«УДК 678.4.7 Низамов Р.К., канд. техн. наук, доцент Казанский государственный архитектурно-строительный университет ...»

Выяснилось, что при подборе наилучшего ассортимента технологических растворителей значение имеют даже не величина обобщенного критерия, а граничные условия. Если в базе данных по пожароопасным и химическим свойствам растворителей провести отсев по граничным условиям, приведенным в табл. 2, из 120 сольвентов останется только 28. Если учесть приемлемую стоимость, количество растворителей сократится до 20. Учет растворимости необходимых материалов, химической инертности сольвентов уменьшит список рекомендуемых сольвентов до 10–15. Оказалось, что отличные эксплуатационные свойства показал этанол, однако его трудно отделить от примеси воды, так как он образует с ней азеотроп. Его применение ограничено также завышенной стоимостью, проблемами хранения, нормативами, регулируемыми государством, необходимостью денатурации, т. е. человеческим фактором, связанным с его потребительскими свойствами. Многопараметрическая оптимизационная процедура показала, что для рутинных технологических задач предпочтение следует отдавать смешанным сольвентам, имеющим значения Rchb в диапазоне 0,99–0,39 (табл.4). Применения большинства индивидуальных растворителей целесообразно избегать, учитывая показатели их экологической и пожарной безопасности.

Таблица 4

Рейтинг сольвентов по обобщенному критерию химической и пожарной безопасности

Сольвент	ПДК, мг/м3	Твсп	Тсвп	Рпар, мм рт. ст.	Ткип	Rchb
Этанол	1000	18	392	44	78	1,41
Декан	300	47	208	1	174	1,07
Разбавитель М	571	19	387	41	92	0,99
Бутилацетат	200	25	370	18	126	0,74
Разбавитель Р-197	83	30	438	9	137	0,74
Ксилол	50	27	528	9	141	0,73
Растворитель РКЧ	56	27	512	10	139	0,72
Растворитель 649	50	32	413	7	134	0,72
Разбавитель РКБ-3	56	27	514	13	138	0,72
Растворитель РМЛ-315	67	24	431	19	126	0,63
Растворитель 648	50	23	449	22	124	0,60
Растворитель Р-10	59	20	530	51	128	0,57
Разбавитель РЭ-11В	60	22	331	10	112	0,56
Растворитель РМЛ	100	22	381	36	94	0,54
Растворитель Р-12	71	13	485	20	118	0,54
Растворитель РС-1	71	13	485	20	118	0,54
Разжижитель Р-60	60	26	345	37	95	0,52
Растворитель 647	121	10	452	35	108	0,51
Растворитель 645	100	11	464	34	106	0,49
Растворитель 646	100	12	459	43	106	0,49
Разжижитель Р-5	125	13	484	67	111	0,48
Разбавитель РДВ	100	10	467	39	106	0,48
Растворитель РЭ-1	67	17	489	67	111	0,47
Растворитель Р-40	60	12	446	62	107	0,39
Этилацетат	200	-4	426	74	77	0,31
1,2-Дихлорэтан	10	13	413	62	83	0,31
Разбавитель Р-7	20	0	444	32,8	117	0,31
Растворитель Р-4	80,6	0,8	517	80,2	98	0,29
1,4-Диоксан	10	5	300	27	101	0,26
Гексан*	300	-21,6	261	121	69	0,04
Ацетон*	200	-18	538	182	56	-0,03
Пентан*	300	-40	285	420	36	-0,83

Примечание. Растворители, помеченные «звездочкой», не входят в выборку рекомендуемых. Они приведены для иллюстрации выводов.

СПИСОК литературЫ

1. Рудаков О.Б. Растворитель как средство управления процессом в жидкостной хроматографии. – Воронеж: Изд-во ВорГУ, 2003. – 300 с.
2. Курицкий Б.Я. Поиск оптимальных решений средствами Excel 7.0. – СПб.: BHV-Cанкт-Петербург, 1997. – 384 с.

УДК 666.9.043.2

Свергунова Н.А., аспирант

Братский государственный университет

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЗЕРНИСТОГО ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО

МАТЕРИАЛА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ - МИКРОКРЕМНЕЗЕМА

Промышленность строительных материалов является одной из немногих отраслей, потребляющих значительное количество природных минеральных ресурсов.

