Стеновые керамические материалы пониженной средней плотности на основе высококальциевой золы и микрокремнезема
На правах рукописи
МАКСИМОВА
Светлана Михайловна
СТЕНОВЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПОНИЖЕННОЙ СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ НА ОСНОВЕ ВЫСОКОКАЛЬЦИЕВОЙ ЗОЛЫ И МИКРОКРЕМНЕЗЕМА
05.23.05. – Строительные материалы и изделия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Томск 2002
Работа выполнена в Братском государственном техническом университете (БрГТУ).
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Лохова Н.А.
Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Косых А.В.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Верещагин В.И.;
кандидат технических наук, доцент Копаница Н.О.
Ведущая организация: Проектно-технологический институт г.Братска.
Защита состоится 20 декабря 2002г. на заседании диссертационного совета Д 212.265.01 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 634002 г.Томск, пл. Соляная, 2.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета.
Автореферат разослан «___» ноября 2002г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Скрипникова Н.К.
Актуальность работы:
В г. Братске, как и в большинстве крупных индустриально развитых городов, удаленных от федерального и областных центров, сложилась неблагоприятная ситуация в индустрии строительных материалов, в частности - керамическом производстве.
Это обусловлено, с одной стороны, временными трудностями, связанными с недостаточным спросом на продукцию в условиях малоразвитого строительства, низкой рентабельностью производств. С другой стороны, наблюдается объективная тенденция повышения требований, предъявляемых к строительным материалам, в частности теплозащитной способности, эстетическим свойствам и т.д.
Одним из способов повышения технико-экономических показателей строительной керамики является расширение сырьевой базы, например, использование в качестве основного компонента керамических шихт золы-унос.
Как показывает российский и зарубежный опыт, материалы с участием золы конкурентоспособны по сравнению с изделиями из природного глинистого сырья, а также, как правило, имеют меньшую среднюю плотность и соответственно теплопроводность.
Основная проблема при использовании высококальциевых зол-унос от сжигания бурых углей, в том числе Ирша-Бородинского месторождения – необходимость в создании условий для полного связывания оксидов кальция и магния в устойчивые долговечные соединения для получения прочного морозостойкого черепка.
Для решения данной проблемы необходим подбор и оптимизация компонентного состава сырьевой смеси, обеспечивающей направленное фазообразование при обжиге.
Добавками, активно влияющими на фазообразование в процессе термообработки, могут служить микрокремнезем, соли щелочных металлов, органические добавки – продукты лесохимии. Последние также должны способствовать снижению средней плотности и теплопроводности материала.
Кроме того, продукты сульфатно-целлюлозной переработки древесины могут применяться в качестве воздухововлекающих добавок или стать основой для эффективных пенообразователей и использоваться для создания ячеистой структуры в керамических теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалах.
Диссертационная работа выполнялась с 1999 по 2002г. и является развитием и продолжением исследований кафедры строительного материаловедения и технологий БрГТУ по получению керамических материалов на основе техногенного сырья.
Цель работы:
Разработка стеновых керамических материалов пониженной средней плотности на основе композиции высококальциевой золы с микрокремнеземом и научно-обоснованных технологических приемов их производства.
Задачи исследования:
- Исследование золы-унос от сжигания углей Ирша-Бородинского месторождения в качестве основного компонента сырьевых смесей для получения керамического материала пониженной средней плотности, обоснование выбора корректирующих компонентов (микрокремнезема, талового пека);
- Разработка составов и исследование влияния добавок микрокремнезема и кальцинированной соды на основные свойства стенового материала.
- Исследование влияния добавок на основе таллового пека на свойства сырьевой смеси, формирование парогазовой среды и структурообразование материалов из высококонцентрированных суспензий;
- Разработка составов и технологических приемов приготовления ячеистых керамических материалов из высококонцентрированных суспензий с порообразующими добавками продуктов сульфатной переработки древесины;
- Исследование структуры и физико-механических характеристик стеновых керамических материалов на основе высококальциевой золы и микрокремнезема;
- Проведение опытно-промышленных испытаний стенового материала из высококонцентрированных суспензий, оценка технико-экономической эффективности его изготовления.
