методами защитно-декоративных покрытий на поверхность материала.
-
Исследовать физико-химические особенности формирования покрытий на поверхности теплоизоляционно-конструкционного композита и установить структурно-морфологические особенности композиции композит-покрытие.
-
Провести расчет технико-экономических показателей производства теплоизоляционно-конструкционного материала с защитно-декоративным покрытием.
-
По результатам исследований разработать нормативные документы на теплоизоляционно-конструкционный стеклокомпозит.
Научная новизна работы заключается в следующем:
сформулированы методологические принципы получения высокоэффективных теплоизоляционно-конструкционных материалов нового поколения, заключающиеся в том, что процессы структурообразования стеклокомпозитов и их физико-механические характеристики определяются дисперсностью компонентов пенообразующей смеси, направленной кристаллизацией подложки и прочностью сцепления плазмо-химических покрытий с основой;
обосновано влияние гранулометрического состава и дисперсности стеклобоя и газообразователя на интенсификацию процессов порообразования и формировании структуры теплоизоляционно-конструкционного стеклокомпозита . Выявлено, что при установленном оптимальном количестве газообразователя 0,9-1,1 мас.% и при удельной поверхности свыше 1000 м2/кг (1240-1270 м2/кг) образуется равномерная мелкопористая полидисперсная структура, снижается на 25-30% температура вспенивания пенообразующей смеси, повышается прочность на 30-35%, снижается водопоглощение на 40-50% (при нанесении плазмохимиче-ских покрытий на лицевую поверхность пеностекла), тем самым увеличивается долговечность стеклокомпозита.
установлен характер структурообразования теплоизоляционно-конструкционного стеклокомпозита на основе отходов обогащени, заключающийся в оптимизации гранулометрического состава и дисперсности стеклобоя и газообразователя, их взаимном влиянии на вспенивающую способность пенообразующей смеси и протекание процессов кристаллизации при вспенивании, что обусловлено высокоразвитой системой пор и состоянием поверхности. За счет содержания в составе отходов ММС железистых кварцитов Fe (II) и постоянного отношения CaO/FeO + Fe203 , обеспечивается необходимая вязкость для вспенивания и вводится необходимое количество железа и кальцийсодержа-щих компонентов. Это обеспечивает оптимизацию протекания реакций
при синтезе теплоизоляционно-конструкционного стеклокомпозита с заданными свойствами;
— предложен механизм формирования плазмохимических покрытий на поверхности теплоизоляционно-конструкционного стеклокомпозита на основе стеклобоя и техногенного сырья, заключающийся в повышении адгезии покрытия и подложки за счет диффузии и формирования между ними контактного слоя, имеющего стеклокристаллическую структуру. Прочность контактного взаимодействия в системе «покрытие-стеклокомпозит» определяется диффузией расплава в поверхностный слой подложки на глубину до 200 мкм с частичной кристаллизацией стеклофазы. Установлено, что оптимальная толщина плазмохимических покрытий на поверхности теплоизоляционно-конструкционного стеклокомпозита составляет 800-1200 мкм. Практическая значимость работы.
Разработан высокоэффективный теплоизоляционно-
конструкционный материал нового поколения, обладающий высокими прочностными и теплоизоляционными характеристиками
Обоснована возможность использования техногенного сырья в качестве компонента пенообразующей смеси при производстве высокоэффективных теплоизоляционно-конструкционных стеклокомпозитов , что позволило расширить сырьевую базу и уменьшить количество стеклобоя в составе по сравнению с традиционным пеностеклом, а, следовательно, снизить его себестоимость.
Установлено повышение прочностных характеристик теплоизоляционно-конструкционного стеклокомпозита за счёт армирования его структуры.
Разработаны технологический регламент, стандарт предприятия и
рекомендации по использованию техногенного сырья для получения
теплоизоляционно-конструкционного стеклокомпозита, технико-
экономическое обоснование эффективности их производства и внедрения результатов исследований.
Использование теплоизоляционно-конструкционного стеклокомпозита позволит расширить область применения пеностекла и снизить затраты при монтаже наружной изоляции зданий за счет отсутствия дополнительной стадии - нанесения штукатурного слоя на поверхность пеностекла для защиты от атмосферного воздействия.
Использование стеклокомпозита с плотностью ниже 250 кг/м3 в качестве наружной изоляции зданий позволит снизить нагрузку на фундамент, а следовательно, облегчит конструкцию фундамента и снизит материалоемкость в строительном комплексе.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на следующих научно-технических конференциях, совещаниях, симпозиумах:
Международная студенческая Интернет-конференция «Безопасность жизнедеятельности в техносфере», БГТУ им. В.Г. Шухова, 2007 г.; Региональная научно-практическая конференция «Молодые ученые - науке и производству», Старый Оскол, 2007 г.; Международная научно-практическая конференция «Научные исследования, наносисте-мы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии», Белгород, 2007; Научно-техническая студенческая конференция, посвященная 50-летию БГТУ им. В.Г. Шухова, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2007 г.; VI Международная молодежная научно-техническая конференция «Будущее технической науки», Нижний Новгород, 2007 г.; Выставка «Ре-сурсо- и энергосбережение», БелЭКСПОЦЕНТР, 2007 г.; Доклад на Научно-технической конференции, посвященной 50-летию БГТУ им. В.Г. Шухова, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2007 г.; Международная научно-практическая конференция «Эффекивные конструкции, материалы и технологии в строительстве и архитектуре», Липецк, 2007 г.; Международная научно-техническая Интернет-конференция «Актуальные проблемы менеджмента качества и сертификации», БГТУ им. В.Г. Шухова, 2008 г.; Международная научно-техническая Интернет-конференция «Актуальные проблемы менеджмента качества и сертификации», БГТУ им. В.Г. Шухова, 2010 г.; Международная научно-техническая Интернет-конференция «Актуальные проблемы менеджмента качества и сертификации», БГТУ им. В.Г. Шухова, 2012 г.;
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 10 печатных работах, из них 4 в издании, рекомендованных ВАК, в том числе и монографии и получен патент РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, описания материалов и методик исследования, экспериментальной части, общих выводов, библиографического описания литературных источников 180 наименование. Работа изложена на 187 страницах машинописного текста, включающего 52 таблицы, 49 рисунков и 4 приложений.
