Введение к работе
Актуальность. Важнейшим направлением энергосбережения является сокращение тепловых потерь через ограждающие конструкции путём совершенствования теплоизоляционных покрытий.
Известно, что каждый 1mj теплоизоляции обеспечивает в среднем экономию 1,45 т условного топлива в год. Значимость этого резерва экономии топливно-энергетических ресурсов давно оценили промышленно развитые страны, где объем выпуска теплоизоляционных материалов и тешгонзолзщионно-конструкционных изделий постоянно растет.
В наиболее полной мере этим требованиям ресурсосбережения отвечают порисованные силикатные материалы.
В СНГ в основном развиты мощности по производству газобетона, поризация которого предусматривает применение дорогостоящего алюминиевого порошка и энергоёмкой операции - автоклавной обработки, В этой связи в последнее время выпуск газобетона практически полностью прекратился. Взамен импортируется технология пенобетона с использованием пеноконцентратов зарубежных фирм «Эдама» и «Неопор». -
Импортозамещение в производстве современных пенобетонов сдерживается недостаточной изученностью технологических проблем управления свойствами порнзованных силикатных материалов на основе отечественного пенообразователя.
Решение указанной проблемы направлено на реализацию:
Указа Президента Республики Казахстан от 6 сентября 1993 года Дг 1344 «О новой жилищной политике»;
Постановления Минстроя Республики Казахстан от 10 марта 1994 года «О внедрении на предприятиях стройиндустрии Республики Казахстан ячеистого бетона на основе пенообразователя «Neopor» и других эффективных материалов»;
Целевой программы Минстроя Республики Казахстан от 31 августа 1994 года «Об организации производства ячеистого бетона «Neopor» и организации строительства жилых домов по системе «Neopor», которые были выполнены по планам НИР Комитета по жилгацной и строительной политике МЭиТ Республики Казахстан {гос.регистр. № 01.95.00916, 01.95.00919,01.97.007785).
Целью работы является создание современных силикатных материалов с прогнозируемыми механо- и теплофизическими свойствами при одновременном решении экономических и экологических задач.
В связи с этим в работе предусматривалось решить следующие задачи: - создать пенообразователь на основе местного белкового сырья и определить его технические и технологические параметры;
- определить условия формирования устойчивости поризованных
силикатных материалов в зависимости от проектируемой плотности с
учетом установленных критериев качества пены;
- установить закономерности прогнозирования свойств поризованных
силикатных материалов различной плотности;
разработать технологические основы управления свойствами поризованных силикатных материалов яа основе обобщения установленных закономерностей и внедрить их в производство пеноматериалов.
Основные научные результаты н нх новизна: па специальности 05.17.11;
1. Разработан способ модифицирования гидролизованной крови
животных солями серной кислоты, вызывающие переход амидов из а- в
Р-форму (в ИК-спектре «ГК» смещение полос С=0, N-H связей и Амид-
II характеризуют реформу), сопровождаемых свертыванием вытянутых
форм белков, что повышает вязкость растворов и качественно изменяет
свойства строительных пен.
2. Установлено, что принципиальным недостатком традиционного
способа получения строительной жидкой пены при атмосферном давлении
(пеномешалка) является узкий интервал линейной зависимости объёма
пенообразовашш от объёма раствора, что ограничивало изменение
плотности пены в пределах до 66 г/л и соответственно плотности
пенобетона до 800 кг/м .
Выявлено, что при получении строительной жидкой пены с повышением давления до 0,8 МШ (пеногенератор), достигается постоянство указанной линейной зависимости в любом требуемом диапазоне, что позволяет варьировать плотностью пены в пределах 35-120 г/л.
3. Показано существенное повышение физико-механических
характеристик вяжущих на основе шлакощелочяых низкоосновных
силикатов введением в систему натриевых солей, образующих в
твердеющей системе труднорастворимые твердые соединения с
катионами кальция. Эффективность воздействия их коррелируется
последовательностью, обусловленной понижением рН среды
шлакожелочной системы и соответствующей ей процессу ускорения
основных реакций гидратации силикатов (твердые основания действуют
по принципу кислотно-основных катализаторов). Новизна решения
защищена авторскими свидетельствами №Хг 1232657; 1253963;
1310355.
4. Обнаружены особенности гидратации и твердения минеральных
вяжущих в дисперсной системе в присутствии жидких пен, которые
обусловлены изменением плотности:
модифицированные, вяжущие в тесте в присутствии малых концентраций пенообразователя (до 1 %) гидратируются в большей степени, чем при больших концентрациях. В пенобетоне гидратзпия модифицированных вяжущих ускоряется с повышением концентрации, а с понижением, наоборот - замедляется;
- средняя плотность пенобетона влияет не на качественный, а на количественный состав продуктов гидратации, структуру и морфологию новообразований, на кинетику физико-химических процессов, происходящих а пенобетоне; с понижением средней плотности пенобетона скорость гидратации цемента возрастает; содержание связанной воды в пенобетоне уменьшается с увеличением его плотности. В пенобетоне со средней плотностью 400 кг/м1 оно колеблется в пределах 12,8...28,7 %; при 1000 кг/м3 - 7,0...15,2 %; при 1400 кг/м3 - 6,3... 11,9 %; при 1800 кг/м3 -5.2...9,6 %;
По специальности 05.2S.05:
-
Получен отечественный пенообразователь на основе белкового сырья. С учётом его природы установлен концентрационный предел градиентов и технологические параметры, регулируя которые разработан оптимальный состав. Отечественный пенообразователь "Ниет" имеет вязкость оптимального состава при 2,5 %-ной концентрации - 0,0124 пуаз, что в 2 раза превышает показатель ПО «ПС» и несколько превышает показатели импортных аналогов.