Научная новизна работы:
- Установлено, что введение 1-2,5мас.% Na2CO3 в сырьевую смесь на основе композиции высококальциевой золы-унос (62-67мас.%) и микрокремнезема (38-33мас.%) способствует интенсификации процессов спекания и полного связывания CaO и MgO в новообразования – полевые шпаты и диопсид, за счет растворения стеклооболочки оксида кальция под действием щелочного компонента в ходе термообработки и появления легкоплавкой эвтектики при 7250С, что обеспечивает получение прочного водостойкого черепка;
- Установлено, что при термообработке высококонцентрированных суспензий на основе золы, микрокремнезема и эмульсии талового пека, происходит интенсификация парогазовыделения в температурном интервале 600-10000С за счет термической деструкции органической добавки, что способствует созданию пневматолито-термических условий и интенсификации процессов спекания;
- Установлено, что использование приема комбинированной пористости за счет применения методов пенообразования или газовыделения совместно со способами воздухововлечения, выгорания органических добавок и влагоудаления, а также в сочетании с исходной микропористостью сырья обеспечивает создание дифференцированной по размерам пористости, что способствует снижению теплопроводности и улучшению теплозащитных характеристик стеновых керамических материалов;
- Установлено, что введение жидкого стекла в состав пенообразователей на основе ряда побочных продуктов сульфатно-целлюлозного производства способствует стабилизации пен на их основе и обеспечивает увеличение сроков хранения пенообразователя.
Практическое значение полученных результатов:
Разработаны составы и технологические приемы производства стеновых керамических материалов с требуемыми физико-механическими характеристиками (М100, F25) и улучшенными теплофизическими параметрами.
Разработаны технологические приемы поризации строительных смесей для получения керамических материалов на основе композиции «Зола+микрокремнезем» путем введения продуктов сульфатной переработки древесины.
Разработаны технологические приемы создания комбинированной пористости путем поризации на различных этапах изготовления материала, что обеспечивает получение дифференцированной по размерам пористости и высокие технико-эксплуатационные характеристики материала.
Полученные результаты позволяют расширить сырьевую базу для производства стеновой керамики за счет использования золы-унос с повышенным содержанием оксида кальция. Применение дисперсных техногенных компонентов дает возможность исключить этап предварительной переработки сырья, что упрощает технологию изготовления керамических изделий и снижает себестоимость готовой продукции.
Апробация работы:
Основные положения работы обсуждались в ходе межрегиональной научно-технической и XXII научно-технической конференций БрГТУ (г.Братск 2001-2002 гг.); на международной научно-технической конференции ВГАСА «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций» (г. Волгоград, 2000г.); на международных научно-технических и научно-практических конференциях ПГАСА и Приволжского дома знаний «Композиционные строительные материалы. Теория и практика», «Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов», «Биосфера и человек: проблемы взаимодействия» (г. Пенза 2001-2002 гг.); на международном научно-техническом семинаре ТГАСУ «Нетрадиционные технологии в строительстве» (г. Томск 2001г.).
Публикации:
Основное содержание работы и ее результаты опубликованы в 24 печатных работах. Получено положительное решение ФИПС по заявке №2001103551/03 на выдачу патента.
На защиту выносятся:
- составы шихт на основе высококальциевой золы для получения материалов из полусухих и пластичных смесей, а так же ячеистых материалов из литых масс;
- результаты исследований физико-механических свойств, фазового состава и пористости материалов из смесей различной формуемости;
- технология производства стеновых керамических материалов пониженной средней плотности на основе высококальциевой золы и микрокремнезема;
- результаты опытно-промышленных испытаний и рекомендации по изготовлению стеновых керамических изделий на основе высококальциевой золы.
Объем и структура диссертации:
Диссертационная работа изложена на 216 страницах, содержит 11 рисунков, 47 таблиц и состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографии, включающей 123 источника, и 14 приложений.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, дана краткая характеристика состояния вопроса, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическое значение полученных результатов, приведены сведения о структуре и апробации работы.
В первой главе проанализированы вопросы, связанные с возможностью использования зол в качестве основного сырья для производства стеновой керамики. Сформулированы предпосылки использования добавок сульфатно-целлюлозного производства в производстве керамических материалов. Представлены основные методы поризации материала, а также способы оптимизации поровой структуры.
Обзор литературных данных позволяет констатировать наличие резервов в области использования зол-унос в керамической промышленности. Одним из направлений, подтвержденным практическим опытом, является применение отхода в качестве основной составляющей керамических шихт.
При значительной доли участия золы-унос в составе материала микропористость ее зерен, наряду с наличием остаточного топлива позволяют облегчить получаемые изделия, повысить их теплозащитные свойства.
При использовании в качестве основного сырья высококальциевых зол необходимо введение добавок (например, микрокремнезема), связывающих оксиды кальция и магния в прочные соединения, и, таким образом, нейтрализующих их негативное влияние.
