автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Перлитовый теплоизоляционный материал на карбонат-силикат-натриевом композиционном вяжущем

РОС'ГОВСКАЯ-НА-ДОНУ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

На правах рукописи

ГАБИБОВ Наврузбек Ороджевич

ПЕРЛИТОВЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА КАРБОНАТ-СИЛИКАТ-НАТРИЕВОМ КОМПОЗИЦИОННОМ ВЯЗУ1ЦЕМ

05.23.05. Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание .ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону - 1995

Работа выполнена в Дагестанском политехническом институте

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

академик Российской инженерной академии,доктор технических наук, профессор Тотурбиев Б.Д.

доктор технических наук, профессор Зубехин А.П. кандидат технических наук, ст.наун.сотр. Чернов A.B.

СевкавНИПИагропром

Защита состоится

1995г. в "часов

на заседании диссертационного Совета Д.063.64.01 в Ростовской на-Дону государственной академии строительства по адресу: г.Ростов-на-Дону, ул.Социалистическая, 162, РГАС, аул.232. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Просим Вас принять участие в защите и направить отзыв по адресу: 344022, г.Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, РГАС, Ученый с овет.

Автореферат разослан & 1995г. № 5

Ученый секретарь

W fi

диссертационного совета /^¡ГУгоа*^. Веселев Ю.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важнейшим направлением экономического и социального развития России является ускорение научно-технического прогресса в строительстве и строительной индустрии путем создания прогрессивных технологий и эффективных материалов, с низкими удельными энергозатратами. В связи с этим большое значение приобретает дальнейшее развитие производства и широкое применение теплоизоляционных материалов на основе новых видов вяжущих веществ, получаемых по энергосберегающим, экологически чистым технологиям. Определенные достижения в производстве теплоизоляционных материалов, в основном, обусловлены расширением области использования бесклинкерных (бесцементных) вяжущих, бесцементных теплоизоляционных материалов на основе жидкого стекла, фосфатных, сульфатных и кремнеземистых композиционных вяжущих с использованием в качестве заполнителя вспученного перлита, обладающего высокими теплофизическими свойствами.

В этой связи большой интерес представляют карбонатные породы, содержащие магнезит, так как в республике более 60% таких пород содержат его в значительных количествах. Поэтому работы, направленные на использование карбонатных пород, содержащих магнезит в производстве вяжущих и теплоизоляционных материалов на их основе представляют большой интерес для народного хозяйства.

Цель работы - выявление возможности синтеза новых карбонат-силикат-натриевых бесклинкерных композиционных вяжущих и получение на их основе перлитовых теплоизоляционных материалов с заданными прочностью и теплопроводностью, сочетающих конструктивные огнеупорные и теплоизоляционные функции.

Поставленная цель достигнута решением следующих частных задач:

- обоснованным выбором природного и техногенного местногс карбонатного сырья;

- оптимизацией составов вяжущих композиций и на их-основе перлитовых теплоизоляционных материалов;

- теоретическим обоснованием и экспериментальным подтвера декием возможности управления формированием структуры и свойствами карбонат-силикат-натриевых вяжущих путем их механохим! ческой активации на стации приготовления и тепловой обработк! при 85-200°С;

- изучением фазовых превращений в вяжущих композициях прр тейпературах 200, 400, 600 и 800°С;

- определением рациональных технологических параметров и: готовления разработанных композиционных вяжущих и на их ochoi перлитовых теплоизоляционных материалов;

- разработкой технологической схемы производства перлитовых теплоизоляционных материалов и выпуском опытной партии и: делий с определением технико-экономической эффективности их производства и применения.

