автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Автоклавный газосиликат на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Виды ячеистых бетонов и материалы для их приготовления.

1.2. Перспективные направления совершенствования технологии и повышения качества ячеистых бетонов.

1.3. Применение перлитовых пород в строительстве

1.4. Использование перлитовых пород в качестве вяжущего

1.5. Теоретические основы гидротермального твердения композиционного перлитового вяжущего

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ. ОБЩАЯ МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1. Характеристика исходных материалов

2.2. Методы физико-механических испытаний

2.3. Методы физико-химических исследований

2.4. Методика математического планирования эксперимента

2.5. Методика статистической обработки результатов эксперимента

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

3.1. Оптимизация состава гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего

3.2. Исследование влияния гидромеханоактивации на свойства композиционного перлитового вяжущего.

3.2.1. Исследование влияния тонкости помола на активность композиционного перлитового вяжущего.

3.2.2. Исследование влияния параметров автоклавной обработки на свойства композиционного перлитового вяжущего

3.3. Разработка автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего.

3.3.1. Свойства золы гидроудаления Улан-Удэнской ТЭЦ

3.3.2. Особенности использования ультракислых зол в ячеистых бетонах.

3.3.3. Подбор составов газосиликата

3.4. Стадийность процесса газообразования

3.5. Выбор параметров и режимов автоклавной обработки газосиликата.

3.6. Исследование свойств газосиликата автоклавного твердения.

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА. РЕЗУЛЬТАТЫ ВНЕДРЕНИЯ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА АВТОКЛАВНОГО ГАЗОСИЛИКАТА.

4.1. Технология автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего.

4.2. Результаты промышленной проверки предложенной технологии.

4.3. Технология автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего, принятая на заводе силикатных изделий.

4.3. Технико-экономическое обоснование производства коррозионностойких перлитобетонных изделий

В условиях дефицита и дороговизны материальных и энергетических ресурсов особо актуальной становится задача по разработке ресурсосберегающих технологий эффективных строительных материалов. Технологические процессы должны быть малоэнергоемкими, экологически чистыми с использованием техногенного, недефицитного природного сырья, отходов его добычи и переработки.

Распространенность перлитовых пород на территории Сибири и Дальнего Востока, их щелочной характер позволяют иметь относительно недорогое сырье для производства газосиликатных бетонов. Получение вяжущих и газосиликатов на основе перлитовых пород возможно при пониженных энергетических затратах, поскольку данные породы в силу своего происхождения и термодинамического состояния обладают повышенным запасом внутренней энергии, высвобождаемой при гидромеханоактивации и реализуемой в дальнейшем в процессе гидротермального твердения.

Работа выполнялась в соответствии с Федеральными научными программами: «Бурятия. Наука и техника» в период 1998-2001 гг., «Стройпрогресс - 2000», единого заказ-наряда Министерства образования Российской Федерации

Цель работы. Основной целью диссертационной работы является разработка теоретических положений создания автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего. Для решения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- обоснование применения гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего для производства автоклавного газосиликата;

- изучение и научное обоснование физико-химических процессов, происходящих при гидромеханоактивации и гидротермальной обработке композиционного перлитового вяжущего;

- определение оптимальных режимов гидромеханоактивации и гидротермальной обработки композиционного перлитового вяжущего;

- разработка методики подбора состава автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего;

- исследование свойств автоклавного газосиликата;

- разработка рекомендаций по технологии автоклавного газосиликата. Научная новизна.

Впервые разработаны теоретические положения создания автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего, включающего перлит и безводный силикат натрия.

Установлены зависимости изменения физико-технических характеристик композиционного перлитового вяжущего (средней плотности, активности, водостойкости и др.) от технологических параметров производства (тонины помола, содержания компонентов, режимов гидромеханоактивации, гидротермальной обработки и т.д.).

Выявлены основные закономерности протекания физико-химических процессов в композиционном перлитовом вяжущем на стадии гидромеханоактивации и гидротермальной обработки, определен качественный состав новообразований.

Разработана методика подбора состава автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего.

Установлена стадийность процесса газообразования и разработаны пути регулирования пористой структурой автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего.