Применение побочных продуктов и отходов сульфатно-целлюлозной переработки древесины при производстве керамических изделий на основе природного сырья обеспечивает комплексное действие на свойства сырьевой смеси, полуфабриката и готового материала. Малоизученным остается их влияние на массы из компонентов техногенного происхождения.
Наличие поверхностно-активных свойств у продуктов целлюлозного производства позволяет использовать их в качестве пенообразователей, воздухововлекающей добавки для изменения реологических свойств керамических смесей, а также оптимизации порового пространства материала.
Использование в композиции высококальциевой золы-унос с микрокремнеземом побочных продуктов сульфатно-целлюлозного производства в сочетании с различными технологическими приемами (пенообразование, газовыделение) создает предпосылки для направленного регулирования свойств материала путем создания комбинированной пористости в сырце и интенсификации фазообразования при обжиге.
Во второй главе приведена характеристика материалов и методов исследований.
В работе в качестве основного сырья использовалась высококальциевая зола-унос от сжигания углей Ирша-Бородинского месторождения; в качестве добавок: микрокремнезем производства кристаллического кремния Братского алюминиевого завода, талловый пек, являющийся кубовым остатком от ректификации таллового масла в ходе сульфатной переработки древесины, а также продукт сульфатно-целлюлозного производства моющее средство «Тайга» в качестве пенообразователя.
Зола-унос от сжигания углей Ирша-Бородинского месторождения в соответствии с ОСТ 34-70-542-81 характеризуется содержанием суммы оксидов кальция и магния до 36 мас.%, свободного оксида кальция до 5% и относится к высококальциевым, т.е. непригодным для производства золокерамики. Для полного связывания вышеназванных оксидов в безопасные силикатные и алюмосиликатные новообразования необходимо введение в шихту дополнительного кремнеземсодержащего компонента, например микрокремнезема.
Изменчивость химического состава золы-унос, особенно в отношении содержания оксида кальция, обуславливает необходимость принятия мер для обеспечения получения материалов с гарантированными свойствами. Решение данной задачи возможно при контроле содержания CaO в используемой золе и наличии эффективных приемов, позволяющих компенсировать недостатки сырья.
Высококальциевая зола-унос, характеризующаяся пониженным суммарным содержанием SiO2 и Al2O3, в сочетании с кремнеземсодержащей добавкой – микрокремнеземом, дает возможность синтезировать техногенные шихты, приближенные по химическому составу к глинистому сырью.
В работе приводится обоснование использования Na2CO3 в качестве добавки комплексного действия. На этапе формования и сушки сырца введение Na2CO3 приводит к упрочнению полуфабриката за счет образования гидросиликатов натрия, оказывающих флюсующее и минерализующее действие в процессе обжига. Это объясняется созданием внутренней парогазовой фазы и образованием твердых растворов, способствующих деформации кристаллических решеток реагирующих компонентов и повышению их реакционной способности. Кроме того, введение кальцинированной соды обеспечивает ускорения связывания CaO в новообразования благодаря щелочному растворению покрывающей его стеклооболочки и образованию легкоплавкой эвтектики при 7250С.
Введение таллового пека позволяет прогнозировать положительное действие добавки на связность смесей из дисперсного техногенного сырья, а также на интенсификацию обжиговых процессов путем активизации газовыделения в ходе термической деструкции пека, которое может быть усилено путем его окисления гипохлоритом натрия.
Использование золы, микрокремнезема и органической добавки таллового пека делает возможным получение легковесных керамических материалов. Для дальнейшей поризации структуры целесообразно использование моющего средства «Тайга» в качестве основы для пенообразователя при получении ячеистых керамических материалов методом пенообразования.
В исследовании применялись стандартные методики проведения испытаний материалов. Исходные компоненты шихты и полученные на их основе материалы изучались с применением химического, газохроматографического, рентгенофазового и порометрического анализов.
В ходе исследований использовалось математическое планирование экспериментов с дальнейшей проверкой адекватности полученных уравнений.
В третьей главе изучаются закономерности формирования свойств стеновых керамических материалов на основе высококальциевой золы и микрокремнезема при различных параметрах формуемости, а также способы интенсификации процессов спекания и фазообразования в ходе термообработки материала.
Математическое планирование эксперимента позволило выявить оптимальное соотношение компонентов: 65% высококальциевой золы-унос (З), 35% микрокремнезема (МК) и 1…2,5 % Na2CO3. Влажность шихты при полусухом формовании 16%, добавка соды вводилась вместе с водой затворения.