-
Качество пены регламентируется показателями - осадкой и отходом жидкости (стойкость пены), универсальными для способов получения пены при различных давлениях, тогда как известные показатели - коэффициент использования пенообразователя и кратность пены -отвечают только способу получения пены при атмосферном давления (пеномешаяки).
-
Свойства пенобетояов (плотность и другие зависимые параметры) управляются плотностью пены, осадкой и отходом жидкости из пены, а также пластической прочностью растворной части, тогда как ранее только последний показатель являлся определяющим. При этом обнаружена автомодельность показателей стойкости и плотности пены с кинетикой пластической прочности раствора: чем выше плотность пены и соответственно ниже её стойкость, тем выше кинетика твердения и наоборот, что отвечает условию обеспечения устойчивости сформированной пеной начальной структуры пенобетонной смеси до получения заданной конечной прочности поризованной структуры пенобетона.
4. Дополнена методика подбора состава смеси для получения
пенобетонов с широким диапазоном плотности (400-1800 кг/м3), тогда как
известная методика корректна только для проектирования составов
пенобетонов с плотностью до 1200 кг/м3.
&
Методика учитывает все определяющие параметры пены, предложенные в работе, и сведена в номограмму, удобную для пользования.
Новизна технологических и технических решений защищена авторскими свидетельствами СССР №№ 1232657, 1253963, 1310355 и лредпатентами по заявкам №№ 970918.1 -2632/2; 980065.1-3362/2; 980064.1-3362/2; 960914.1-4653; 980136.1-3362/2.
Практическая цевпость. Разработана энергосберегающая, импортозамещающая технология производства теплоизоляционных, теплошоляциокно-конструкционных и конструкционных материалов из безавтоклавиого пенобетона, разработан способ приготовления белкового пенообразователя на местном сырье.
Получены теплоизоляционные, теплоизоляционно-конструкционные и конструкционные пенобетоны с плотностью 400-1800 кг/м3. Производство изделий из них возможно на обычных заводах без реконструкции и изменения технологии существующего производства.
"і-їізе^іазіе.вная "оаза внедрения рекомендуемой технологии пенобетона обеспечена восемью техническими условиями и двумя Инструкциями по изготовлению и применению пенобетонной смеси и изделий из нее.
Реализаций. Технология теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструкционных материалов из поризоаанных силикатных материалов освоена на КСМК-5 ЗАО МАК «Алматыгорстрой», КСМК-4 АО «Облтяжстрой», АО «Асфальтобетон» в г.Алматы. Общий экономический эффект от внедрения разработанной технологии составил 21,5 млн. тенге.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается результатами экспериментальных исследовании, выполненных с применением современных комплексных методов физико-химического анализа, сходимостью данных, полученных как в лабораторных, так и в производственных условиях и широким внедрением результатов работ в производство.
Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались на Республиканском научно-техническом совещании "Использование отходов химической промышленности и создание безотходных технологических процессов (Алма-Ата, 1980), на конференции молодых ученых «Новые разработки в технологии строительных материалов» (Киев, 1985), на Всесоюзной конференции «Ускорение научно-технического прогресса в промышленности строительных материалов и строительной индустрии» (Белгород, 1988), на Республиканском научно-техническом совещании «Интенсификация и повышение эффективности общественного производства на основе ускорения научно-технического прогресса» (Алма-Ата, 1988), на совещании молодых ученых, аспирантов а докторантов Петербургского Государственного университета путей сообщения (Санкт-Петербург, 1996)
на юбилейном научно-производственном семинаре «Строительные материалы из местного сырья» (Ашаты,199б), на юбилейной конференции «Состояние н перспективы в строительной науке» (Алмати, 1997), на Международной научно-практической конференции «Строительные и технологические проблемы» (Бишкек, 1997), на IV Международном конгрессе по цементу и бетонам {Пекин, 1998), на научных чтениях, посвященных памяти проф. О.П. Мчедлова-Петросяна (Харьков, 1998), на Международной научно-технической конференции (Шымкент, 1998).
Результаты работы неоднократно экспонировались на тематических выставках Министерства строительства Республики Казахстан и на международных выставках в г.Алматы в 1996-1998 г.г.
Публикация работы. Основное содержание работы опубликоаано в 44 печатных работах, в том числе двух книгах и 8 авторских свидетельствах и предварительных патентах.
Работа выполнялась в Алматинском НИИстромпроехте. Отдельные исследования проводились па кафедре «Инженерной химии и защиты окружающей среды» Санкт-Петербургского университета путей сообщения, в Санкт-Петербургском технологическом университете, Институте металлургии и обогащения, Институте химических наук, Казахском государственном университете, ПИЦ «Геоаналитика».
Структура н объем диссертации. Диссертация изложена на 297 страницах, состоит из введения, б глав, заключения, списка из 300 использованных источников, 19 приложений, 71 рисунка и 139 таблиц.
Положення, выносимые на защиту: по специальности 0S.17.11:
-
Физико-химические основы получения строительного пенообразователя.
-
Технологические основы получения строительной пены по двум способам вспенивания и особенности их влияния на формирование структуры поризованных материалов.
-
Особенности гидратации и твердения минеральных вяжущих в дисперсной системе в присутствии жидких пен.
по специальности 65.23.05:
-
Разработка качественных показателей пены, универсальных для способов получения пены при различных давлениях.
-
Методика подбора состава пенобетона, учитывающая качественные показатели пены и вяжущего.
-
Основные физико-механические, теплотехнические и эксплуатационные свойства поризованных материалов, результаты внедрения опытно-промышленных испытаний в производство и освоение технологии пеноматериалов.
