Введение к работе
Актуальность работы. Необходимость рационального использования топливно-энергетических ресурсов, повсеместное ухудшение экологической обстановки, 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 экс-плутационных затрат в строительстве.
Приемлемым способом реконструкции существующих и строительства новых зданий может служить утепление ограждающих конструкций с внешней стороны высокоэффективными теплоизоляционными материалами. 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 широко использовать в строительстве.
Поэтому разработка качественного теплоизоляционного материала, обладающего защитно-декоративными свойствами и высокими эксплуатационными характеристиками, является одной из важнейших задач, стоящих перед промышленностью строительных материалов.
Цель работы. Разработка составов и технологии теплоизоляционного композита на основе пеностекла с защитно-декоративным покрытием по лицевой поверхности для наружной изоляции ограждающих конструкций зданий.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
исследовать возможность получения стекломатрицы, пригодной для синтеза покрытия на поверхности пеностекла в системах RO (CaO, MgObB203-Si02, Al203-B203-Si02, RO - Al20j—Si02, PbO— B203—Si02 и Na20 - B203 - Si02;
методом математического планирования эксперимента определить области оптимальных составов покрытий, обеспечивающих сцепление покрытия с подложкой;
разработать составы защитно-декоративных покрытий для нанесения на поверхность теплоизоляционных материалов;
- исследовать физико-химические особенности формирования
покрытий на поверхности пеностекла и установить структурно-
морфологические особенности композиции пеностекло-покрытие;
- провести расчет технико-экономических показателей производ
ства теплоизоляционного композита на основе пеностекла с защитно-
декоративным покрытием;
- по результатам исследований разработать нормативные доку
менты на теплоизоляционный композит.
Научная новизна работы представлена следующими основными результатами:
установлены оптимальные составы стекломатриц для получения защитно-декоративных покрытий теплоизоляционного стеклоком-позита в системах R20-RO-B203-Si02, R20-B203-Si02-Ti02 при соотношении Si02: В203 менее 7,2 или суммарном содержании R20> 35 мас. %., имеющих близкое с подложкой (теплоизоляционное пеностекло) значение температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР), в следующих областях содержания оксидов, мас.%: R20 -17-28, В203 -5-26, Si02 -33-55, RO- 1-2
методом математического моделирования разработана модель, описывающая зависимость прочности сцепления покрытия с подложкой в системе покрытие-пеностекло от соотношения Si02: В203 и массового содержания щелочных оксидов, на основе которой разработаны химические составы и температурно-временной режим обжига покрытий. Комплексом физико-химических методов (РФА, ДТА, оптическая микроскопия) установлено, что теплоизоляционный композит, полученный по разработанной модели, имеет ту же структуру и теплофизи-ческие показатели, что и исходное пеностекло.
установлено, что защитно-декоративные покрытия формируются на поверхности теплоизоляционного пеностекла при температуре обжига 550-600С и выявлено, что при выбранном режиме термообработки сцепление в системе покрытие-пеностекло происходит за счет контактного слоя, образующегося в результате проникновения расплава в полости высокопористой поверхности подложки (100-200 мкм) и образования кристаллических фаз в контактном слое в результате химического взаимодействия оксидов покрытия и пеностекла.
доказано, что нанесение защитно-декоративного неорганического силикатного покрытия на поверхность теплоизоляционного пеностекла повышает на 1,5-2 МПа прочность стеклокомпозита вследствие химического взаимодействия в контактном слое стеклообразую-щих оксидов и оксидов-модификаторов, входящих в состав покрытия и теплоизоляционного пеностекла.
Практическая ценность работы.
разработаны химические составы стекломатриц защитно-декоративных покрытий для теплоизоляционного стеклокомпозита.
предложенная технология защитно-декоративного покрытия на поверхности высокопористых теплоизоляционных материалов позволяет 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.
разработан температурно-временной режим нанесения покрытий на поверхность пеностекла. Комплексом физико-химических ме-
тодов исследований установлено, что нанесение покрытий по данному режиму не изменяет структуру и теплофизические характеристики пеностекла.
- использование стеклокомпозита с защитно-декоративным по
крытием с плотностью ниже 200 кг/м3 в качестве наружной изоляции
зданий позволит снизить нагрузку на фундамент, а следовательно, об
легчит конструкцию фундамента и снизит материалоемкость в строи
тельном комплексе.
- подготовлена заявка на способ получения теплоизоляционного стеклокомпозита с защитно-декоративным покрытием по лицевой поверхности, стандарт организации СТО «Теплоизоляционный композит на основе пеностекла с защитно-декоративным покрытием», технологический регламент на изготовление изделий из теплоизоляционного композита на основе пеностекла с защитно-декоративным покрытием.
расчетом ожидаемого экономического эффекта показано: годовой экономический эффект при изоляции 50000 м2 ограждающих конструкций зданий и сооружений составит 13748780 руб. в год.
результаты исследовании внедрены в учебный процесс (выполнено 4 дипломных проекта и 5 курсовых работ).
Внедрение результатов исследования.
Теоретические положения диссертационной работы, результаты экспериментальных лабораторных исследований используются в учебном процессе (лекционных курсах, УНИРС и при выполнении квалификационных работ) при подготовке инженеров строительного материаловедения, образцы прошли испытания на ОАО «Гомельстек-ло».
Апробация работы. Результаты работы были представлены на следующих научно-технических конференциях, совещаниях, симпозиумах:
Международный Интернет-форум молодых ученых, аспирантов и студентов «Инженерные и технологические исследования для устойчивого развития», Москва, 2005-2006 г.; III Международная научно-практическая конференция «Проблемы экологии: наука, промышленность, образование, Белгород, 2006 г.; 1-я Международная научно-техническая конференция-совещание «СтеклоТехнолог-ХХІ-І», БГТУ им. В.Г. Шухова, 2006 г.; Международная научно-техническая Интернет-конференция «Актуальные проблемы менеджмента качества и сертификации», БГТУ им. В.Г. Шухова, 2006 г.; Международная научно-практическая конференция «Научные исследования, наносисте-мы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии», Белгород, 2007; VI Международная молодежная научно-техническая конференция «Будущее технической науки», Нижний Новгород, 2007 г.; Выставка «Ресурсо- 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.; 2-я Международная научно-техническая конференция-совещание «СтеклоТехнолог-ХХІ-И», БГТУ им. В.Г. Шухова, 2008 г.; Всероссийская научно-практическая конференция «Молодые ученые - науке и производству», 2008 г., 4-ая Международная конференция «Стекло-прогресс-XXI», Саратов, 2008 г; Международная научно-практическая конференция «Высокотемпературные материалы и технологии в XXI веке», Москва, 2008 г, II Семинар-совещание ученых, преподавателей, ведущих специалистов и молодых исследователей «Керамика и огнеупоры: перспективные решения и нанотехнологии», Белгород, 2009 г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах и в 7 электронных сборниках, из них 3 в изданиях, рекомендованном ВАК. Получено положительное решение по формальной экспертизе заявки на изобретение № 2009104671/20 (006178) от 11.03.2009 г.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического описания литературных источников 141 наименование. Работа изложена на 196 страницах машинописного текста, включающего 37 таблиц, 44 рисунка и 7 приложений на 42 страницах.
Автор выражает глубокую благодарность заведующей кафедрой технологии стекла и стеклокристаллических материалов, доктору технических наук, профессору, академику Российской академии естествознания, Заслуженному работнику высшей школы РФ Минько Нине Ивановне за помощь в постановке, проведении и оформлении диссертационной работы.