Выявлено, что процесс структурообразования материала из полусухих смесей можно условно разделить на три этапа (рис.1): первый (до 3000С), сопровождаемый удалением свободной и адсорбированной влаги; второй (300…6000С) – предкристаллизационный, характеризующийся определенной стабильностью свойств; третий (свыше 6000С) – кристаллизационный, в котором наблюдается активизация процессов спекания и фазообразования.
Рис.1 Зависимость физико-механических свойств материала состава «Зола+микрокремнезем+Na2CO3» от температуры термообработки
Рентгенофазовый анализ (рис.2) показывает, что комплексное взаимодействие компонентов шихты приводит к полному связыванию свободных CaO и МgO при температуре 850...9500С в высокопрочные минералы типа полевых шпатов и диопсида. Это не наблюдается для проб исходной золы-унос без добавок, термообработанной при 10000С, в которой сохраняется свободный оксид магния.
Рис.2. Интенсивность аналитических пиков для материала состава «Зола+микрокремнезем+Na2CO3»
Материал, полученный на основе полусухих масс при оптимальном соотношении компонентов (65% З и 35% МК) с добавкой 2,5мас.% Na2CO3, обожженный при максимальной температуре (10500С), характеризуется следующими параметрами: прочность при сжатии – 23,8 МПа, прочность на изгиб – 3,2 МПа, средняя плотность – 1610 кг/м3, водопоглощение – 24,1 мас.%, коэффициент размягчения 0,9.
З и МК отличаются высокой дисперсностью, повышенной водопотребностью, а также отсутствием пластичности, что обуславливает необходимость использования пластифицирующих компонентов для повышения связности высококонцентрированных суспензий (ВКС). В работе показана эффективность использования в качестве жидкости затворения 5%-ной эмульсии таллового пека в 5%-ном водном растворе Na2CO3, что обеспечивает получение связных ВКС на основе техногенного сырья, а также оказывает минерализующие воздействие в процессе обжига за счет наличия соды в своем составе.
Количественное содержание компонентов в исследуемых сырьевых смесях составило:
- 65% З, 35% МК, 32% (сверх 100% З+МК) эмульсии талового пека (ЭТП);
- 65% З, 35% МК, 32% (сверх 100% З+МК) ЭТП с добавкой гипохлорита натрия в количестве 5% от массы пека.
Термическая деструкция таллового пека в высокотемпературной зоне способствует обогащению парогазовой среды материала парами воды, а также газами-восстановителями CO и Н2 (рис.3).
Таким образом, создаются пневматолито-термические условия, которые способствуют более полному выгоранию органической составляющей шихты и оказывает интенсифицирующее воздействие на процессы спекания и фазообразования.
Материал на основе композиции «З+МК+ЭТП», обожженный при температуре 10000С, характеризуется следующими физико-механическими свойствами: средняя плотность 1500 кг/м3, прочность при сжатии 26,7 МПа; коэффициент размягчения 1; водопоглощение 26%.
Рис.3 Зависимость парогазовыделения от температуры обработки добавки
Ввод в ЭТП гипохлорита натрия (ГПХ) способствует обогащению пека кислородсодержащими группами и приводит к дополнительной активизации парообразования и общего газовыделения (рис.3) в кристаллизационный период (температурный интервал 600-10000С), что обуславливает интенсификацию процессов спекания и снижение оптимальной температуры термообработки до 9500С (рис.4).
Материал на основе композиции «З+МК+ЭТП+ГПХ», обожженный при температуре 9500С характеризуется следующими физико-механическими свойствами: средняя плотность 1400 кг/м3, прочность при сжатии 28,7 МПа; водопоглощение 30,4%.
Рис.4 Зависимость физико-механических свойств материалов на основе композиции «Зола (З) + микрокремнезем (МК) + эмульсия талового пека (ЭТП)» без добавки и с добавкой гипохлорита натрия (ГПХ) от температуры термообработки
В четвертой главе приводятся данные о получении материалов с регулируемой пористостью на основе высококальциевой золы-унос и микрокремнезема.
Характер и объем пористости обуславливается видом используемого сырья, вводимыми добавками, а так же способом порообразования.
Анализ результатов исследования пористости материалов методом ртутно-вакуумной порометрии позволил определить суммарный объем, средний диаметр, и условную поверхность пор материалов из разных шихт.
Поры, согласно классификации М.М. Дубинина, разделены на три группы: макропоры (с эквивалентным радиусом более 0,1 мкм), переходные поры (0,0015 – 0,1 мкм) и микропоры (менее 0,1 мкм).
Выявлено, что с ростом пластичности шихты, материал приобретает более развитую пористость, что сопровождается снижением средней плотности (табл. 1).
