Содержание к диссертации
Введение 6
Состояние вопроса. Цель и задачи работы 13
Отделочные материалы и требования, предъявляемые к ним 13
Обоснование возможности использования стеклобоя в качестве
вяжущего при производстве отделочных материалов и изделий .... 20
Теоретическое обоснование возможности получения бесклинкер
ного вяжущего на основе стеклобоя 29
Цель и задачи исследований 39
Выводы и заключения по главе 1 40
Сырьевые материалы. Методики исследований 41
Характеристика сырьевых материалов 41
Методики исследований 43
Методика физико-механических исследований 43
Методика физико-химических исследований 49
Методика математического планирования эксперимента 52
Методика статистической обработки эксперимента 56
Выводы и заключения по главе 2 58
2 Исследование возможности получения бесклинкерного вяжуще-
59
го на основе стеклобоя
3.1. Влияние количества алюмосодержащей добавки на активность
бесклинкерного вяжущего 60
3.2.. Влияние количества активизатора твердения на активность бес
клинкерного вяжущего 61
3 2 Влияние удельной поверхности и количества активизатора твер-
дения на активность бесклинкерного вяжущего. Определение
оптимального состава бесклинкерного вяжущего
Влияние режима тепловлажностной обработки на вяжущие свойства бесклинкерного вяжущего 71
Исследование процессов гидратации и структурообразования бесклинкерного вяжущего 74
Выводы и заключения по главе 3 93
л Исследование основных технологических параметров получения
отделочных материалов и изделий из мелкозернистых бетонов
на основе бесклинкерного вяжущего
Определение оптимального состава мелкозернистых бетонов на основе бесклинкерного вяжущего для отделочных материалов и изделий 95
Влияние водо-вяжущего отношения на физико-механические свойства мелкозернистых бетонов на основе бесклинкерного вяжущего 107
4.3. Влияние расхода вяжущего и вида заполнителя на физико-
механические свойства мелкозернистых бетонов на основе бес
клинкерного вяжущего 112
4 л Исследование режимов тепловлажностной обработки мелкозер
нистых бетонов на основе бесклинкерного вяжущего
Влияние способа уплотнения на физико-механические свойства мелкозернистых бетонов на основе бесклинкерного вяжущего 121
Влияние технологических параметров на декоративные свойства отделочных материалов и изделий 127
л п Долговечность мелкозернистых бетонов на основе бесклинкер-
ного вяжущего
4.7.1. Прочностные свойства мелкозернистых бетонов на основе бес
клинкерного вяжущего 132
4 у 2 Морозостойкость мелкозернистых бетонов на основе бес-
клинкерного вяжущего
4.7.3. Стойкость мелкозернистых бетонов на основе бесклинкерного
вяжущего к агрессивным средам 138
4 о Особенности структуры мелкозернистых бетонов на основе
бесклинкерного вяжущего
Выводы и заключения по главе 4 153
5. Технология производства изделий из мелкозернистых бетонов
на основе бесклинкерного вяжущего. Технико-экономическое
обоснование эффективности производства 155
Основы технологии производства отделочных материалов и изделий из мелкозернистых бетонов на основе бесклинкерного вяжущего 155
Технико-экономическое обоснование эффективности производства 162
Выводы и заключения по главе 5 170
Выводы и заключения по работе 171
Литература 173
Приложения 190
Введение к работе
Важнейшей задачей, стоящей перед архитекторами, строителями и работниками промышленности строительных материалов, является повышение качества строительства, снижение материалоемкости, индустриализация строительных и, в первую очередь, отделочных работ, улучшение эксплуатационных и эстетических характеристик зданий. Это, в значительной мере зависит от отделки зданий и, следовательно, от отделочных материалов, применяемых с целью улучшения декоративно-художественного вида и повышения срока эксплуатации зданий и сооружений. Изделия для отделки и облицовки зданий, должны быть архитектурно выразительны, разнообразны, долговечны и не требовать в период эксплуатации зданий значительных затрат на поддержание красивого внешнего вида.
