Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Керамический кирпич, как стеновой материал, занимает доминирующее положение благодаря доступности сырья, долговечности возводимых из него зданий, а также комфортности жилья.
С введением изменений №3 к СНиП II - 3 - 79* повысились требования к теплозащите зданий и сооружений в 3-3,5 раза.
Промышленность стройматериалов непрерывно увеличивает выпуск пустотелого кирпича, в котором не наблюдается прямой зависимости между теплопроводностью, плотностью и пустотностью. Кроме того, в производстве стеновых керамических материалов применяют минеральное сырье, объем потребления которого непрерывно возрастает, что вынуждает применять низкокачественные глины без учета их технологических свойств. Это не позволяет получать продукцию, соответствующую требованиям, как по внешнему виду, так и по физико-механическим характеристикам. Высококачественные керамические изделия могут быть получены регулированием состава" сырьевой смеси различными технологическими добавками, в том числе и поризующими.
В России и за рубежом исследуются возможности применения отходов стекла в производстве строительных материалов. Известно, что в производстве пеностекольных блоков при отжиге и опиловке образуется от 40 до 70 % отходов по отношению к кондиционному материалу. Одним из наиболее перспективных способов применения отходов пеностекла является его использование в качестве поризующего, флюсующего и отощающего компонента керамической массы для производства теплоэффективного стенового материала.
В связи с этим возникает необходимость повышения эффективности производства теплоэффективных стеновых керамических материалов с заданными свойствами, путем формирования оптимальной пористой структуры.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка физико-химических и технологических основ управления структурой и свойствами пористых теплоэффективных стеновых материалов на основе глин различного минералогического состава и отходов производства пеностекла.
-
Изучить влияние стеклопористого компонента (СПК) на структурообразование и физико-технические свойства образцов на основе моно- и полиминеральных глин.
-
Оценить воздействие СПК на спекание глинистых масс различного минералогического состава.
-
Разработать методы управления пористой структурой, определяющей физико-механические и теплофизические свойства материала.
-
Сформулировать требования к исходным сырьевым компонентам и параметрам технологических переделов изготовления теплоэффективных стеновых керамических материалов.
5. Выпустить опытно-промышленную партию кирпича и оценить технико-экономическую эффективность.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Предложен механизм процесса формирования теплоэффективной керамики и выявлено активирующее влияние стеклопористого компонента на процессы спекания, фазо- и структурообразования моно- и полиминеральных глин при обжиге, заключающееся в снижении температуры кристаллизации анортита, волластонита, альбита, диопсида, а-тридимита, муллита до 950 С в мономинеральных и до 1050 С - полиминеральных глинах. Применение стеклопористого компонента способствует формированию прочнопористой фрагментарной структуры в результате микроармирования поверхности пор, контактного слоя и межфрагментарного пространства удлиненными неизометрическими кристаллами новообразований.
Установлено, что процесс спекания моно- и полиминеральных глин с пеностеклом протекает по механизму растворение-осаждение (перекристаллизация из расплава). Скорость процесса лимитируется диффузией катионов Al3+, Mg2+, Fe + и растворением дисперсных частиц в расплаве стекла с последующей кристаллизацией новообразований в контактном слое и межфрагментарном пространстве.
Дифференциальным методом неизотермической кинетики рассчитаны значения кажущейся энергии активации процессов спекания мономинеральных глин: каолина - 691 кДж/моль, бентонита (монтмориллонита) - 415 кДж/моль, гидрослюды - 142 кДж/моль. Стеклопористый компонент снижает кажущуюся энергию активации каолина до ПО кДж/моль, монтмориллонита - 122 кДж/моль, энергия активации гидрослюды изменяется незначительно.
ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ достигнута
применением стандартных методов исследований, научно-обоснованных методов и методик, использованием поверенного и аттестованного лабораторного оборудования и опытно-производственной апробацией.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Разработаны и запатентованы составы керамических стеновых материалов на основе глин и пеностекла. Показатели прочности и морозостойкости керамического кирпича соответствуют ГОСТ 530-2007, при снижении плотности и теплопроводности на 40 %.
Опытно-производственной апробацией на Бессоновском кирпичном заводе (Белгородская область) были подтверждены эффективность и целесообразность разработанных научно-технических рекомендаций по выпуску теплоэффективного кирпича. Экономическая эффективность при годовом выпуске 3 млн шт. усл. кирпича составила 3,89 млн руб.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы были представлены на следующих научно-технических и научно-методических конференциях.
Научно-практическая конференция «Строительство и образование» (г. Екатеринбург, УПИ, 2003 г.); Всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы строительного материаловедения» (г. Саранск, МГУ, 2002 г.); Восьмые академические чтения РААСН «Современное состояние и перспективы развития строительного материаловедения» (г. Самара, ГАСУ, 2004 г.); II Международная научно-практическая
конференция «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье» (г. Белгород, БГТУ, 2004 г.); Международная научно-практическая конференция «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройидустрии» (г. Белгород, БГТУ, 2005 г.) НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:
закономерности минерало- и структурообразования в глинистых массах моно- и полиминерального составов со стеклопористым компонентом;
результаты интенсификации процессов спекания глин различного минералогического состава со стеклопористым компонентом, заключающееся в снижении кажущейся энергии активации, температуры начала и интервала спекания; -
результаты исследования фрагментарной микроармированной пористой структуры керамики с добавкой стеклопористого компонента и ее влияние на физико-технические свойства пористых керамических материалов;
- результаты промышленной апробации исследования.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертации опубликованы в
13 печатных работах,, в том числе одной статье в издании по списку ВАК, новизна технических решений подтверждена 4 патентами РФ.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертационная работа изложена на 163 с. машинописного текста, включающего 23 таблицы и 34 рисунка, состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы, содержащего 148 источников, 3 приложений.