Таблица 1
Характеристика пористости
| Состав шихты | Темпе-ратура обжи-га, 0С | Сред-ний диа-метр пор, мкм | Удель-ная поверх-ность, м2/г | Суммар-ный объем пор, см3/г | Суммар-ный объем макропор, см3/г | Суммар-ный объем переход-ных пор, см3/г | Сред-няя плот-ность, г/см3 |
| З+МК+ЭТП+ГПХ | 900 | 0,117 | 7,359 | 0,431 | 0,325 | 0,106 | 1,432 |
| З+МК+ЭТП | 900 | 0,065 | 9,488 | 0,306 | 0,203 | 0,103 | 1,489 |
| З+МК+Na2CO3 | 900 | 0,049 | 10,418 | 0,256 | 0,157 | 0,098 | 1,633 |
| З+МК | 1000 | 0,039 | 14,283 | 0,277 | 0,126 | 0,151 | 1,580 |
Введение Na2CO3 оказывает уплотняющее действие. В сравнении с контрольным составом средняя плотность возрастает с 1,580 до 1,633 г/см3, суммарный объем пор сокращается с 0,277 до 0,256 см3/г. Это обусловлено флюсующими свойствами Na2CO3, улучшением спекания черепка.
Введение как минерализующей добавки, так и органических компонентов (ЭТП, ЭТП+ГПХ) приводит к уменьшению количества переходных пор в сравнении с контрольным составом без добавок. Однако при этом наблюдается рост макропористости с 0,126 см3/г до 0,157 – 0,325 см3/г.
При сравнительном анализе материалов с различными добавками предпочтительнее выглядит состав «З+МК+ЭТП+ГПХ». Увеличение суммарного объема пор материала происходит в основном за счет макропористости. При этом важно, что количество переходных пор не сокращается и составляет 0,106 см3/г. Это позволяет снизить теплопроводность материала в сравнении с другими составами.
Для получения материалов способом пенообразования необходимо наличие эффективных пенообразователей. Продукты и отходы сульфатного производства целлюлозы являются основой для их получения. Особенности состава позволяют в ряде случаев избежать использования стабилизирующих добавок либо применять для данных целей неорганическое соединение – жидкое стекло, в т.ч. полученное на основе МК.
Выявлено, что наилучшими показателями обладает пенообразователь, представляющий собой 50%-ный водный раствор продукта сульфатно-целлюлозной переработки древесины моющего средства «Тайга» (кратность – 60, стойкость – 58 мин.), благодаря оптимальному соотношению компонентов и содержанию в составе моющего средства «Тайга» стабилизатора - натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы или метилцеллюлозы.
Воздухововлекающая добавка мыло сырое сульфатное (МСС) в количестве 0,75% от массы З и МК обеспечивает 12-15% пор воздухововлечения. Качество газовыделения и объем полученной при этом пористости не изменяется при использовании воздухововлекающей добавки, влияющей на тиксотропные характеристики смеси, и составляет для шихт с различным В/Т 18-26%.
Оптимальная поровая упаковка достигается при создании комплексной, дифференцированной по размерам пористости за счет сочетания микропористости зерен З и межглобулярной пористости МК, более крупной пористости от выгорания органики и парогазовыделения при термической деструкции органических компонентов, средних пор воздухововлечения и макропор от введения пены или газообразования.
Для материалов ячеистой структуры характерна развитая пористость: в материале на основе З и МК, полученном методом газовыделения закрытая пористость (44-47%) превалирует над открытой (39-37%). При использовании метода пенообразования наблюдается обратная тенденция, при этом объем закрытой пористости составляет 42-49%, что приближается к значениям закрытой пористости газокерамики.
Для повышения прочностных характеристик ячеистого материала, как на этапе получения полуфабриката, так и в процессе обжига, вводилась добавка Na2CO3. Дополнительным эффектом от ее использования является снижение водопотребности смеси за счет разжижающего действия электролита (введении 5 –10% добавки обеспечивает снижение В/Т на 30%).
Регулирование количества ультрадисперсной добавки МК в материалах, полученных способом газообразования, позволяет улучшить их физико-механические характеристики. Введение не менее 10% МК обуславливается необходимостью достижения достаточной распалубочной прочности благодаря образованию гидросиликатов натрия, вместе с тем, при увеличении доли МК, наблюдается ухудшение прочностных характеристик обожженного материала за счет увеличения водосодержания смеси.