Исследованы строительно-технические свойства автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего (плотность, прочность, теплопроводность, морозостойкость и др.).

Практическая значимость. Разработана технология автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего.

Получен автоклавный газосиликат со средней плотностью 600-700 кг/м , классом по прочности В2,5-В3,5.

Применение гидромеханоактивации вяжущей композиции при производстве автоклавного газосиликата позволяет сократить совокупные энергетические затраты на помол и гидротермальную обработку.

Технико-экономические расчеты показывают, что использование гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего при производстве автоклавного газосиликата позволяет снизить о себестоимость 1 м на 15-17 % по сравнению с газосиликатом на традиционных вяжущих.

Разработан технологический регламент на производство автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего, технические условия на изделия и рекомендации по их применению.

Внедрение результатов исследований. Разработанная технология автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего прошла апробацию в производственных условиях АО «Завод силикатных изделий» г. Улан-Удэ, где была выпущена опытно-промышленная партия ячеистых блоков. Полученные изделия соответствовали по своим физико-техническим характеристикам требованиям ГОСТ, и разработанная технология принята к внедрению на АО «Завод силикатных изделий».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных сессиях БНЦ 1998-2002 гг., научно-технических конференциях Восточно-Сибирского государственного технологического университета (г. Улан-Удэ); XI, XII Российско-польских международных конференциях «Теоретические основы строительства» Улан-Удэ, ВСГТУ, 1997, г. Краков, КПУ, 1998; Международной научной конференции (Монголия, Улан-Батор, 2000).

На защиту выносится:

Теоретические положения создания автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего, включающего перлит и безводный силикат натрия.

Основные закономерности протекания физико-химических процессов в композиционном перлитовом вяжущем на стадии гидромеханоактивации и гидротермальной обработки.

Зависимости изменения физико-технических характеристик композиционного перлитового вяжущего от технологических параметров производства.

Методика подбора состава автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего.

Строительно-технические свойства автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего.

Результаты внедрения разработанного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего и технико-экономическое обоснование эффективности его производства.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны теоретические положения создания автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего, включающего перлит и безводный силикат натрия.

2. Показана эффективность использования гидромеханоактивации композиционного перлитового вяжущего для производства автоклавного газосиликата. Гидромеханоактивация вяжущей композиции перлита и безводного силиката натрия позволяет получать вяжущее более подготовленное для дальнейшего гидротермального твердения, является причиной повышения скорости твердения вяжущей композиции и, как следствие, снижения совокупных технологических энергозатрат на ее производство и процессы твердения.

3. Оптимизирован состав, установлены зависимости изменения физико-технических характеристик композиционного перлитового вяжущего от технологических параметров производства.

4. Выявлены основные закономерности протекания физико-химических процессов в композиционном перлитовом вяжущем на стадии гидромеханоактивации и гидротермальной обработки, определен качественный состав новообразований. При гидромеханоактивации происходит растворение силиката натрия с образованием щелочи, что в свою очередь способствует протеканию процессов выщелачивания перлита, гидратации и его дальнейшего растворения с образованием силикатных и алюмосиликатный гелей, которые при гидротермальной обработке кристаллизуются с образованием низкотемпературного кристобалита и низкоосновных гидроалюмосиликатов натрия и калия.

5. Экспериментально доказана возможность получения автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего.

6. Разработана методика подбора состава газосиликатной смеси, которая учитывает следующие факторы: продолжительность гидромеханоактивации композиционного перлитового вяжущего, соотношение между заполнителем и вяжущим, содержание газообразователя, водотвердое отношение.

7. Определены факторы, влияющие на качество газосиликатных изделий: температура газобетонной смеси, способ подготовки, параметры и режим автоклавной обработки.

8. Установлена стадийность процесса газообразования и разработаны пути регулирования пористой структурой автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего.

9. Исследованы строительно-технические свойства разработанного автоклавного газосиликата, получены газосиликаты с маркой по плотности D600-D700 и классом по прочности В2,5-В3,5.

10. Разработана технология автоклавного газосиликата на основе гидромеханоактивированного композиционного перлитового вяжущего, которая принята к внедрению на АО «Завод

1. Инструкция по изготовлению изделий из ячеистого бетона (СН 27780). -М.: Стройиздат, 1981. -43 с.