Научная новизна работы:

- научно обоснована и экспериментально подтверждена возм< ность синтеза карбонат-силикат-натриевых композиционных вяжу! на основе необожженных карбонатных пород доломита, известия] отхода пиления известнякового камня и безводного силиката натрия;

- предложены научно обоснованные составы вяжущих на осно: карбонатов кальция и магния, силикат-глыбы и двухэтапном низ; температурном режиме теплообработки при 90 или 200°С, что oúi

печивает получение водонерастворимых соединений кальция и магния с требуемыми физико-механическими свойствами;

- выявлены особенности физико-химического процесса твердения композиционного теплоизоляционного материала в различных температурных режимах обработки в автоклавах и низкотемпературной до 200°С в сушилах» Установлено, что прочность материала предопределяется образованием гидросиликатов кальция и магния

в зависимости от их взаимодействия с силикат-глыбой.

- расширены современные представления о структуре, фазовых изменениях, свойствах перлит-карбонат-силикат-натриевых композиционных теплоизоляционных материалов;

- разработан способ производства перлитового теплоизоляционного материала на основе карбонат-силикат-натриевой композиции. Научно-техническая новизна полученных результатов подтверждена авторским свидетельством СССР Л 1569331.

Практическая ценность работы заключается в разработке составов и технологии получения новых перлитовых теплоизоляционных материалов на основе карбонат-силикат-натриевых композиционных вяжущих, получаемых путем синтеза в режиме низкотемпературной геплообработки до 200°С. Применение новых вяжущих композиций по предлагаемой технологии позволит организовать их производство в различных регионах страны, а также расширит область использования местных карбонатных пород.

Внедрение результатов работы осуществлено в перлитовом цехе "Дагагропромстроя" в г.Махачкале путем выпуска опытной партии.

Экономический эффект предложенных перлитовых теплоизоляционных материалов и технологии их изготовления по ценам 1991 г. составилД08«(б руб. на 1 м3 изделий по сравнению с перлитовыми изделиями на портландцементе»

Результаты работы внедрены в учебный процесс в лекционных курсах по процессам и аппаратам технологии строительных материалов и по теплоизоляционным материалам для специальности "Промышленное и гражданское строительство".

На защиту выносятся:

- теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности получения перлитового теплоизоляционного материала на карбонат-силикат-натриевом композиционном вяжущем;

- результаты исследования фазового состава, условий формирования структуры (твердения), синтеза карбонат-силикат-натриевых композиционных вяжущих и влияния ее состава на технологические свойства теплоизоляционных смесей;

- составы, технология и параметры процессов изготовления вяжущей композиции и теплоизоляционных материалов;

- результаты исследований физико-механических, физико-химических и геплофизических свойств вяжущей композиции и теплоизоляционных изделий;

- результаты опытно-промышленной апробации предложенной технологии и ее технико-экономическая целесообразность.

Апробация и публикация работы. Основное содержание работы было доложено на:

- координационном совещании "Бесцементные жаростойкие бетоны на основе природного и техногенного сырья" (г.Махачкала,1988

- научных конференциях Московского инженерно-строительного института (1987-1990гг.) ;

- научных конференциях Института геологии Дагестанского филиала Академии наук СССР (1986-1990гг.) ;

- научной конференции профессорско-преподавательского состава Дат. 1ГГИ (г.Махачкала, 1992г.) .

Основные результаты диссертационной работы отражены в 5 научных трудах, в том числе одном авторском свидетельстве СССР на изобретение № 1569331.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 147 наименований. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, включает 37 рисунков, 13 таблиц и два приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Большое значение для решения проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов имеет выпуск новых высокоэффективных теплоизоляционных материалов. Особое место при этом отводится перлитовым теплоизоляционным материалам и изделиям на основе неорганических и органических вяжущих.

В настоящее время, когда стоимость традиционных видов вяжущих (цемента, извести, гипса и др.) возросли почти в 1000 и более раз возникла необходимость получения безобжиговых вяжущих на базе местного природного минерального и техногенного сырья. В области синтеза местных бесклинкерных вяжущих успешно работают многие высшие учебные заведения (БТИСМ, БИСИ, ТИСИ, ЛИСИ, РГАС, Даг.ПТИ), НИИ и научно-исследовательские ассоциации (ВНИИСТром, УралНШСтромпроект, НИИЖБ) и пр.

