Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ S
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
. - . хг
1.Ъ Строительство в Сирии 11
1.2 Сырьевая база легкоплавких глин Северо-западного региона 13
1.3. Керамические строительные материалы, исследование структуры
керамических строительных материалов на макро-и микро-уровне и
возможность управления их свойствами на базе представлений об их
композиционной структуре 18
1.4. Экономические и экологические проблемы применения
техногенных продуктов в керамической промышленности... ......39
1.5. Некоторые выводы, обобщения, постановка задачи 42
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ....... 45
Стандартные и общепринятые методы 45
Применение вероятно-статистических методов исследований.. ..55
Характеристика используемого природного и техногенного сырья и добавок, находящихся в разном агрегатном состоянии 57
Влияние состава глинистого сырья на свойства кирпича... 57
Природное и техногенное сырье, используемое в качестве отощителя . . .64
ГЛАВА 3. УПРАВЛЕНИЕ СВОЙСТВАМИ КЕРАМИЧЕСКОГО
КИРПИЧА С УЧЁТОМ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ПРИРОДЕ
КОНТАКТНЫХ ФАЗ 72
3.1. Выбор параметров оценки природы граничных фаз и возможности
формирования контактной зоны между ними, исходя из представлений
об особенностях электронного строения твердых тел 72
3.2. Исследование активности поверхности глиняной матрицы и
отощителей природного и техногенного происхождения методом РЦА76
3.3. Исследование взаимосвязи активности контактных поверхностей
граничных фаз и прочности керамического строительного
композиционного материала 82
Электронно-лучевая обработка поверхности отощителя и глиняной матрицы как наиболее эффективный метод активации поверхности твердых тел 82
Выбор оптимальной поглощенной дозы 88
Управление прочностными свойствами керамических строительных материалов в зависимости от активности поверхности контактирующих фаз и возможности образования контактной зоны.... 99
ГЛАВА 4. ПОЛУЧЕНИЕ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА С
ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТЬЮ НА БАЗЕ ТЕХНОГЕННОГО
ОТОЩИТЕЛЯ С УЧЕТОМ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ПРИРОДЕ
ГРАНИЧНЫХ ФАЗ И ВОЗМОЖНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ
КОНТАКТНОЙ ЗОНЫ .............108
4.L Повышение марочности и трещиностойкости кирпича на основе
запесоченной глины ЗАО «Эталон» путем ввода модифицирующей
добавки в виде купершлака ..108
4.2. Разработка состава высокопрочного кирпича на основе глины ООО
«Ломоносовский кирпичный завод» с использованием купершлака в
качестве отощителя 116
4.3. Исследование контактной зоны и микроструктуры кирпича с
купершлаком .............120
4.4. Разработка состава керамического кирпича с улучшенной
прочностью при изгибе на основе глины ООО «ЛКЗ» с использованием
череповецкого шлака в качестве отощителя 126
ГЛАВА 5. ПОЛУЧЕНИЕ ЛИЦЕВОГО ЦВЕТНОГО КИРПИЧА НА
ОСНОВЕ МЕСТНЫХ ГЛИН С УЧЕТОМ ДОНОРНО-
АКЦЕПТОРНЫХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ
КОНТАКТИРУЮЩИХ ФАЗ ..» 133
Получение лицевого кирпича разной цветовой гаммы методом ангобирования ...133
Получение лицевой поверхности кирпича пропиткой кислыми гальваническими стоками ;;.'. 136
Разработка составов образцов лицевого кирпича разной цветовой гаммы методом объемного окрашивания путем ввода тонкодисперсных наполнителей с активной поверхностью и исследование их микроструктуры и физико-механических свойств 146
ГЛАВА 6. КОМПЛЕКСНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ
НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОГО БАЛЛАСТНОГО ЩЕБНЯ С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТСЕВА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА 158
Энергетический анализ отсева нефтезагрязненного балластного щебня 158
Получение высокопрочного кирпича на основе глины ООО «Ломоносовский кирпичный завод» с использованием в качестве отощителя отсева нефтезагрязненного балластного щебня 164
6.3. Экономическая эффективность разделения на фракции и повторного
использования нефтезагрязненного балластного щебня на ж/д с учетом
утилизации отсева при производстве керамического кирпича 184
ГЛАВА 7 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОЛУЧЕНИЯ
КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА НА БАЗЕ ТЕХНОГЕННОГО
ОТОЩИТЕЛЯ ................201
7.1. Анализ антропогенного воздействия объектов ж/д транспорта на
окружающую среду.. ........201
7.2. Экологическая эффективность использования техногенного
отощителя при производстве керамического кирпича .........209
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ .. ......227
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .....230
ПРИЛОЖЕНИЕ........... ..........253
*
Введение к работе
Актуальность работы
Известно, что страны ближнего Востока традиционно славились производством керамических изделий. Однако со временем изменились
" требования к производству строительной керамики и, в частности, в Сирии
ставится задача возрождения на современном уровне широкомасштабного производства керамического кирпича, обладающего низкой теплопроводностью и окрашенной лицевой поверхностью, что соответствует традициям строительства на Востоке.