2. Рекомендации по изготовлению и применению изделий из неавтоклавного ячеистого бетона. М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1986.-34 с.

3. Каменецкий С.П. Перлиты. М.: Госстройиздат, 1963.

4. Торопов Н.А., Булак Л.Н. Кристаллография и минералогия. Л.: Стройиздат, 1972.

5. Будников П.П. Перлиты и обсидианы как сырье для производства легких строительных материалов. В кн.: Производство и применение вспученного перлита. - Киев: Госстройиздат УССР, 1963.-c.6-ll.

6. Наседкин В.В. Основные закономерности формирования месторождений водосодержащих стекол и пути их промышленного использования. В кн.: Перлиты. - М.: Наука, 1981. - с. 17-42.

7. Заварицкий А.Н. Изверженные горные породы. М.: АН СССР, 1961.

8. Каменецкий С.П., Майзель И.Л. Использование вспученного перлита в производстве теплоизоляционных материалов и изделий. В кн.: Перлиты. - М.: Наука, 1981. - с.241-246.

9. Исакович Г.А., Сергеева К.А. Рациональные области применения перлитового сырья в строительстве и его экономическая эффективность. -В кн.: Перлиты. -М.: Наука, 1981. с.254-261.

10. Ю.Седакова М.Т. Отечественный и зарубежный опыт применения вспученного перлита в жилищном и гражданском строительстве. В кн.: Перлиты. -М.: Наука, 1981.- с.217-224.

11. П.Петров В.П. Современное состояние и перспективы развития перлитовой промышленности. В кн.: Перлиты. -М.: Наука, 1981.-с.5-16.

12. Наседкин В.В. Водосодержащие вулканические стекла сырье для производства вспученного перлита. - В кн.: Неметаллические полезные ископаемые. - М.: Наука, 1973, т.З.

13. Петров В.П. Закономерности формирования и размещения вулканических стекол и близких к ним пород на территории СССР и за рубежом. В кн.: Закономерности формирования и размещения месторождений вулканического стекла. - М.: Наука, 1969.

14. Сергеев Н.И. Особенности технологии получения вспученного перлита из сырья различных месторождений. В кн.:Перлиты. - М.: Наука, 1981. -с.225-241.

15. Жуков В.А. Получение вяжущих автоклавного твердения на основе природных вулканических водосодержащих пород. В сб.: Научно-технический прогресс на предприятиях стройматериалов. - Брянск, 1974.

16. Юнг В.Н., Бутт Ю.М. Местные вяжущие строительные материалы. -В сб.: Труды по химии и технологии силикатов. М.: Госстройиздат, 1956. - с.77-88.

17. Юнг В.Н. Об искусственных конгломератах цементов из некоторых горных пород. Сборник, посвященный Д.С. Белянкину. М.: АН СССР, 1946.

18. Журавлев В.Ф. Химия вяжущих веществ. М.: Госстройиздат, 1951.

19. Будников П.П., Зильберфарб П.Т. Фазовый состав клинкера и его влияние на вяжущие свойства портландцемента. Совещание: Новое в химии и технологии цемента. - М., 1961.

20. Исследование твердения вяжущих из вулканических пород и извести при водотепловой обработке /Б.Н. Виноградов, Жуков В.А.// Физикохимические исследования в области строительных материалов.: Сб. трудов № 147. М.: МИСИ, 1977.

21. Черный И. А., Соболевский А.Б. Определение оптимальных температур гидротермального твердения известково-алюмокремнеземистых вяжущих // Новые строительные материалы и изделия. Минск: Наука и техника, 1967.

22. Меркин А.П., Зейфман М.И. Комплексное использование вулканических пород при получении новых строительных материалов // Вопросы ресурсосбережения в промышленности строительных материалов.: Сб. Тр. -МИСИ, 1989.

23. Урханова JI.A. Активированные известково-кремнеземистые вяжущие и изделия на их основе: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Москва, 1996.-21с.

24. Чиркова В.В. Материалы на основе стеклоподобных безкальциевых алюмосиликатов и соединений Na. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Киев: НИСИ, 1974.