Одним из таких видов вяжущих веществ являются силикат-натриевые композиции, разработанные МГСУ, Даг.ПТИ и НИИЖБе под руководством Ю.П. Горлова, А.П. Меркина, Б.Д. Тотурбиева и В.В. Жукова, применение которых эффективно при производстве стеновых, отделочных, кровельных, теплоизоляционных и жаростойких материалов. Технология производства этих материалов осуществляется на серийно-выпускаемом оборудовании. Их производство в большинстве случаев исключает обжиг, отсутствуют

вредные выбросы,.требует меньше капитальных вложений, позволяет экономить топливно-энергетические ресурсы.а получение-ограни чиваегся совместным сухим или мокрым помолом природных и искусственных стекол, содержащих щелочной компонент и минеральные добавки. При этом, выбор той или иной добавки определяется назначением и требуемыми свойствами изготавливаемого материала. Следует отметить также, что получение композиционного вяжущего возможно при совместном помоле безводного силиката натрия и необожженных доломитизированных карбонатных пород. Поэтому их использование имеет большое значение, так как по данным геологической разведки более 60% всех пород содержат в своем составе магнезит.

Основываясь на существующих представлениях можно ожидать, что формирование структуры композиции при термообработке на основе тонкоизмельченных карбонатных пород и силикат-глыбы происходит в результате упрочнения контактов между дисперсными частицами, а также за счет химического взаимодействия между силикатом натрия и оксидами кальция и магния на поверхности тонкоизмельченных частиц карбонатных пород при их помоле.

В настоящей работе представлены данные по получению новых бесцементных теплоизоляционных материалов на основе вспученног перлита, необожженных карбонатных пород (доломит, известняк, отходы пиления известнякового камня) и безводного силиката нат рия (силикат-глыба).

Сырьевые материалы. В качестве исходных сырьевых материалов использовались:

- вспученный перлитовый песок, полученный в цехе вспученного перлита завода железобетонных изделий объединения "Дагаг-ропромстрой", который соответствовал ГОСТ 10832-83 "Песок и

щебень перлитовые вспученные. Технические условия". Средняя

- в качестве карбонатных пород применяли доломит необожженный (ТУ 21-01-474-71) , состоящий из кристаллического -

при сжатии ее 3^0 МПа, твердость по шкале Мооса - 3,0-4,0, потеря массы при декарбонизации - 47,9£,

- известняк в виде отходов пиления известнякового камня, состоящий преимущественно из кальцита. Средняя плотность в куске 2560 кг/м3, пустотность - 45,твердость по шкале Мооса - 1 и водопоглощение - 5,72%. В отходах пиления известнякового камня содержатся также силикаты кальция СсиВ'^О, ,

аморфный кремнезем, что объясняет его повышенную химическую активность;

- в качестве активного компонента - безводный силикат натрия (силикат-глыба) с кремнеземистым модулем 2,7-3;0 ГОСТ 13079-80.

Методика исследований. Исследование физико-механических свойств образцов карбонат-силикат-натриевого .вяжущего и перлитового теплоизоляционного материала проводилось в соответстви] с ГОСТ 310, 2-75; ГОСТ 310, 3-71; ГОСТ 17 77.1-10-81 .

Физико-химические исследования проводились с целью устано: ления процессов, происходящих в вяжущей композиции при темпер; турах с 20 до 800°С с помощью дериватографа ДРОН-2,0, а значения рН среды определялись с помощью иономера ЭВ-74.

Теплофизические свойства: измерение теплопроводности прои: водилось стационарным метопом Амирханова на приборе ИТ-С 400, измерение распределения температуры при одностороннем нагреве определялось с помощью отградуированных хромель-алюмелевых те;

плотность 200 кг/м3, общая пористость 90-98^ ;

средней плотностью в куске 2850 кг/м3, прочностью

мопар и потенциометра ПП-64-

Определение рациональных составов перлит-карбонат-силикат-натриевых композиций производилось методами математического планирования на основе симплекс-решетчатых планов.

Влияние условий твердения и выбор оптимальных режимов синтеза вяжущих производился при автоклавировании, низкотемпературной обработке при 100-200°С, а такте при естественном твердении.