Помимо строительного и декоративного назначения кирпича в Сирии существует необходимость получения строительного материала с
Ш ' повышенной прочностью при изгибе в связи с сейсмоактивностью региона,
а также решения экологических проблем, связанных с утилизацией попутных продуктов промышленности и транспорта. Поэтому достаточно остро сформировалась задача одновременного развития керамического строительного материаловедения и управления свойствами керамического кирпича на базе техногенного сырья.
При современном подходе к керамическому материалу как композиционному особое значение придается контактным зонам, которые
^ оказывают основное влияние на управление свойствами строительного
композита, однако эти зоны остаются наименее изученной частью керамического кирпича. Предлагаемая работа предоставляет систему взглядов, позволяющую управлять основными свойствами керамического кирпича с учетом природы контактных фаз.
*
Цель работы
Основной целью работы явилось управление свойствами керамического кирпича с учетом представлений о природе контактных фаз.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
выбор параметров оценки природы граничных фаз для прогноза возможности формирования контактной зоны между ними и определение взаимосвязи этих параметров с прочностью керамического строительного композиционного материала;
определение на основе выбранных параметров техногенного сырья для получения керамического материала с улучшенными физико-механическими свойствами с учетом формирования контактной зоны;
разработка, исследование и опробование в промышленном производстве строительных керамических материалов на базе выбранного техногенного сырья;
оценка экологической и экономической эффективности использования предложенного техногенного сырья для производства керамического кирпича.
Научная новизна работы
Показано, что управление свойствами керамического кирпича возможно на основе представлений о природе и особенностях электронного строения контактных фаз, которые позволяют прогнозировать некоторые основные эксплуатационные свойства керамических строительных материалов и оценивать пригодность техногенного сырья для их производства. В качестве параметров оценки выбраны донорно-акцепторная активность поверхности в
рамках метода распределения центров адсорбции (РЦА) и ширина запрещенной зоны (ДЕ, эВ).
Предложена и экспериментально подтверждена модельная схема донорно-акцепторньгх превращений, происходящих на границе раздела твердых фаз при формировании контактной зоны. Обнаружено, что, чем больше содержится в техногенном сырье фаз с ДЕ<3,5эВ и сырье проявляет активность поверхности в области бренстедовских кислот и оснований (0<рКа<14), тем больше прочность керамического композиционного материала при изгибе за счет более прочного контакта и отсутствия зазора по границе раздела фаз. Положение о роли донорно-акцепторньгх центров при формировании керамического материала позволило предложить новое техногенное сырье, в том числе нефтезагрязненный отсев балластного щебня, купершлак, железосодержащую доменную пыль, кислые стоки гальванического производства.
Установлена взаимосвязь увеличения активности поверхности твердых фаз в области бренстедовских кислот, донорной способности при обжиге и, соответственно, прочности при изгибе обожженного материала от величины поглощенной дозы при электронно-лучевой обработке поверхности. Показана эффективность обработки поверхности ускоренными электронами с поглощенной дозой облучения 100 кГр, что приводит к росту прочности керамического материала при изгибе в зависимости от природы твердой фазы на 60 и более процентов.