За счет оптимизации компонентного состава и температуры обжига с использованием математического планирования эксперимента, получены материалы со следующими характеристиками:
- пенокерамика (З – 65%, МК – 35%, пенообразователь на основе моющего средства «Тайга» – 7,1%, Na2CO3 – 4%, В/Т – 0,68): прочность при сжатии 2,4 МПа, средняя плотность 0,87 г/см3, теплопроводность – 0,34 Вт/(м.0С);
- газокерамика (З – 90%, МК – 10%, Na2CO3 – 6%, карбоксиметилцеллюлоза – 0,2%, алюминиевая пудра ПАП-1 – 0,35%, В/Т – 0,55) прочность при сжатии 0,95 МПа, средняя плотность 0,49 г/см3, теплопроводность – 0,15 Вт/(м.0С).
В пятой главе дана оценка существующего положения дел в отрасли строительных материалов г. Братска, и возможные пути выхода из кризисной ситуации с использованием полученных научных результатов и практических рекомендаций.
Необходимо освоение новых схем строительства, а так же внедрение современных материалов, отвечающих требованиям по теплозащите ограждающих конструкций зданий и сооружений.
Предлагаемая технология изготовления изделий (рис.5) из сырьевой смеси на основе З, МК и ЭТП (модифицированной ГПХ) позволяет получить легковесные керамические материалы, отвечающие требованиям ГОСТ 530-95 для стеновых керамических изделий со средней плотностью 1230 кг/м3, маркой по прочности М100 и по морозостойкости F25. Керамические изделия на основе представленного состава в сравнении с аналогичной продукцией (кирпич полнотелый) одинаковой марки (М100) на основе глинистого сырья, характеризуется более низкой средней плотностью (1230 и 1800 кг/м3 соответственно) и теплопроводностью (0,57 и 0,83 Вт/(м.0С)).
Для получения гарантированных результатов с учетом изменчивости химического состава золы-унос в работе даны соответствующие рекомендации по изменению процентного соотношения компонентов З и МК при варьировании содержания в золе-унос оксида кальция.
Рис. 5 Схема производства стенового материала на основе дисперсного техногенного сырья с добавкой модифицированного таллового пека
Материал на основе З, МК и ЭТП (окисленной ГПХ) соответствует санитарно-гигиеническим требованиям, предъявляемым к материалам для жилищного строительства: исследование выделения токсичных веществ показало соответствие нормируемых санитарно-эпидемиологическим показателям; радиологические исследования показали, что удельная активность естественных радионуклидов не превысила нормативных требований.
Использование дисперсных техногенных отходов позволит снизить себестоимость продукции за счет уменьшения энергозатрат. Кроме того, внедрение предлагаемой технологии позволит повысить гибкость технологического процесса, расширить номенклатуру выпускаемой продукции; улучшить теплозащитные свойства производимых стеновых керамических материалов, будет способствовать повышению спроса на продукцию, повышению ее отпускной цены, и как следствие, даст возможность прогнозировать расширение рынков сбыта и рост рентабельности производства.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
- Проведенные исследования доказывают, что использование высококальциевой золы-унос в качестве одного из компонентов шихты является перспективным направлением развития керамического производства, позволяющим изготавливать стеновые керамические материалы хорошего качества при меньших затратах на производство;
- Введение в композицию «Зола+микрокремнезем» добавки Na2CO3 обеспечивает полное связывание оксидов кальция и магния золы в новообразования (полевые шпаты, диопсид) при более низких температурах за счет растворения стеклооболочки вокруг частиц СаО под действием щелочного компонента и образования легкоплавкой эвтектики.
- Введение кальцинированной соды в композицию «Зола+микрокремнезем» обеспечивает рост пластической прочности массы за счет образования на этапе получения полуфабриката гидросиликатов натрия, в ходе дегидратации которых при обжиге материала происходит выделение паров воды, способствующих созданию пневматолито-термических условий и интенсифицирующих спекание черепка.
- Использование в качестве жидкости затворения 5%-ной эмульсии таллового пека в слабом водном растворе Na2CO3 обеспечивает получение связных высококонцентрированных суспензий на основе дисперсного техногенного сырья, характеризующихся жесткостью 40-45 сек. и отсутствием расслаиваемости, что позволяет использовать вибропрессовочное оборудование для формования материалов на их основе.
- Активное парогазовыделение в ходе термической деструкции добавки таллового пека (которое может быть интенсифицировано при модификации пека гипохлоритом натрия) способствует созданию певматолито-термических условий при обжиге материала на основе высококонцентрированных суспензий и, таким образом, активизирует процессы спекания. Как следствие, повышается прочность и морозостойкость материала, снижается средняя плотность и теплопроводность.