В настоящее время отделке и облицовке зданий и сооружений придается большое значение. Это связано с тем, что в свете современного понимания архитектуры отделку рассматривают не как "оформление", а как органически присущую и неотъемлемую в функциональном и художественном отношении часть архитектуры зданий и их комплексов. Отделочные материалы надо рассматривать, как одно из средств создания полноценной архитектуры, в которой объёмно-пространственное решение, отделка и оборудование составляют неразрывное и одновременно создаваемое целое. Отсюда определяющие функции и значение отделочных материалов и изделий. С этих позиций нужно рассматривать новые отделочные материалы и изделия, не только заменяющие традиционные, но и обладающие новыми, им присущими физико-механическими свойствами и художественно-декоративными качествами. Такие свойства и качества могут быть заранее заданы для большой группы новых искусственных материалов, в связи, с чем повышаются требования к промышленности строительных материалов, выпускающей отделочные ма-
териалы и изделия, а также требования к их номенклатуре, ассортименту и качеству.
Актуальность. Затраты на отделочные материалы и изделия составляют более половины общей стоимости строительно-монтажных работ. Поэтому с целью снижения затрат на капитальное строительство необходимо в первую очередь добиться существенного уменьшения затрат в производстве отделочных строительных материалов.
Приоритетными научно-исследовательскими работами являются те, которые направлены на всемерное ресурсосбережение и широкое внедрение промышленных отходов в производство строительных материалов [4-9, 20-22, 34, 35, 37-43,46-48, 97-104]. При этом особую ценность представляют работы, выявляющие новые возможности тех или иных отходов по созданию местных вяжущих веществ и строительных материалов на их основе. Это не только приводит к экономии природных ресурсов и улучшению экологической обстановки, но и резко снижает объемы перевозок сырья и материалов, а следовательно, снижает производственные затраты предприятий, производящих строительные материалы, и самих строительных организаций.
Значительным промышленным отходом, возможности переработки которого раскрыты еще не полностью, является бой щелочных искусственных стекол.
Вовлечение в хозяйственный оборот стеклобоя позволяет получать материал с высокими эксплуатационными и специальными свойствами, не уступающими, а иногда и превосходящими, свойства традиционно применяемых на основе портландцемента, решать экономические и экологические задачи.
Технология изготовления декоративного бетона на основе стеклобоя базируется на использовании существующих промышленных линий по про-
изводству цементного бетона, что позволяет получить значительный экономический эффект в сфере промышленного производства.
Решение проблемы повышения эффективности вяжущих свойств тон-коизмельченного стеклобоя и использование его как вяжущего при производстве мелкозернистых бетонов для отделочных материалов и изделий, может быть осуществлено путем комплексного использования потенциальных возможностей многотоннажных отходов стекла. Это позволит получить мелкозернистые бетоны с прочностью до 35 МПа, морозостойкостью более 300 циклов, водопоглощением до 8 % при минимальных трудовых, материальных и энергетических затратах.
Таким образом, создание и разработка составов и технологий изготовления новых отделочных материалов из мелкозернистых бетонов на основе бесклинкерного вяжущего, не уступающих по своим физико-техническим, декоративным и экономическим показателям традиционным, является актуальной задачей.
Цель работы - получение долговечного отделочного материала для наружной и внутренней облицовки зданий и сооружений на основе искусственных стекол.
В основу диссертации положена теоретическая предпосылка о том, что искусственные стекла, характеризующиеся высокой коррозионной стойкостью к действию физических и химических факторов окружающей среды, в тонкодисперсном состоянии при повышенных температурах и наличии щелочной среды, обладают вяжущими свойствами и способны давать материал с высоким коэффициентом белизны. В связи с этим возможно получение на их основе материалов и изделий для наружной и внутренней отделки и облицовки жилых и общественных зданий, а также промышленных сооружений.
Задачи исследований.
Разработать теоретические положения получения бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченного стеклобоя, алюмосодер-жащей добавки и щелочного активизатора.
Теоретически обосновать и практически подтвердить возможность использования бесклинкерного вяжущего для получения мелкозернистых бетонов и отделочных материалов и изделий на их основе.
Определить рациональные составы бесклинкерного вяжущего и мелкозернистого бетона на его основе.
Исследовать процессы структурообразования при твердении раствора синтезируемого бесклинкерного вяжущего вещества и мелкозернистого бетона на его основе.
Установить влияние технологических параметров производства на основные свойства бесклинкерного вяжущего и мелкозернистого бетона на его основе.
Разработать технологию производства мелкозернистых бетонов на основе бесклинкерного вяжущего.