Дефицит энергоресурсов и их значительное удорожание сделало актуальной задачу экономии энергоресурсов. В связи с этим в сфере создания строительной продукции доминирующим фактором стало обеспечение минимальных теплопотерь в зданиях и сооружениях за счет использования новых эффективных теплоизоляционных материалов. Важным фактором, определяющим направление развития строительной продукции, стало экологическое изменение природной среды.

Использование отходов промышленности позволяет не только расширить сырьевую базу для производства новых строительных материалов, но и решить проблемы экологической ситуации путем утилизации отходов.

На территории города Братска располагается ряд крупнейших промышленных предприятий, в технологическом цикле которых образуются многотоннажные минеральные и органические отходы, являющиеся перспективными с точки зрения использования в производстве теплоизоляционных материалов.

Среди большого разнообразия промышленных отходов особое внимание заслуживает микрокремнезем – отход производства цеха кристаллического кремния Братского алюминиевого завода, выход которого составляет порядка 14-18 тыс. тонн в год.

Получение кристаллического кремния основано на процессах рудовосстановления. Для выплавки кремния рудным компонентом служит богатый кремнеземом кварцит. Истинная плотность микрокремнезема составляет 2000 – 2630 кг/м3, насыпная плотность 150 – 300 кг/м3, удельная поверхность порядка
35000 см2/г. Химический состав микрокремнезема свидетельствует о высоком содержании оксида кремния (табл. 1).

Таблица 1

Химический состав микрокремнезема

SiO2	Fe2O3	CaO	MgO	Na2O+ K2O	Al2O3	SO2	SiС
90-94	1-3	0,7-1,4	0,2-0,4	0,1-0,5	0,7-0,5	до 0,09	до 3

Работами кафедры «Строительное материаловедение и технологии» Братского государственного университета установлена возможность получения жидкого стекла из микрокремнезема.

Ультрадисперность микрокремнезема предопределяет его повышенную реакционную способность при взаимодействии со щелочными растворами, что позволяет получать жидкое стекло в одну стадию приготовления.

Отличительной особенностью получения жидкого стекла из микрокремнезема является то, что процесс гидротермальной обработки происходит на одном технологическом переделе при температуре ниже 100 °С [1]. При этом, углеродистые примеси (такие как графит и карборунд), содержащиеся в микрокремнеземе, обладают высокой теплопроводностью, что способствуют более равномерному распределению тепла в среде суспензии и интенсифицирует процессы взаимодействия микрокремнезема и щелочи, а также приводит к сокращению длительности синтеза жидкого стекла.

При этом возможно получение жидкого стекла с различным силикатным модулем и заданной плотностью.

Разнообразие технических характеристик жидкого стекла из микрокремнезема расширяет направление его использования. При этом жидкое стекло можно реализовать как готовый продукт, либо изготавливать на его основе строительные материалы различного назначения: от стеновых до теплоизоляционных.

В предлагаемой работе рассматривается изготовление зернистого теплоизоляционного материала на основе высокомодульного жидкого стекла. Способ получения зернистого теплоизоляционного материала включает приготовление высокомодульного жидкого стекла из суспензии микрокремнезема в растворе гидроксида натрия с последующей термообработкой гранул из указанного стекла, что позволяет получить материал с насыпной плотностью от 80 до 110 кг/м3, прочностью при сжатие 0,5 – 1,0 МПа, объемным водопоглощением до 7 %, общей пористостью 80 – 95 %.

Полученные данные предполагают, что при использовании высокомодульного жидкого стекла из микрокремнезема возможно снижение концентрации щелочного раствора в 2 раза, что позволяет уменьшить расход дефицитного и дорогостоящего едкого натра; в 1,5 раза уменьшить время гидротермальной обработки жидкого стекла; в 2 раза увеличить долю микрокремнезема в суспензии, что способствует более полному использованию отхода промышленности и улучшению экологического состояния окружающей среды.

В ходе исследований было установлено, что на конечные свойства зернистого теплоизоляционного материала значительное влияние имеет силикатный модуль жидкого стекла, плотность жидкого стекла, щелочность суспензии, водотвердое отношение сырьевой смеси, а также технология тепловой обработки полученных гранул из жидкого стекла.

