Введение к работе
Актуальность. В современных условиях изменились технические и экономические предпосылки использования бетонов в строительстве. Появились и с каждым годом все шире применяются в технологии и изготовлении бетона композиционные вяжущие, суперпластификаторы и другие эффективные модификаторы структуры и свойств бетона, тонкодисперсные минеральные наполнители, новое эффективное оборудование. А так же решающим фактором стало качество и стоимость материала, расширение архитектурно-строительных решений на основе применения новых бетонов В тоже время наблюдается интенсивный рост областей науки и техники, связанных с получением и применением различных коллоидных и микрогетерогенных систем (наносиситем)
Однако применение наночастиц сопряжено с некоторыми технологическими трудностями По мере достижения частицами размеров, близких к наноуровню, значительно снижается плотность их упаковки Более оптимальным вариантом, с технологической точной зрения, можно считать наличие в системах небольшого (оптимального) содержания наночастиц Наличие оптимального количества наночастиц позволяет улучшить реотехнологические свойства формовочных систем, приводит к росту механической прочности на стадии структу-рообразования и в процессе термобработки
В этой связи весьма перспективным направлением является разработка технологии строительных материалов, в основу которой положено использование вяжущих свойств полученных по специальной технологии высококонцентрированных вяжущих суспензий (ВКВС)
Одним из основополагающих факторов, определяющим практически все основные технологические и эксплуатационные свойства как ВКВС, так и материалов, получаемых на их основе, являются реотехнологические свойства ВКВС Направленное регулирование реотехио-логических свойств ВКВС, формирование структуры строительных материалов, оптимизация физико-химических основ технологии производства и проектирование оптимальных технологических процессов требует научно обоснованного подхода и детального изучения закономерностей и кинетики структурообразования дисперсных систем в ходе их технологической переработки и применения
Диссертационная работа выполнялась в рамках НИР «Физико-химические основы регулирования реотехнологических характеристик керамических суспензий с учетом структурной нестабильности сырья»
Целью работы являлось разработка теоретических принципов модификации высококонцентрированных вяжущих суспензий (ВКВС) кварцевого песка на различном уровне дисперсности и технологических приемов получения стеновых строительных материалов на основе модифицированных ВКВС.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- на основе модельных систем выявление степени влияния регу
лирования зернового состава на микро-, мезо- и наноуровне на реотех-
нологические свойства ВКВС;
изучение физико-механических свойств вяжущего на основе модифицированных ВКВС, определение их оптимального состава;
разработка и оптимизация составов мелкозернистых бетонов для изготовления стеновых строительных материалов на основе модифицированных ВКВС;
получение математических зависимостей влияния параметров получения строительных материалов на основе модифицированных ВКВС
Научная новизна. Установлена взаимосвязь физико-химических процессов при модифицировании ВКВС на различном уровне дисперсности на реотехнологические свойства ВКВС, заключающееся в том, что оптимизация зернового состава частиц твердой фазы ВКВС на микро- и мезоуровнях способствует более плотной упаковке частиц суспензии как при движении, так и при структурообразо-вании При этом часть дисперсионной среды переходит в кинетически свободную, увеличивая ее общий объем, что приводит к снижению вязкости систем
Выявлено, что пористость образцов из ВКВС, изготовленным методом литья в гипсовые формы, пропорциональна изменению вязкости систем при малых значениях скорости сдвига Тк процесс структурообразования происходит именно в этой области скорости сдвига, то снижение вязкости позволяет получать более плотную структуру образцов вяжущего и, как следствие, повышенные значения физико-механических свойств материалов на их основе.
Теоретически обоснована и практически подтверждена возможность повышения физико-механических характеристик образцов при модифицировании ВКВС на наноуровне, заключающаяся в том, что при помоле ВКВС в условиях высокой концентрации твердой фазы и повышенной (до 60-70 С) температуры на поверхности частиц образуется пленочная кремниевая кислота, а в дисперсионной среде - ее рас-
твор Введение модифицирующих кремнеземсодержащих добавок позволяет повысить удельную концентрацию кремниевой кислоты, особенно в дисперсионной среде (за счет того, что добавки являются на-нодисперсными)
Установлен характер повышения прочности материалов на основе модифицированных ВКВС, заключающийся в том что, при оптимальном содержания модифицирующей добавки, в поровой структуре матрицы кремнеземистых материалов, вследствие деполимеризации S1O2 образуется перенасыщенный раствор кремниевой кислоты, твердая фаза которой на поверхности матрицы переосаждается по механизму поликонденсации При упрочнении по УХАКС-механизму с последующей термообработкой формируются дополнительные кристаллизационные контакты
Практическое значение работы. Разработаны оптимальные составы и энергосберегающая технология изготовления строительных материалов на основе модифицированных ВКВС
Установлено, что при модифицировании на наноуровне в 1,5-2 раза сокращается технологический цикл изготовления ВКВС Оптимальное содержание модифицирующих добавок позволяет (при упрочнении по УХАКС-механизму) повысить прочность при сжатии образцов вяжущего в 3,6 раза
Получены уравнения регрессии и графоаналитические зависимости основных физико-механических свойств материалов на основе модифицированных ВКВС от состава и параметров формования и упрочнения, позволяющие прогнозировать свойства строительных материалов
Разработана технологическая схема производства стеновых строительных материалов, технические условия на изготовление модифицированных ВКВС кварцевого песка и строительных материалов на их основе
Апробация работы. Результаты работы доложены на Международной научно-технической конференции «Ресурсосберегающие технологии производства изделий и конструкций» (Белгород, 2001), Международной научно-методической конференции «Экология-образование, наука и промышленность» (Белгород, 2002); Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород, 2003)
Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы изложены в пяти научных публи-
кациях, в том числе в одной статье в центральном рецензируемом издании, определенном ВАК РФ
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы из 103 наименований Общий объем диссертации 198 страницы машинописного текста, включающего 68 рисунков, 24 таблицы, 33 страницы приложений