Научная новизна работы. Развиты материаловедческие представления о твердении бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмель-ченных стеклобоя, алюмосодержащей добавки и щелочного активизатора.
Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность использования бесклинкерного вяжущего для производства мелкозернистого бетона.
Установлены основные зависимости свойств бесклинкерного вяжущего, мелкозернистого бетона и отделочных материалов и изделий от технологических параметров.
Идентифицирован качественный состав новообразований контактного слоя бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченных стеклобоя, алюмосодержащей добавки и щелочного активизатора.
Разработана технология производства отделочных материалов и изделий из мелкозернистого бетона на основе бесклинкерного вяжущего.
Практическое значение и реализация результатов работы. Определены рациональные составы бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченных стеклобоя, алюмосодержащей добавки и щелочного активизатора и мелкозернистого бетона на его основе для отделочных материалов и изделий.
Разработана технология, позволяющая изготавливать отделочные материалы и изделия из мелкозернистого бетона на основе бесклинкерного вяжущего на существующих заводах по производству бетонных и железобетонных изделий.
Доказана эффективность производства и применения отделочных материалов и изделий из мелкозернистых бетонов на основе бесклинкерного вяжущего.
Установлено, что использование бесклинкерного вяжущего при изго-товлении мелкозернистого бетона позволяет снизить себестоимость 1 м отделочных материалов и изделий по сравнению сім2 изделий из мелкозернистого бетона на основе портландцемента на 29,8 %.
Экологическая значимость. Экологическая значимость работы заключается в использовании крупнотоннажных отходов стеклобоя и отходов химической промышленности в технологии получения отделочных материалов и изделий из мелкозернистых бетонов на основе бесклинкерного вяжущего, что позволяет решать экологические проблемы наряду с расширением сырьевой базы производства отделочных материалов и изделий и обеспечением экономии энергетических ресурсов.
Внедрение результатов исследований. Опытно-промышленное опробование результатов исследований осуществлялось на заводе ОАО "Фирма ЖБИ-6" г.Волгограда и ОАО «Управление Фасадремонт Волгоградгорграж-данстрой». Из разработанного мелкозернистого бетона на основе бесклинкерного вяжущего выпущена партия фасадных плит.
Апробация работы. Диссертационная работа выполнялась в период с 2002-2007 гг. Основные положения диссертационной работы доложены на международных, всероссийских и внутривузовских научных конференциях и семинарах в том числе: III Международной научно-технической конференции "Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций" (Волгоград, 2003 г.); научно-практической конференции "Стратегия развития архитектурно-строительной отрасли и ЖКХ, внедрение в практику наукоёмких и инновационных технологий" (Волгоград, 2003 г.); II научно-технической конференции "Региональные технологические и экономико-социальные проблемы развития строительного комплекса Волгоградской области. Наука. Практика. Образование" (Волгоград, 2003 г.); IV Международной научно- технической конференции "Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов" (Волгоград, 2005 г.); Всероссийской научно-технической конференции « Социально-экономические и технологические проблемы развития строительного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства региона» (Волгоград, 2006 г.); научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВолгГАСУ (Волгоград, 2003-2007 гг.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ, в том числе одна в издании рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5-ти глав, основных выводов, списка используемой литературы и
приложений. Работа изложена на 197 страницах и включает в себя 39 таблицы, 33 рисунка и фотографии, список литературы из 152 наименований, 3 приложения.
На защиту выносятся:
- теоретическое обоснование возможности получения бесклинкерного вяжущего, состоящего из совместноизмельченных стеклобоя, алюмосодер-жащей добавки и щелочного активизатора;
-теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности использования бесклинкерного вяжущего для получения мелкозернистого бетона и отделочных материалов и изделий из него;
-результаты физико-химических исследований структурообразования при твердении раствора синтезируемого вяжущего вещества и бетона;
-результаты экспериментальных исследований по оптимизации технологических параметров приготовления бесклинкерного вяжущего вещества и мелкозернистого бетона на его основе;
-технология производства отделочных материалов и изделий из разработанного бетона;
-результаты производственного опробования разработанной технологии при производстве фасадных плит;
-проверенные данные о свойствах отделочных материалов и изделий из мелкозернистого бетона на основе бесклинкерного вяжущего.
-технико-экономическая целесообразность производства и применения строительных изделий (фасадных плит) из мелкозернистого бетона на основе бесклинкерного вяжущего.
