Введение к работе
Актуальность исследований. Развитие строительного материало-едения как основы для создания новых перспективных технологий, ффективиых по критерию максимума энергосбережения, высокой эколо-ичности и эксплуатационной надежности строительных изделий сдер-ивается отсутствием достоверных сведений по кинетике и механизму идратации и структурообразования индивидуальных оксидных систем, вляющихся базой для разработки многокомпонентных строительных .омпозиций и технологий их получения. Решение этой проблемы позволит не только создать новые вяжущие вещества, но и выработать- ре-шендации по переработке и рациональному использованию оксидсо-іержащего минерального сырья.
Работа выполнялась в рамках межвузовской научно-технической [рограммы "Строительство" (утвержд. ТКНВШ РСФСР, приказ N 252 от :7.03.91), региональной НТП "Строительство и коммунальное хо-іяйство" (утвержд. Госкомобразования РФ),гранта по фундаментальным ^следованиям в области архитектуры и строительных наук (утвержд. іриказом Комитета по высшей школе РФ, приказ N 171 от 23.03.93)6. і также тематических планов Томской государственной архитектурно-троительной академии (ТГАСА) и НИИ строительных материалов при ТАСА.
Основная идея, положенная в основу диссертационных исследований, состоит в разработке научно обоснованных методов управления фоцессами гидратации и структурообразования индивидуальных оксид-[ых систем путем направленного регулирования их реакционной шособности.
Цель работы - состоит в установлении закономерностей процесів гидратации и структурообразования в системах, включающих окси-т двухвалентных металлов, и создании на этой основе новых строительных материалов различного технического назначения.
Для достижения этой цели ставились следующие задачи:
выявить закономерности элементарных актов взаимодействия жсида с водой;
установить закономерности физической, химической и механи-ієской активации в системах "оксид двухвалентного металла -вода", -жлючая добавки;
определить возможные области применения материалов гидрата-щонного твердения в зависимости от индивидуальных свойств оксидов;
разработать технологические приемы, необходимые и достаточ-
ные для создания эффективных строительных материалов и вяжущих веществ на основе оксидсодержащего минерального сырья.
Научная новизна: Разработаны теоретические положения направленного регулирования реакционной способности оксидов двухвалентных металлов, методы управления процессами их гидратации и струк-турообразования и способы переработки оксидсодержащего минеральногі сырья природного и техногенного происхождения в строительные материалы различного технического назначения. При этом:
обобщены экспериментально выявленные закономерности изменения физико-химических и технологических свойств оксидов двухвалент ных металлов в зависимости от условий структурообразования как в пластично-подвижном, так и в уплотненном состоянии и показано, что: а) при переходе от низкоконцентрированных пластично-подвижных композиций к высококонцентрированным искусственно уплотненным системам индукционный период структурообразования сокращается вплоть до его практически полного исчезновения: б) возможность оксидных сие тем твердеть и кинетически ' упрочняться в растворах агрессивных сред определяется соотношением величины поверхностного натяжения н границе раздела фаз в соответствии с правилом Антонова: в) чем выи энергия кристаллической решетки оксида, тем более мощное внешне энергетическое воздействие требуется для повышения его реакционно способности по отношению к воде:
показано, что в зависимости от значения диффузионно-кинетического параметра W, характеризующего степень использования внут-
' ренней поверхности вяжущего и предложенного нами в качестве критерия механизма твердения исследуемых систем, последний может быть как сквозьрастворным (W<0, 5), так и топохимическим (W>2,5), либс смешанным (0,5 - установлена закономерность чередования минимумов и максиму - установлено соответствие точек полюса кинетических кривы) рообразования - на оси ординат: - из всего многообразия кинетических кривых структурообразо- Практическая значимость работы: - выявлены теоретические и экспериментальные закономерности процессов гидратации и структурообразования оксидов двухвалентных металлов, представляющих собой базу для дальнейшего углубления и развития теории твердения вяжущих веществ, практики использования и переработки многокомпонентного оскисдсодержащего минерального сырья; разработана классификация и методология технологических подходов при создании новых строительных материалов на основе оксидов двухвалентных металлов; созданы материалы и способы их получения, позволяющие повысить надежность захоронения высокотоксичных веществ и радиоактивных отходов, включая соединения бериллия, кадмия, ртути и др. разработаны составы и способы получения вяжущих веществ и композиций на основе сырья природного и техногенного происхождения и определены условия их совместимости с традиционными строительными материалами по критерию химического сродства. Реализация результатов работы: разработаны составы и технологические линии производства 'зо лоблоков для колодцевой кладки, а также утеплителя и декоративной плитки из торфа, прошедших промышленные испытания в МПТК "Асиновская" (г. Асино) и КПД а/о ДСК. (г.