Для получения зернистого теплоизоляционного материала с требуемыми физико-механическими характеристиками использовали высокомодульное жидкое стекло с силикатным модулем 5, полученное в процессе гидротермальной обработки при атмосферном давлении и температуре 95 °С в течение 10 мин. Щелочность сырьевой суспензии находится в пределах 16,8 – 17,4 %, водотвердое отношение сырьевой смеси в пределах 0,9 – 0,94.

С целью получения зернистого теплоизоляционного материала с комплексом требуемых свойств исследованы технологические параметры процесса термической обработки гранулированного материала. При этом технология получения материала проста и может быть осуществлена на технологических линиях по производству керамзита при незначительной реконструкции.

Комплексная оценка свойств гранул теплоизоляционного материала показала, что лучшей совокупностью свойств характеризуется материал, полученный при температуре термообработки гранул при 300 - 400С. Оптимальное время, необходимое для продолжительности термообработки, обеспечивающей максимальное вспучивание гранул составляет 20 мин.

Для складирования и транспортирования зернистого теплоизоляционного материала потребителю, необходимо предотвратить слипание гранул, которое происходит из-за высоких когезионных свойств. Для предотвращения слипания гранул возможны следующие варианты: использовать обсыпку гранул дисперсным материалом на стадии формования (грануляции); гранулы подсушить при невысоких температурах для образования корочки, которая предотвратит слипание. Однако при использовании обсыпки происходит увеличение плотности гранул.

Поэтому на следующем этапе работы были изучен двухступенчатый режим термообработки сырцовых гранул. Т.к., по проведенным раннее исследованиям, определили максимальную температуру термообработки гранул, то плавный подъем температуры составил: выдержка при температурах 60, 80 и 100 С в течение 10, 20 и 30 мин. с последующей термообработкой при температуре 400 С в течение 10 мин.

При двухступенчатом режиме термообработки определили оптимальные параметры предварительной сушки гранул: 100 С в течении 10 минут с последующей термообработкой 400 С в течении 10 мин.

По результатам проведенных исследований разработаны предложения по получению зернистого теплоизоляционного материала из техногенного отхода промышленности. Предлагаемое решение рассматривает изготовление теплоизоляционного материала на основе высокомодульного жидкого стекла из отхода цеха кристаллического кремния – микрокремнезема [2].

Согласно санитарно-гигиенической оценке стройматериалов с добавлением промотходов применение строительных материалов с добавлением промышленных отходов может быть разрешено только после положительного санитарно-гигиенического заключения. Т. к. отходы часто содержат естественные радиоактивные изотопы в разных концентрациях, то исследование на радиоактивность является обязательным. Согласно ГОСТ 30180-94, удельная эффективная активность микрокремнезема не превышает нормы, поэтому материал соответствует первому классу опасности и может быть использован в строительстве без ограничений.

Таким образом, можно сделать заключение, что зернистый теплоизоляционный материал на основе высокомодульного жидкого стекла из микрокремнезема отличается высокими теплотехническими физико-механическими свойствами, экологической чистотой, малоэнергоемкой и ресурсосберегающей технологией.

СПИСОК литературЫ

1. Патент РФ № 2056353. МКИ С 04 В 28/04. Способ получения жидкого стекла / Карнаухов Ю.П., Шарова В.В. – Опубл. БИ. –1996. - № 8.
2. ТУ 5712-018-02069295-2003. Материалы теплоизоляционные зернистые на основе жидкого стекла из микрокремнезема.