Установлено, что прочность вяжущего, твердеющего в естестве* ных условиях, происходит медленно и абсолютные значения ее составляют для отдельных составов не более 25,3 МПа через 240'сут выдержки. В таких условиях силикат-глыба имеет низкую растворимость в воде, следовательно, замедлена коагуляция геля кремниевой кислоты. В этом случае образующаяся на поверхности образцов жидкостекольная пленка препятствует дальнейшему проникновению углекислого газа вглубь и уплотняет пленку, что препятствует полной коагуляции геля кремниевой кислоты.

В услозиях автоклавной обработки подъем до 1,0МДа -2ч, выдержка 4 ч., спуск давления -2ч,- температура при изотермической выдержке 170°С прочность вяжущих композиций значительно .выше 46,0 МПа , чем при нормальном твердении. Это объясняется образованием гидросиликатов и низкоосновных силикатов кальция и магния.

При низкотемпературной обработке подъем до 100°С -1ч, выдержка -4ч, подъем до 200°С - 1 ч, выдержка -2ч, охлаждение-естественное, прочность вяжущих композиций достигает 43,3 МПа и приближается к прочности образцов автоклавного твердения. Это указывает на возможность образования при таком режиме гидросшшкатов и низкоосновных силикатов кальция и магния, т.е. имеют место аналогичные химические взаимодействия карбонат-

ных пород с кремнистыми составляющими и образование геля кремниевой кислоты. Для подтверждения указанного предположения был проведен рентгеностр.уктурный анализ, который показал, что в композиционном вяжущем (доломит-силикат-глыба состав % масс, 90:10 и 50:50) обнаружены новообразования, интенсивности линий которых соответствуют: СдЯН2 (с/= 2,99; 2,89; 2,82 к) и С2$Н2(В) (с1*=- 2,96; 2,84; 2,06 А). С увеличением содержания силикат глыбы количество гидросиликатов кальция возрастает, главным образом, за счет увеличения С^ЗЕ, (в) (с/ = 4,90; 4,09; 3,04; 2,95; 2,84; 2,39; 2,26; 2,06; 1,95 А). Содержание С3ЛН2 при этом уменьшается.

Наряду с рефлексами гидросиликатов кальция, на рентгенограмме образца состава 50:50 (доломит-силикат глыба) появляются рефлексы, которые, вероятно, свидетельствуют о наличии гидрок-сомагнезитов: ЗМ^С03'М^(0Н)2*Н20 (о'= 6,5; 5,8; 2,5; 2,15 к),

В .условиях автоклавной обработки = 170-200°С, Р= 1,0 МПа отмечено .ускорение процесса растворения доломита по схеме: СаМ^,(С03) 2 + 2Н20 Са2+ + М<^2+ + 2НС03~ +201П Учитывая, что СаС03 быстрее переходит в раствор в начальной стадии, чем магниевый карбонат, образующаяся соль кальция в растворе реагирует с кремниевой кислотой с образованием гидросиликатов кальция по схеме:

Са(НС0з)2 + тЛ02'йЯ20 = 0&0'тЫ02' п+1 Н20 + 2С02 \ ■ Наличие их подтверждается данными рентгено^азового анализа и ДГА.

В присутствии же щелочи, превращающей часть углекислоты в соду, этот процесс происходит следующим образом: СаМ^.(С03)2 + 2^/аОН СаС03 + М^(0Н)2 + |/а2С03; СаС03 +иь&102- Н20 СаО' т£Ю2'пН20 + С02 ' •

Реакции образования гилросиликатов кальция обязательно

препполагают протекание гидролиза карбонатов кальция по схеме: I р

СаС03 + 2Н2О -= Са{0Н)2 + Н20 + С0?1 , в результате которой образуется СаСОК^.

В результате распада доломита в условиях автоклавной обработки благодаря каталитическому действию водяного пара гидроксид магния М^ (ОН]2 может частично карбонизироваться.