Томск). Полученные результаты вошли в тематические планы ТГАСА и НИИ железобетона (г.Москва) и включены в учебные программы Томской государственной архитектурно-строительной академии, Томского политехнического университета и используются при чтении лекций по курсам "Химическая технология вяжущих веществ и материалов", "Строительные материалы". Автор защищает: совокупность научных положений, экспериментально установленных закономерностей и теоретических обобщений, которую можно квалифицировать как новое решение проблемы создания структур гидратационного твердения систем на основе оксидов элементов двухвалентных металлов. Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Республи- канской конференции по физико-химической механике дисперсных систем и материалов (Харьков, 29-31 октября 1980); на Всесоюзной научно-технической конференции "Применение лазеров в науке и технике" (Ленинград, 22-24 января 1981 г.); на 4 Всесоюзном совещании по гидратации и твердению цемента (Львов, 9-11 сентября 1981 г.); на Всесоюзном совещании по кинетике и механизму реакций в твердом теле " (Кемерово. 26-27 октября 1981 г.); на 8 Всесоюзной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике ( Ташкент, 31 мая-3 июня 1983 г.); на 2 Республиканской конференции по физико-химической механике (Одесса, 25-27 октября 1983 г.); на всесоюзном совещании по физико-химическим методам анализа (Киев. 22-24 ноября 1983 г.); на 1 Всесоюзной конференции по химическому сопротивлению материалов и защите от коррозии (Казань. 32-25 сентября 1985 г.); на Всесоюзном совещании по химии цемента (Москва-Черноголовка, 1985 г.); на Всесоюзной конференции "Коллоидно-химические проблемы экологии" (Минск, 28-30 мая, 1990 г.); на Зональной НТК " Композиционные строительные материалы с использованием отходов промышленности" (Пенза, 29-30 октября 1990 г.); на Международной научной коференции "Коллоидная химия и физико-химическая механика природных дисперсных систем" (Одесса, 20-25 сентября 1993 г.); на международной конференции "Современные проблемы строительного материаловедения", (г. Самара 23-26 мая 1995 г.); на международной научно-технической конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды", (г.Томск, сентябрь, 1995 г.), а также на региональной научно-практической конференции "Молодые ученые и специалисты в развитии производительных сил Томской области" (Томск, 1980, 1982 гг.)на региональной конференции ВХО им. Д.И. Менделеева, посвященной 150-летию со дня рождения Д. И. Менделеева (Томск. 19-21 февраля 1984 г.); на ежегодной итоговой конференции по итогам работы института химии твердого тела и переработки минерального сырья СО АН СССР (Новосибирск. 1980 г.); на заседаниях кафедры физической и коллоидной химии Томского государственного университета им. В. В. Куйбышева (Томск, 1979, 1980, 1993 гг.), кафедры технологии силикатов Томского политехнического университета (Томск, 1980, 1993 гг. ) кафедры химии Томской государственной архитектурно-строительной академии (Томск, 1978-1996 гг.), НИИ строительных материалов при ТГАСА (1990-1996 гг.); на первых Чемодановских чтениях "Актуальные вопросы строительного материале- ведения" (г.Томск. ТГАСА, март, 1996г.). Публикации. По теме диссертации опубликована одна монография в соавторстве с Д. И. Чемодановим и Н.Н. Круглицким, 60 статей, две из которых в Докладах Академии наук СССР, получено 70 авторских свидетельств и патентов Российской Федерации, Структура и объем диссертации. Работа объемом 411 страниц состоит из введения, литературного обзора с описанием методики эксперимента и методологии исследований (раздел 1), экспериментальной (разделы 2-4), теоретической (раздел 5) и прикладной (раздел 6) частей, основных выводов по работе, списка используемой литературы, включающего 511 наименований и приложения; содержит 196 страниц машинописного текста, 56 таблиц и 141 рисунок.
мов прочности структур твердения выражающаяся в периодическом пов
торении через каждые 8-10 элементов экстремумов на кривой структу
рообразования с возрастанием порядкового номера элемента, образую
щего оксид, и на этой основе предложены методы прогнозирования вя
жущих свойств в -двух- и многокомпонентных оксидных композициях;
структурообразования температурам плавления на оси абцисс и макси
мально возмажной прочности в системе при данных условиях структу-
вания дисперсных систем выделено четыре основных вида кривых, не
обходимых и достаточных для описания всех возможных типов тверде
ния оксидных композиций.Похожие диссертации на Формирование структур твердения при получении строительных материалов на основе оксидов двухвалентных металлов