УДК 625.76

Семенов А.С., ассистент, Андреев Е.И., канд. техн. наук, доцент,

Брехман А.И., д-р. техн., наук, профессор

Казанский государственный архитектурно-строительный университет

ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ

В ДОРОЖНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Устойчивость герметизирующих материалов к старению под воздействием различных физико-химических факторов является непременным условием сохранения эксплуатационных параметров асфальтобетонного покрытия автомобильной дороги в течение нормативного срока службы. Воздействие агрессивных факторов среды (действие температуры, кислорода воздуха, УФ-лучей, осадков и солевых растворов) в процессе эксплуатации дорожной одежды в совокупности с механическим воздействием колес автотранспорта крайне негативно сказывается не только непосредственно на герметизирующем материале, но и оказывает разрушающее воздействие на заделанную трещину в самом ее слабом месте – в месте контакта герметизирующего материала с асфальтобетонным покрытием. В связи с этим, неизменность основных технических свойств герметизирующих материалов в процессе эксплуатации, а, следовательно, их долговечность играет важнейшую роль в повышении межремонтных сроков дорожных асфальтобетонных покрытий и снижении приведенных затрат на санацию трещин в долгосрочный период.

На кафедре автомобильных дорог ИТС КазГАСУ уже не первый год ведется разработка новых составов композиционных герметизирующих материалов для ремонта асфальтобетонных покрытий, отличающихся повышенной стойкостью к старению. Для этого при разработке герметизирующих композиций исследовали возможность применения отходов промышленных предприятий РТ. Одним из таких материалов, представляющих несомненный интерес для дорожного хозяйства, являются изношенные автомобильные покрышки, в процессе переработки которых получаются разнообразные продукты. Например, при низкотемпературной пиролизной обработке шин образуются твердые и жидкие остатки пиролиза, которые могут быть использованы в приготовлении герметизирующих композиций. Установка по переработке автомобильных шин введена в действие в 2001 г. в пос. Карабаш НГДУ “Иркеннефть” ОАО “Татнефть”. Кроме того, при измельчении утильной резины на предприятии «КамЭкоТех» в г. Нижнекамске получают резиновую крошку, которая также может быть использована в качестве модифицирующего наполнителя битумных материалов. Помимо экономического эффекта использование данных продуктов позволяет решить проблему утилизации изношенных автопокрышек и других резиносодержащих отходов и, тем самым, улучшает экологическую обстановку в РТ.

С использованием данных продуктов была разработана герметизирующая композиция с заданными техническими свойствами при использовании наполнителей 10…20% масс., раствора полимера 15..20%, адгезионной присадки около 1% масс. На герметизирующую битумную композицию получен патент на изобретение РФ № 2267506 [1].

Данная работа посвящена исследованию долговечности разработанной композиции. В экспериментах использовали различные методики исследований старения битумных композиций. Для сравнения, помимо разработанной герметизирующей битумполимерной наполненной композиции оптимального состава, в исследованиях были использованы и другие герметизирующие материалы, применяемые в РТ для герметизации трещин асфальтобетонных покрытий, а именно: мастика «БИКАМ» и герметик «Biguma AG».

На первом этапе исследований определяли изменение массы и гибкости герметизирующих материалов, после воздействию ультрафиолетового излучения и солевого раствора по методике ГОСТ 30740-2000 [2]. В дополнение к лабораторным исследованиям были проведены испытания герметизирующих материалов на старение в естественных условиях. Для этого также были подготовлены образцы, в соответствии с ГОСТ 30740-2000. Данные образцы выдерживали на открытом испытательном стенде в течение 3 летних месяцев (90 суток). По истечении каждых 15 суток образцы взвешивали (рис.1), и определяли их гибкость. Производили также визуальную оценку образцов после старения в течение 90 суток. Визуальный осмотр показал, что заметных изменений по поверхности герметизирующих материалов не обнаружено.

Исследовали также изменение технических свойств герметизирующих материалов после температурного воздействия в лабораторных условиях при различных режимах выдержки. Старение проводили по двум режимам.

По первому режиму старение герметизирующих материалов происходило при выдерживании образцов при эквивалентной температуре Тэ, которая на 30 0С выше максимальной температуры покрытия. Для условий г. Казани она составляет +75 0С [3]. Во втором температурном режиме старения герметизирующих материалов проводили выдерживанием слоем 4 мм при температуре 1630С в течение 5, 10, 15, 20, 25 ч. При этом изучали изменение тех же показателей, что и при первом режиме термостарения. Результаты лабораторных испытаний приведены в таблице 1.

Рис.1 Изменение массы герметизирующих материалов в зависимости от времени выдержки в естественных условиях.