25. Пащенко А.А. Новые цементы. Киев: Буд1вельник, 1978.

26. Глуховский В.Д., Цыремпилов А.Д., Меркин А.Д., Рунова Р.Ф., Марактаев К.М. Щелочные бетоны на основе эффузивных пород. Иркутск. ИГУ. - 1991. - 211с.

27. Буров В.Ю. Отделочные изделия из бетона на основе природного вулканического стекла перлита (технология и свойства). Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - М.: МИСИ, 1980.

28. Капитонов Г.В. Коррозионностойкий бетон на перлитовом вяжущем (технология и свойства). Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МИСИ, 1982.

29. Балханова Е.Д. . Коррозионностойкий бетон на композиционном перлитовом вяжущем. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.: МГСУ, 1987.

30. Горлов Ю.П., Меркин А.П., Зейфман М.И., Татурбиев Б.Д. Жаростойкие бетоны на основе композиций из природных и техногенных стекол. М.: Стройиздат, 1986.

31. Горлов Ю.П., Буров В.Ю. Отделочные изделия из перлитобетона. Тезисы докладов научной Всесоюзной конференции «Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции». Киев: КИСИД979. -с.115-117.

32. Меркин А.П., Зейфман М.И. Бетоны и изделия на основе кислых вулканических пород. Тезисы докладов научной Всесоюзной конференции. «Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции». -Киев: КИСИ, 1979. с. 15-16.

33. Меркин А.П., Зейфман М.И., Капитонов Г.В. Коррозионная стойкость перлитобетонов. Тезисы докладов научной конференции «Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции». Киев: КИСИ, 1979. - с.109-110.

34. Сычев Ю.В. Жаростойкие бетоны на основе природного высококремнеземистого стекла (технология и свойства). Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук.-М.-.МИСИ,1980.

35. Митякин П.Л., Резенталь О.М. Жаропрочные материалы на основе водных керамических вяжущих суспензий. Нов-ск: Наука, 1987. -174с.

36. Пивинский Ю.Е. Керамические вяжущие и керамобетоны. М.: Металлургия, 1990. - 270 с.

37. Титов В.Л. Разработка технологии высококонцентрированных кварцевых суспензий для использования в строительстве:

38. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. Харьков, 1987. - 17 с.

39. Тимофеева Л.Г., Пери JI.B. Адсорбционная способность перлитов // Известия вузов, серия «Строительство и архитектура», № 1, 1971.

40. Жданов С.П. К вопросу о роли поверхностных гидроксильных групп стекла в адсорбции воды // ЖФХ, 32, № 3, 1958.

41. Эйтель В. Физическая химия силикатов. М.: Ил, 1967.

42. Торопок Н.А., Булав Л.Н. Кристаллография и минералогия Л.: Стройиздат, 1972.

43. Глуховский В.Д. и др. Щелочные и щелочноземельные гидравлические вяжущие и бетоны. Киев: Виша школа, 1979.

44. Глуховский В.Д., Пахомов В.А. Шлакощелочные цементы и бетоны. -Киев: Буд1вельник, 1978.

45. Кирилишин В.П. Кремнебетон. Киев: Буд1вельник, 1975.

46. Бутт Ю.М., Рашкович Л.Л. Твердение вяжущих при повышенных температурах. -М.: Стройиздат, 1965. 237 с.

47. Айлер Р.К. Химия кремнезема. (Пер. с англ.) -М.-: Мир, 1982.- 421 с.

48. Бабушкин В.И., Матвеев Г.М., Мчедлов-Петросян О.П. Термодинамика силикатов. -М.: Госстройиздат, 1982.

49. Аппен А.А. Химия стекла. Л.: Химия, 1974.

50. Копейкин В.А., Михайлов А.С. Растворимость и формы кремнезема в разбавленных растворах при нормальных условиях. М.: ДАН СССР, тЛ91,№4, 1970.

51. Руцков А.П. Краткий курс коллоидной химии. Л.: Химия, 1958.

52. Киреев В.А. Курс физической химии. -М.: Химия, 1975.

53. Киреев В.А. Курс химии. М.: Высшая школа, часть II, 1968.

