Введение к работе
Актуальность работы. Прогресс в строительстве невозможен без создания новых эффективньгх строительных материалов с использованием техногенных отходов промышленности, мало энергоемких и экологически чистых технологий.
Промышленность строительных материалов одна из энерго- и ресурсоемких отраслей народного хозяйства. Снижение затрат на производство материалов связано с широким вовлечением отходов других отраслей промышленности, что позволяет достичь существенной экономии природного сырья и улучшить экологическую обстановку в регионах накапливания техногенных отходов.
Весьма интересным отходом, возможности которого раскрыты еще не полностью, является несортированный бой технических стекол, накопления которых растут по всей территории России и стран СНГ.
Вопросы снижения материалоемкости и энергоемкости строительной продукции, требующие широкого внедрения энергосберегающей техники и технологии, тесно связаны с разработкой эффективных теплоизоляционных материалов.
Применяемые в настоящее время теплоизоляционные материалы не полностью отвечают комплексу функциональных свойств: «низкая плотность -прочность - коррозионная стойкость - повышенная температуростойкость - ин-дустриальность - экономичность». В частности, полимерные теплоизоляционные материалы, жесткие минераловатные и стекловатные плиты не отвечают требованиям пожарной безопасности и долговечности. Пеностекло и керамические теплоизоляционные материалы в основном удовлетворяют физико-механическим и санитарно-химическим специальным требованиям, однако их получают обжиговым способом по сложной технологии. Неорганические ячеи-
стые материалы - пенобетон, газосиликат имеют повышенную плотность - более 350kt/mj , ограниченную температурную область применения до 600С, недостаточную стойкость в агрессивных средах; получают по сложной и энергоемкой автоклавной технологии.
В связи с этим, большой научный и практический интерес представляют материалы на основе жидкого стекла, способные твердеть при температуре до П0С и приобретать, по данным отечественных и зарубежных исследований и разработок, высокую прочность и стойкость. Гипотетически композиция жидкого стекла и несортированного боя технических стекол, предлагаемая в настоящей работе, представляется актуальной и перспективной для разработки составов и технологии эффективных теплоизоляционных материалов, удовлетворяющих технико-экономическим и социальным требованиям.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ МГСУ и Межвузовской научно-технической программой «Архитектура и строительство».
Целью диссертации является создание эффективного теплоизоляционного водостойкого и экологически чистого материала ячеистой структуры с пониженной средней плотностью на основе жидкого стекла и несортированного боя технических стекол по энергосберегающей безавтоклавной технологии, предназначенного для устройства тепловой изоляции промышленных и гражданских зданий, а также промышленного оборудования и трубопроводов с температурой изолируемой поверхности до 600"-С и более. В основу работы положена теоретическая предпосылка о том, что поризованная композиция из жидкого стекла и тонкодисперсного боя технических стекол в условиях тепловой обработки при повышенном значении рН среды и интенсивном растворении аморфного кремнезема, сопровождающимся увеличением кремнеземистого модуля жидкого стекла, способна затвердевать с сохранением пористой структуры и образовывать прочный водостойкий материал.
В соответствии с поставленной целью при проведении работы ставились следующие задачи:
обосновать применение в одной системе жидкого стекла, стеклобоя и ПАВ, совместимого с системой, при получении поризованного материала;
подобрать составы и разработать технологические параметры производства изделий на основе полученного материала;
изучить структуру, физико-технические и функциональнные свойства полученного материала;
- осуществить экспериментальную проверку разработанной технологии в
опытно-промышленных условиях;
- оценить технико-экономическую эффективность полученного теплоизоляци
онного материала и рациональные области его применения.