Однако необходимо отметить, что длительное выдерживание при высоких температурах отрицательно сказывается на свойствах материала. Следовательно, необходимо стремиться, насколько возможно, уменьшить время технологических операций, в которых требуется нагревание композиции. Термостабильность разработанной герметизирующей композиции намного превосходит данный показатель у отечественной мастики «БИКАМ» и практически сравнима с термостабильностью зарубежного герметика «Вiguma AG».

Таблица 1

Результаты лабораторных испытаний герметизирующих материалов

Наименование материала	Время выдерж-ки при t=1630С, ч	Темпера- тура размягче- ния по КиШ, 0С	Растяжи- мость при 00С, см	Эластич- ность при 00С, %	Гибкость на брусе d=10 мм, 0С	Адгезия к минераль-ному материалу, контр. обр. №
Мастика «БИКАМ»	0	78.6	4.1	25	-17	2
	5	79.4	3.0	17	-14	2
	10	81.8	1.8	11	-10	3
	15	83.2	-	-	-8	3
	20	83.8	0.5	5	-5	3
	25	84.8	0.3	2	-5	3
Герметик «Biguma AG»	0	90.0	47.5	90	-44	1
	5	90.6	46.7	90	-42	1
	10	90.8	44.2	88	-38	1
	15	91.4	-	-	-38	1
	20	92.2	36.1	84	-38	1
	25	92.4	34.8	83	-36	2
Разработанная композиция	0	85.6	44.3	85	-38	1
	5	87.8	40.2	81	-33	1
	10	88.6	35.1	79	-30	1
	15	89.2	-	-	-30	1
	20	89.6	25.9	77	-30	2
	25	90.0	22.4	76	-29	2

На следующем этапе исследований были проведены испытания герметизирующих материалов в процессе старения в образцах-моделях трещин дорожного покрытия. Образцы-модели трещины готовили путем заливки герметизирующего материала на всю глубину шва, образованного двумя образцами-балочками [1]. Герметизирующие материалы в модели трещины предварительно были растянуты на максимально возможные величины раскрытия трещин в зимний период, зафиксированы в данном положении и помещены в климатическую камеру при установленном режиме на заданное время. После окончания выдерживания в климатической камере модель трещины извлекали из зажимов и оставляли до момента, когда произойдет полная релаксация герметика. Далее образцы помещали в камеру для переменного замораживания-оттаивания на заданное число циклов. После этого оценивали предельное относительное удлинение образца, прочность сцепления с основанием и характер разрушения. Результаты лабораторных испытаний образцов моделей трещин приведены на рис.2, 3.

Рис. 2 Зависимость относительного удлинения герметизирующих материалов от ширины раскрытия трещины.

Рис. 3 Зависимость прочности сцепления герметизирующих материалов от ширины раскрытия трещины.

Из рис.2 следует, что ширина раскрытия трещины существенно влияет на изменение упруго-эластичных свойств при старении герметизирующего материала в модели трещины. В наибольшей степени это сказывается при раскрытии трещин более 10% от первоначальной ширины. Старение материала в напряженном состоянии происходит значительно интенсивнее, чем в ненапряженном. Связано это с тем, что при растяжении расстояние между макромолекулами полимера увеличивается, и повышается вероятность его деструкции.

Полученные в результате экспериментальных исследований данные позволяют сделать следующие обобщения и выводы:

1. Разработанная герметизирующая битумполимерная наполненная композиция показала относительно высокую стойкость к старению под действием ультрафиолетового облучения и солевого

раствора в сравнении с серийно выпускаемыми герметиками и мастиками. По изменению технических свойств установлено, что наименее устойчива к действию УФ-лучей и солевого раствора мастика «БИКАМ», наиболее устойчив герметик «Biguma AG». Разработанная герметизирующая битумполимерная наполненная композиция по стойкости к агрессивным факторам сравнима с герметиком «Biguma AG».