- Введение добавки Na2CO3 при изготовлении материала методом полусухого формования на основе композиции «Зола+микрокремнезем» уплотняет матричную структуру и снижает общий объем пор, в то время как введение органических добавок способствует росту пористости. Деструкция таллового пека, в том числе модифицированного гипохлоритом натрия, характеризуется активным парогазовыделением и обуславливает увеличение количества пор большего диаметра.
- Продукты сульфатно-целлюлозного производства могут быть использованы в качестве основы для получения эффективных пенообразователей. Пены, получаемые методом барбатации, соответствуют требуемым технологическим параметрам стойкости и кратности для использования в производстве поризованной стеновой керамики. Среди исследуемых составов лучшие характеристики показал пенообразователь на основе моющего средства «Тайга».
- Получены материалы с комбинированной, дифференцированной по размерам пористостью путем последовательной поризации структуры на этапах изготовления материала за счет применения различных способов создания поровой структуры.
- Опытно-промышленная апробация лабораторных исследований материала на основе высококонцентрированных суспензий (состав 65% высококальциевой золы-унос, 35% микрокремнезема и 32% эмульсии таллового пека окисленного гипохлоритом натрия), изготовленного способом вибропрессования на линии «РИФЕЙ-УНИВЕРСАЛ» и последующей термообработкой в условиях Братского керамического завода, соответствуют марке М100 по прочности на сжатие и марке F25 по морозостойкости, средняя плотность составляет 1230 кг/м3, теплопроводность 0,57 Вт/(м0С).
Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:
- Максимова С.М. Изучение свойств материалов на основе высококальциевой золы с добавкой Na2CO3// Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций: Материалы II международной научно-технической конференции: В 3ч. – Волгоград, 2000. – Ч.2 – С.29 - 31
- Лохова Н.А. Максимова С.М. Результаты анализа газохромотографических исследований таллового пека.// XXII научно-техническая конференция Братского государственного технического университета: Материалы конференции. – Братск: БрГТУ, 2001. - С. 261
- Косых А.В., Максимова С.М. Пенообразователи на основе продуктов сульфатной переработки древесины.// XXII научно-техническая конференция Братского государственного технического университета: Материалы конференции. – Братск: БрГТУ, 2001. – С.260-261
- Лохова Н.А., Максимова С.М. Регулирование свойств керамических материалов из техногеного сырья путем изменения внутреней парогазовой фазы.// Труды Братского государственного технического университета. Том2. – Братск: БрГТУ, 2001. – С.179 – 182
- Косых А.В., Максимова С.М. Продукты сульфатной переработки древесины – основа для получения пенобразователей// Труды Братского государственного технического университета. Том2. – Братск: БрГТУ, 2001. – С. 182 – 184
- Керамический материал пластического формования на основе высококальциевой золы с добавкой таллового пека/ Максимова С.М.,Мамаева Т.В., Карнаухова А.С., Ильин Е.А.// Актуальные проблемы современного строительства. /Ч.1. Строительные материалы и изделия. Экология, инженерные системы, сооружения и технологии. Материалы всероссийской ХХХI научно-технической конференции. – Пенза: ПГАСА, 2001. – С.148
- Макарова И.А., Лохова Н.А. Максимова С.М. Анализ способов уплотнения микрокремнезема с целью дальнейшей его утилизации// Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов. Материалы III Всероссийской научной конференции. – Пенза, 2001. – С.93 – 94
- Косых А.В., Максимова С.М. Попутные продукты лесохимии – основа для получения ПАВ// Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов. Материалы III Всероссийской научной конференции. – Пенза, 2001. – С.95 – 96
- Разработка путей утилизации высококальциевых зол в производстве строительной керамики./ Лохова Н.А., Макарова И.А., Косых А.В., Патраманская С.В., Максимова С.М..// Композиционные строительные материалы. Теория и практика Сборник научных трудов международной научно-технической конференции. Ч.2. – Пенза, 2001. – С.8 – 10
- Лохова Н.А., Максимова С.М., Мамаева Т.В. Использование эмульсии талового пека при производстве керамического материала на основе высококальциевой золы методом пластического формования// Перспективные материалы, технологии, конструкции,экономика: Сб. науч. тр./ Под общ. ред В.В.Стацуры. – Красноярск ГАЦМиЗ: 2001 Вып.7. – С.75 – 77