Показано с помощью метода электронно-зондового микроанализа, что техногенное сырье в виде отощителя или модификатора керамической шихты, отличающееся преимущественным содержанием фаз с ЛЕ<3,5эВ и активностью поверхности с 0<рКа<14, формирует в керамическом материале сплошную контактную зону до 25 мкм; при этом возрастает прочность при изгибе более, чем на 60%,
марочность и трепщностойкостъ материала. Это положение в дальнейшем дает возможность получения высокопрочных и декоративных материалов на основе некондиционных глин.
Практическое значение и реализация работы
1. На основе местных запесоченных глин ЗАО «Эталон» получен
строительный рядовой керамический кирпич повышенной прочности, содержащий в качестве модификатора купершлак (до 10% от массы), средней плотностью 1570 кг/м , морозостойкостью F25. Первая партия выпущена на ЗАО " Эталон" в 2002 г.
2. Разработаны и получены образцы лицевого кирпича (желтого,
коричневого, темно-коричневого и черного цветов) повышенной прочности методом объемного окрашивания и ангобирования на основе местных запесоченных глин, оксидов, техногенного сырья с активной поверхностью (пигмент на основе железосодержащей мартеновской пыли) и кислых стоков гальванических производств. Партия ангобированного кирпича различной цветовой гаммы М100... 150 выпущена на ЗАО «Эталон» в 2002 г. Полученные ангобированные кирпичи обладают требуемой морозостойкостью (F25) и сульфатостойкостью.
3. Разработан состав для получения кирпича М150...200,
морозостойкостью F25 на основе глины, используемой ООО «ЛКЗ», с добавлением отсева нефтезагрязненного балластного щебня в качестве отощителя при более низкой температуре обжига 980 С за счет выгорания нефтепродуктов, а также предложен проект технических условий на нефтезагрязненный отсев балластного щебня. Опытно-промышленная партия выпущена на ООО «ЛКЗ» в 2004г.
4. Совместно с ПМС-75 Октябрьской железной дороги предложена
установка для очистки и разделения балластного щебня по фракциям,
что является новым природоохранным комплексным решением. На 2005 г. заказана щебнеперерабатывающая стационарная установка для очистки и разделения балластного щебня по фракциям с получением нефтезагрязненного отсева, использование которого позволит получить кирпич повышенной прочности при одновременной экономии природного газа 20 м на тонну готовой продукции.
5. Переработка балластного щебня на щебнеперерабатывающей
стационарной установке позволит получить экономический эффект от внедрения 4,795 млн. руб., в том числе за счет использования нефтезагрязненной фракции с размером частиц менее 5 мм в качестве отощителя керамического кирпича. При этом общая величина предотвращенного экологического ущерба окружающей природной среде в результате недопущения к размещению отходов может составить 32,6 млн. рублей плюс 5,133 млн. рублей величина за счет предотвращения ухудшения и разрушения почв и земель под воздействием антропогенных нагрузок в виде нефтезагрязненного балластного щебня.
6. Новизна работы подтверждена 4 поданными заявками № 2003-113766,
№ 2003-126253, №2003-126254, № 2004 106 820 с приоритетами от 12.05.2003г., от 27. 08.2003г., и от 09.03.2004, а также 3 проектами ТУ. Материалы диссертации использованы в учебном процессе 111 У ПС для студентов строительных специальностей и ИЗОС в соответствующих программах.
На защиту выносятся
выбор параметров оценки природы граничных фаз для прогноза возможности формирования контактной зоны между ними;
взаимосвязь между активностью контактных поверхностей граничных фаз и прочностью при изгибе керамического строительного материала;
прогнозируемый выбор техногенного сырья для получения керамического материала с улучшенными физико-механическими свойствами с учетом формирования контактной зоны на основе предложенных параметров;
разработка и исследование строительных керамических материалов с улучшенными свойствами на базе техногенных отощителей;
опытное внедрение полученных результатов в промышленных условиях и оценка экологической и экономической эффективности использования предложенных техногенных отощителей.
Автор благодарен безвременно ушедшему из жизни д.т.н. профессору СПГАСУ Владимиру Ивановичу Хренову за помощь и научные консультации при написании первых двух глав диссертации.