2. Исследование стойкости герметизирующих материалов к старению под действием высоких температур (750С и 1630С) показало, что термостабильность разработанной герметизирующей битумполимерной наполненной композиции находится на высоком уровне, значительно выше, чем у мастики «БИКАМ» и сравнима с термостабильностью герметика «Biguma AG».
3. Исследования стойкости разработанной герметизирующей композиции в условиях воздействия различных факторов показали, что старение материала наиболее интенсивно происходит в начальный период времени. В дальнейшем процесс старения существенно замедляется.
4. С увеличением ширины раскрытия загерметизированной трещины процесс ее разрушения ускоряется, вследствие более интенсивного ухудшения свойств герметизирующих материалов. При этом наибольшее изменение свойств отмечается при ширине раскрытия трещин превышающей 10% от первоначальной величины.

С использованием разработанной герметизирующей композиции в 2005 г. были произведены работы по санации трещин на опытном участке автодороги в г.Казани. Визуальные обследования опытного участка после проведенной санации трещин после 3 и 6 месяцев эксплуатации показали, что разрушений заделанных трещин не наблюдается. Вылет герметика из пазов трещин не отмечается. Кроме того, были проведены лабораторные исследования качества герметика после 3 и 6 месяцев эксплуатации в дорожном покрытии путем изъятия его из пазов трещин и проведения испытаний (см. табл. 2).

Таблица 2

Результаты лабораторных испытаний герметизирующей композиции

Наименование показателя	Результаты испытаний герметизирующей композиции			Метод испытаний
	исходной	после 3 мес. эксплуатации	после 6 мес. эксплуатации
Температура размягчения, 0С	86	88	88	по ГОСТ 11506
Температура хрупкости, 0С	-39	-38	-37,6	по ГОСТ 11507
Пенетрация при 250С, 0.1 мм	112	108	105	по ГОСТ 11501
Растяжимость при 00С	42	40	39	по ГОСТ 11505
Гибкость на брусе d=10 мм, 0С	-37	-36	-36	по ГОСТ 30740-2000
Адгезия, выдерживает с контр.обр. №	1	1	1	по ГОСТ 11508-74*
Температура липкости, 0С	>50	>50	>50	по ГОСТ 30740-2000
Относительное удлинение при разрыве, %	800	760	730	по ГОСТ 30740-2000
Эластичность при 250С, %	96	94	92	-
Водопоглощение, %	0.10	0.11	0.11	по ГОСТ 25945

Из таблицы 2 следует, что основные технических свойств материала в пределах установленных сроков эксплуатации изменялись несущественно. Наблюдение за опытным участком продолжаются.

Таким образом, проведенные исследования показали, что разработанная герметизирующая композиция обладает достаточно высокими физико-механическими характеристиками, высокой устойчивостью к старению под воздействием различных внешних факторов. Разработанная композиция может быть эффективно использована для санации трещин асфальтобетонных покрытий автомобильных дорог II-III дорожно-климатической зоны.

СПИСОК литературЫ

1. Брехман А.И., Андреев Е.И., Семенов А.С. Битумная композиция. Описание изобретения к патенту РФ №2267506. // Б.И. №1 Опубл. 10.01.2006, 4 с.
2. Печеный Б.Г. Битумы и битумные композиции. – М.: Химия, 1990, 256 с.
3. ГОСТ 30740-2000. Материалы герметизирующие для швов аэродромных покрытий. Общие технические условия. – М., 1999, 34 с.

УДК 691.316.001

Сидоренко Ю.В., канд. техн. наук

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

ПРИНЦИП ПОЛИСТРУКТУРНОСТИ В ПРИМЕНЕНИИ

К КОНТАКТНО-КОНДЕНСАЦИОННЫМ НЕСТАБИЛЬНЫМ СИЛИКАТНЫМ СИСТЕМАМ

Экономические преобразования, начавшиеся в стране, вызвали в промышленности строительной индустрии рост затрат на использование энергоносителей, природных ресурсов, транспортных услуг, снижение потребности в строительных материалах традиционного ассортимента, лавинообразное поступление на региональные строительные рынки импортных технологий и готовых материалов. В связи с этим при строительстве недорогостоящего жилья необходимо интенсивнее использовать местные сырьевые ресурсы, стремиться к увеличению разнообразия номенклатуры выпускаемых мелкоштучных и малоформатных изделий и материалов, а также внедрять малоэнергоемкие технологии, к числу которых, в частности, относится контактно-конденсационная (безавтоклавная) технология [1] по производству силикатных материалов. Одним из условий успешного развития и внедрения в практику строительства безавтоклавной технологии являются создание теоретических обоснований и моделирование процессов, обеспечивающих получение заданной прочности сырца изделия во время прессования. Однако, как показывает анализ научно - исследовательских работ по данной проблеме, механизм контактно - конденсационного упрочнения сырца раскрыт не в достаточной степени; не решены вопросы, связанные с надежностью контактов, образуемых нестабильными фазами при прессовании; не исследованы структурные переходы на различных этапах технологии.