Научная новизна работы:
теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения поризованного теплоизоляционного материала средней плотностью до 300 кг/лг1 из смеси тонкодисперсного боя технических стекол и жидкого стекла без инициаторов твердения, отвечающего комплексу функциональных требований к теплоизоляционным материалам;
обосновано применение тонкомолотого стеклобоя как активного поставщика S1O2, обеспечивающего повышение кремнеземистого модуля жидкого стекла в ходе реакций деполимеризации и поликонденсации кремнезема при снижении рН среды и синтез прочных и водостойких соединений;
выявлены основные закономерности протекания физико-химических процессов синтеза новообразований в период тепловой обработки и их качественный состав;
определены предельные значения параметров сырьевых материалов, составов и технологических процессов, обеспечивающих получение теплоизоляционного материала с наиболее благоприятными функциональными свойствами;
- изучена структура материала, получены математические модели и зависи
мости средней плотности, прочности и теплопроводности теплоизоляционного
материала от характеристик исходных материалов (тонины помола стеклобоя,
плотности жидкого стекла) и технологических параметров производства
(расхода пенообразователя,режимов получения пеномассы и тепловой обработки и т.д.);
- выявлены повышенные функциональные свойства полученного материала на
основе стеклобоя по сравнению с аналогами (пеностеклом, ячеистым бетоном) -
снижение теплопроводности на 36-43%, водопоглошения в 2 раза, коэффициен
та парапроницаемости в 3 раза.
Достоверность полученных результатов обеспечена комплексным характером проведенных исследований, выполненных с применением современных требоваїгай и методов, результатами физико-химических и термомеханических испытаний, статистической обработкой данных и математическим моделированием, проверкой результатов лабораторных данных в производственных условиях.
Практическое значение работы:
разработаны составы и принцип получения поризованного материала на основе жидкого стекла и стеклобоя, а также безотходная технология изготовления изделий на его основе для тепловой изоляции промышленных и гражданских сооружений и промышленного оборудования с температурой изолируемой поверхности до 600 С и более на свободных площадках действующих предприятий без существенных капиталовложений;
утилизация боя технических стекол, большое количество которого имеется по всей территории России и стран СНГ, позволит решить ряд производственных проблем и улучшить экологию промышленных регионов;
применение стеклобоя позволяет экономить дорогостоящие вяжущие, необходимые для производства теплоизоляционных ячеистых бетонов (цемент, известь, гипс) и позволяет расширить сырьевую базу строительных материалов;
тепловая обработка материала обуславливает отказ от энергоемкой, дорогой автоклавной технологии и высокотемпературного обжига;
- полученный материал полностью отвечает современным требованиям по
экологии как в процессе производства, так и в эксплуатации;
7 - использование композиции на основа стеклобоя и жидкого стекла при изготовлении поризоваїгного теплоизоляционного материала пониженной плотности позволяет снизить себестоимость 1 мЛ на 15-22% по сравнению с ячеистым бетоном на основе цемента такой же плотности и на 12-18% по сравнению с пеностеклом. Кроме того, повышенная водостойкость и температуростойкость материала предполагает расширение сферы его применения.
Внедрение научных результатов.
Разработанная технология теплоизоляционного материала прошла промышленную апробацию в производственных условиях ЗАО «Стройтехпрограмма» г.Москва и ООО «Стройкомпання» где были выпущены опытно-промышленные партии теплоизоляционных изделий А-80.40.16.
Теплоизоляционные изделия на основе стеклобоя и жидкого стекла были использованы для тепловой изоляции чердачных перекрытий складских и производственных помещений ТОО «Левел».
Объем работы и публикации.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы (116 наименований) и приложений. Работа изложена на /^страницах машинописного текста, иллюстрирована 2.@ рисунками, имеет ^таблицы.
По результатам исследований опубликовано 3 статьи.
На защиту выносится:
теоретические положения о возможности получения поризованного теплоизоляционного материала на основе ясидкого стекла и стеклобоя;
представления о формировании структуры, а также результаты физико-химических исследований процессов, происходящих в системе в период тепловой обработки;
результаты исследования параметров исходных составлякящгх компонентов и их влияние на свойства пепомассы и конечные свойства затвердевшего материала;
составы и технология поризованного теплоизоляционного материала на основе жидкого стекла и стеклобоя;
результаты исследования физико-технических характеристик полученного материала в зависимости от технологических параметров его изготовления;
результаты исследования функциональных характеристик полученного материала;
результаты опытно-промышленной проверки полученных экспериментальных данных и технико-экономическое обоснование эффективности производства и применения изделий из поризованного теплоизоляционного материала на основе стеклобоя.