54. Тейлор Х.Ф. и др. Химия цементов. М.: Стройиздат, 1969. 54.0камото Г., Окура Т., Гото К. Свойства кремнезема в воде. - В сб.:

55. Геохимия литогенеза. М.: ИЛ, 1963.

56. Матвеев М.А. О строении щелочных силикатов, гидратированных в стеклообразном состоянии. В сб.: Труды по химии и технологии силикатов. М.: Госстройиздат, 1957. - с. 373-390.

57. Сычев М.М. Неорганические клеи. Д.: Химия, 1974.

58. Тотурбиев Б.Д. Строительные материалы на основе силикат-натриевых композиций.-М.: Стройиздат, 1988.

59. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. М.: Металлургия, 1969. - с. 159.

60. Бирюков В.В. Практическое руководство по применению методов планирования эксперимента для поиска оптимальных условий в многофакторных процессах. Рига: Зинтыс, 1969.

61. Крук Т.К. и др. Планирование эксперимента. -М.: Наука, 1966.

62. Хикс И. Основные принципы планирования эксперимента. М.: Мир, 1967.-c.263.

63. Рохваргер Г.Е. Применение методов математического планирования эксперимента в технологии строительных материалов. Обзор. М.: ЦНИИТЭСтром, 1969.

64. Руководство по подбору составов тяжелых бетонов. М.: Стройиздат, 1979.

65. Вознесенский В.А. Статистические решения в технологических задачах. Кишинев. Карта молдавеняска, 1968. - с.232.67.3ейдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерения. М.: Наука, 1967.

66. Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента (при проведении в легкой и текстильной промышленности). М.: Легкая индустрия, 1974.

67. Ребиндер П. А. Избранные труды. Поверхностные явления в дисперсных системах. М.: АН СССР, 1966. - 381с.

68. Ходаков Г.С. Тонкое измельчение строительных материалов. М.: Стройиздат, 1972. - с.239.

69. Ходаков Г.С. Физика измельчения. М.: Наука, 1972.

70. Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В.В. Химическая технология вяжущих материалов. М.: Высшая школа, 1980. - 472 с.

71. Волженский Л.В. Водотермальная обработка строительных материалов в автоклавах. М.: АН СССР, 1944.

72. Волженский А.В., Буров Ю.С., Виноградов Б.Н., Гладких К.В. Бетоны и изделия из шлаковых и зольных материалов. М.: Стройиздат, 1969.

73. Волженский А.В. Об условиях образования и структуре цементирующих веществ в автоматических материалах. Доклады межвузовской конференции по изучению автоклавных материалов и их применению в строительстве. Л.: ЛИСИ, 1959, с.93-97.

74. Миронов С.А. и др. Бетоны автоклавного твердения. М.: Стройиздат, 1968.

75. Саталкин А.В. и др. Технология изделий из силикатных бетонов. -М.: Стройиздат, 1972.

76. Баженов И.И. Технология автоклавных материалов. Л.: Стройиздат, 1978.

77. Пособие по изучению процессов, происходящих при изготовлении известково-песчанных смесей и их автоклавной обработке. Таллин: Бюро технической информации СНХ ЭССР, 1962.

78. Малинина JI.A. Тепловлажностная обработка и разработка способов ее оптимизации. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. М.: НИИЖБ, 1972.

79. Хинт И.А. О режимах рационального запаривания. Доклады межвузовской конференции по изучению автоклавных материалов и их применения в строительстве. Л.: ЛИСИ, 1959. - с.35-49.

80. Розенфельд Л.М., Васильева Т.Д. Способ объемной гидрофобизации газобетона // Ячеистые бетоны с пониженной объемной массой. М.: Стройиздат, 1974. - с. 17-25.

81. Ячеистые бетоны с пониженной объемной массой /Под ред. А.Т. Баранова, В.В. Макаричева. М.: Стройиздат, 1974. - 126 с.

82. Цилосани З.Н. Усадка и ползучесть бетона. Тбилиси: Изд-во АН ГрузССР, 1963.

83. Куннос Г.Я., Менденберг Б.Я. Улучшение качества газобетона // Исследование побетону и железобетону. Рига: ИСИА АН Латвийской ССР, 1961. - с. 17-20.