В процессе развития данного направления намечены принципы и подходы к теоретическому моделированию систем подобного класса на макро- и мезоуровнях, позволяющие оценить влияние технологических параметров на прочность контакта между структурообразующими элементами [2-6]. Актуальность данной работы заключается в исследовании процессов формирования контактов на стадии прессования и упрочнения сырца изделия, что должно послужить импульсом для внедрения контактно-конденсационной технологии в практику производства стеновых и отделочно - облицовочных силикатных изделий.

Отметим, что в применении к твердеющим строительным композитам контактные взаимодействия рассматри­вались П.А. Ребиндером, Н.Б. Урьевым, Б.В. Дерягиным, А.Ф. Полаком, В.В. Бабковым, В.И. Соломатовым, П.Г. Комоховым, А.Н. Бобрышевым, М.М. Сычевым, Е.М. Чернышовым, А.Н. Плугиным, В.В. Капрановым и другими учеными.

По современным воззрениям процесс твердения трактуется как кинетический переход взаимодействующих частиц на различные энергетические уровни с изменяющимся спектром действующих сил. Окончательной стадией считается переход частицы в область ближней потенциальной ямы, где происходит необратимая химическая сшивка элементарных участков.

По В.Д. Глуховскому и Р.Ф. Руновой [1], под контактной конденсацией понимается срастание нестабильных частиц различных размеров (от коллоидных до макрочастиц), происходящее не на ионно-молекулярном уровне, а на уровне макросинтеза. Предполагается, что данная форма контакта реализуется для различных по размеру и форме частиц и зависит от резерва нестабильной фазы и давления прессования; при этом не происходит изменения химического состава, диспергации вещества до молекулярного уровня, перемещения макрообъемов материала частиц, подвода тепловой энергии. Эти особенности процесса позволили В.Д. Глуховскому рассматривать агрегацию нестабильных материалов как особый вид конденсации - контактную конденсацию.

Проведенный анализ различных механизмов межзерновой связи показывает, что в основе находится организация областей из элементов подсистемы более низкого уровня иерархии [2]. Что касается чистого фазового контакта между частицами, то его возможность определяется площадью атомных перемычек, способных противодействовать гидролизу, противостоять гравитационным силам (по критерию Н.Б. Урьева). Однако и в этом случае, согласно положениям молекулярной динамики, наблюдается перераспределение атомов в прилегающей зоне с увеличением числа контактов. Схему “полного слияния” частиц следует признать пригодной для взаимодействия образований с размером менее критического за счет большей подвижности сегментных участков. Для кристаллов с размерами более критического вероятность совпадения решеток следует считать малой. Уменьшение межфазной поверхности сопровождается уменьшением энтропии. Зона структурной неупорядоченности обладает градиентами химического, температурного потенциалов и т.д., в связи с этим - потоков различного свойства.

Таким образом, формирование межчастичных контактов осуществляется по иерархическому принципу полиструктурности В.И. Соломатова, т.е. “структура в структуре”, сверху вниз до ионно-молекулярного уровня [2, 4].

Отмечается мнение большинства исследователей о ключевой роли гелевой составляющей в формировании матрицы каркаса твердеющей системы, а также роли связанной воды.

Трудность моделирования процессов в рассматриваемой нестабильной системе связана с ее многокомпонентным составом, полидисперсностью составляющих элементов. Формируемая система имеет вероятностную структуру как на уровне капилляров - объемных пор, так и на уровне отдельного звена. В ней отмечаются пороговые явления и процессы самоорганизации. Во время своей эволюции система претерпевает ряд реологических изменений, включая разрывы сплошности.