- Пенокерамика на основе микрокремнезема и высококальциевой золы-уноса/ Косых А.В., Лохова Н.А., Максимова С.М., Ярош Л.В. // Нетрадиционые технологии в строительстве: Материалы Второго международного научно-технического семинара. – Томск: Изд. ТГАСУ 2001. – С.397 – 402
- Лохова Н.А., Максимова С.М., Рубайло И.С. Исследование возможности изготовления стеновых керамических материалов на основе высококальциевой золы.// Известия вузов. Строительство. – Новосибирск: 2001 №6 134с. – С.37 - 40
- Лохова Н.А, Косых А.В., Максимова С.М. Изучение возможности получения обжиговых поризованных материалов на основе высококальциевой золы.// Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов.:Сборник материалов III Международной научно-практической конференции. Ч.II. – Пенза: Приволжский Дом Знаний, 2001. – С.154 – 156
- Максимова С.М., Косых А.В., Лохова Н.А., Ярош Л.В. К вопросу создания эффективных пенообразователей.// Современные проблемы строительного материаловедения.: Материалы докладов III международной научно-практической конференции – школы-семинара молодых ученых, аспирантов и докторантов. – Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2001. – Ч.1 – С.76 – 79
- Максимова С.М., Лохова Н.А., Волкова О.Е. Исследование свойств керамического материала из пластичных смесей техногенного состава с использованием математического планирования эксперимента.// Новые информационные технологии в решении проблем производства, строительства, коммунального хозяйства, экологии, образования, управления и права.: Сборник материалов II Российско-Украинского симпозиума. – Пенза, 2002. – С.162 – 164
- Косых А.В., Лохова Н.А., Максимова С.М., Маслова Н.В. Получение пен на базе продуктов сульфатно-целлюлозного производства и ячеистой керамики на их основе.// Новые информационные технологии в решении проблем производства, строительства, коммунального хозяйства, экологии, образования, управления и права: Сборник материалов II Российско-Украинского симпозиума. – Пенза, 2002. – С.192 – 195
- Лохова Н.А., Максимова С.М. Использование таллового пека для регулирования парогазовой среды при обжиге стеновых керамических материалов.// Труды НГАСУ. – Новосибирск: НГАСУ, 2001г. – Вып.4(15) – С.175 – 179
- Максимова С.М., Маслова Н.В., Лохова Н.А., Косых А.В. Пенокерамика на основе высококальциевой золы и микрокремнезема.// Вопросы практической экологии.: Сборник материалов Всеооссийской научно-практической конференции. – Пенза, 2002. – С.148 – 150
- Максимова С.М. Керамические материалы из техногенного сырья.// Естественные и инженерные науки – развитию регионов.: Материалы межрегиональной научно-технической конференции. – Братск: БрГТУ, 2002. – С.79 – 80
- Максимова С.М. Обжиговые материалы на основе техногенного сырья с добавками продуктов сульфатно-целлюлозного производства.// Труды Братского государственного технического университета.– Том 2. – Братск: БрГТУ, 2002. – 265с. – (Естественные и инженерные науки – развитию регионов). С. 62 - 65
- Максимова С.М., Кочуркина Н.В., Островская К.А. Отходы – во благо человека.// Биосфера и человек.: Сборник материалов VI Международной НПК. – Пенза: МНИЦ ПГСХА, 2002. – С.165-168
- Максимова С.М., Овсянникова Е.В., Гуц Е.Н. Разработка составов поризованных керамических материалов из техногенного сырья.// Образование, наука, производство: Сб. тез. докл. Международного студенческого форума. – Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2002. – Ч.2. – С.362
- Лохова Н.А., Максимова С.М., Мурашко М.Н., Сашенко Е.В. Региональный и отраслевой аспект утилизации высококальциевой золы-унос в обжиговых материалах.// Водохозяйственный комплекс и экология гидросферы в регионах России.: Сборник материалов V Международной научно-практической конференции. – Пенза: МНИЦ ПГСХ,2002. – С.88 – 89
- Лохова Н.А., Максимова С.М., Косых А.В. Обжиговые материалы на основе высококальциевой золы и микрокремнезема с добавками побочных продуктов сульфатно-целлюлозного производства. Труды НГАСУ. – Новосибирск: НГАСУ, 2002. – Т.5, вып.2(17). – С.140 – 143
Автор выражает признательность сотрудникам КрасГАСА Рубайло И.С., института КАТАЛИЗА СО РАН Фенилонову В.Б. за помощь в проведении рентгенофазовых и порометрических исследований, а также д.т.н., профессору Кудякову А.И. за ценные замечания и консультации при подготовке работы.
Формат бумаги 60х84 1/16
Заказ №. Тираж 100экз.
Отпечатано в ООП ТГАСУ
Г. Томск, ул. Партизанская 17.