Исходя из сущности процесса контактной конденсации, нами предложено провести моделирование не по технологическим переделам, а структурным. В этом случае, например, динамика формирования капиллярно - пористой перемычки между структурообразующими элементами будет представлять совокупность взаимосвязанных подмоделей для зон: высококонцентрированной объёмной области, зоны сжимаемого осадка, упруго - вязкопластичной зоны, зоны упруго-капиллярного тела с переменной плотностью. Каждая такая подмодель (блок) имеет подмножества входных, управляющих, выходных и внутренних параметров. Условие совместности заключается в равенстве входных и выходных параметров блоков. Всей системе в целом и отдельным ее блокам можно поставить в соответствие совокупность целевых функций с учетом принципов иерархии и подчинённости. Так как рассматривается формирование прочности композиционной структуры за счет фазовой агрегации частиц ограниченного подмножества под действием их силового деформирования, то, очевидно, в основе рассматриваемых моделей должны находиться принципы гранулометрической динамики. В этом случае системная модель должна включать в себя ряд подмоделей, учитывающих динамику изменения плотности распределения нестабильной фазы.

Таким образом, на основе системного анализа разработаны принципы и подходы к моделированию процессов контактно - конденсационного твердения с помощью комплекса взаимосвязанных моделей [4]. Также разработана математическая модель этапа подготовки низкоосновных гидросиликатов кальция в реакторе - кристаллизаторе периодического типа с учетом растворимости исходных фаз и кристаллизации новообразований, введены упрощения и допущения в модели. Проведено экспериментальное исследование особенностей подготовки нестабильных гидросиликатов кальция для контактно - конденсационного твердения. Предложенные механизмы создания прочности сырца на макро- и мезоуровнях подтверждаются работами по мембранным технологиям, сжимаемым осадкам, экспериментальными исследованиями [4].

Разработка теоретических обоснований должна послужить основой для изготовления местных эффективных бесцементных вяжущих и силикатных изделий безавтоклавного твердения, возможно применение результатов исследований в развитии новых технологий, использующих принцип отвердевания непосредственно в процессе формования изделий, и прикладных задач по разработке и проектированию композиционных материалов контактно-конденсационного типа в других областях (экструзия и вальцевание высоконаполненных систем, затвердевание в зернистых средах, консолидация осадков в системах очистки и т.д.).

Разнообразие существующих промышленных отходов (которые - помимо извести, кварцевого песка и кремнеземистых компонентов - также могут использоваться в качестве сырьевых материалов) по условиям образования, агрегатному образованию, химико-минералогическому и фазовому составам позволяет не только расширить сырьевую базу контактно-конденсационных материалов, но и значительно улучшить их строительно-технические свойства за счет направленного формирования процессов самоорганизации структуры на всех этапах технологии.

СПИСОК литературЫ

1. Глуховский В.Д., Рунова Р.Ф., Максунов С.Е. Вяжущие и композиционные материалы контактного твердения. - Киев: Вища школа, 1991. – 242 с.
2. Соломатов В.И, Коренькова С.Ф., Сидоренко Ю.В. Термодинамические аспекты контактной конденсации нестабильных силикатных систем // Известия вузов. Строительство.-Новосибирск.- 2001. - №2-3. - С.38- 44.
3. Коренькова С.Ф., Сидоренко Ю.В. Роль энергии активации в формировании механизма необратимой конденсации для безавтоклавной технологии // Проблемы строительного комплекса России: материалы VII международной научно-технической конференции: Уфа, 2003.- С.178 – 180.
4. Сидоренко Ю.В. Моделирование процессов контактно-конденсационного твердения низкоосновных гидросиликатов кальция: Дис…. канд. техн. наук.- Самара, 2003. - 217 с.
5. Сидоренко Ю.В. Механизм создания контактно-конденсационной перемычки между структурообразующими элементами на мезоуровне системы // Современные представления об инвестиционных процессах и новые строительные технологии: труды секции “Строительство” РИА.- М., 2004.- Вып.5. -Ч. 2. - С.168 - 178.
6. Сидоренко Ю.В., Коренькова С.Ф. О моделировании процессов твердения нестабильного вяжущего известково-силикатного состава // Научные труды Самарской школы материаловедов. / СГАСУ, Самара, 2005. - Вып. 1. - С. 97 – 102.