На рентгенограммах вяжущих, твердевших в условиях низкотемпературной тепловой обработки, автоклавного твердения, обнаружены линии интенсивности, соответствующие гидросиликатам кальция (с/= 2,96; 2,26; 2,06 к).

Таким образом в режимах низкотемпературной обработки и автоклавного твердения обнаружены аналогичные образования гидросиликатов и карбонатов кальция и магния, что подтверждается также и результатами механических испытаний.

С целью выявления последовательности формирования структуры, изменения количества аморфного кремнезема и концентрации щелочи был проведен рентгенофазовый анализ образцов перлитовых теплоизоляционных материалов на доломит-силикат-натриевом композиционном вяжущем при различных температурах тепловой обработки.

На рентгенограммах при Ь= 200°С, кроме линий интенсивностей, соответствующих доломиту, обнаружены линии, отвечающие Са(0Н)2 и низкоосновному силикату кальция Са&103. При "Ь°= 400°С обнаружены линии интенсивностей, отвечающие карбонатам Мс|С03 и СаС03 и гиллебрандиту (2СаО* ^с^'Р^О), что обеспечивает формирование прочной структуры.

На основе результатов физико-химических анализов, процесс формирования структуры перлит-карбонат-силикат-натриевой композиции представляется следующим образом: при нагреве цо темпера-

туры 90°С:карбонат магния —»(свободный) —► возможен — в —^ вида М^С03> М^СОд'ЗНзО, Мс|С03'5Н20—^ и оксосоли ЗМдС03'Мд (0Н)2'ЗН20 При растворении этих модификаций карбонатов и доломита происходит гидролиз. С повышением температуры этот процесс ускоряется: Мср03 + Н20 (0Н)2С03 -и Н2С03,

Мд2(0Ну2С03 + 2Н20 Му (ОН)2 + Н2С03 С0? + Н20+И^°Н)г

+ с

Растворимость гидроксида магния при нагревании снижается,

а у СаС03 возрастает, поэтому выделение свободной СОр способст-

вует его переходу в Са(нС03)2: ¿аС03 + С02 Са(НС03)2•

Стойкость Са(НС0д)2 сохраняется при нагреве до 90°С на 2030$ в течение 40 мин (рис.1) и он совместно с оксокарсонатами и гидроксидом магния реагирует с Ма2^03 как в виде истинного, так и коллоидно-дисперсного растворенного вещества, переходя в гелеобразные продукты-силикаты и полисиликаты магния и кальция следующим образом:

Ме^{0Н)2 +Ма2йШ3 == М<^03 + 2>/аОН ;

М<^2 (ОН)2С03 + = 2М^¿0д + 1/а2С03 + 2//аОН;

2^аОН + Са (НС03) 2 2//аНС03 + Са (ОН) 2 ;

//аОН + С02 //а НС03 ;

Са(НС03)2 + Ма2Ы-03 == СаёМ^ + 2»/а НС03 ; пМа2$1.03 + «Н20 ** 2 ЫаОП + п-Зс02'хН20 .

Образование коллоидных поликремниевых кислот при гидролизе Уа20>Ю3 сильно затруднено высоким значением рН среды (11-12). Автоклавная обработка ускоряет эти процессы, так как повыиает-ся растворимость С02 под давлением, что усиливает разложение СаС03 и переход его в Са(НС0э^2, что в, свою очередь, способствует образованию силикатов кальция. к/аНС03 довольно устойчив при нагревании до 90°С, распад на 50? , т.е. поддерживает состояние равновесия в реакции (рис.2). Растворимость Са(0Н)2

падает при нагревании, что несколько снижает рН среды, в то время как у МаНС03 она растет.

100

90 -

** 80 Ш 70 ..

60 ■■

50 -•

40 +

30

20

10 4'

t.

мин.

5 10 15 20 25 30 35 40

Рис. 1. Термический распад Са(НС03)2 в водном растворе; 1 - 75°С; 2 - 90°С; 3 - 100°С; 4 - интенсивное кипение; 5 - теоретическое 100°С

Силикаты магния и кальция очень слабо растворимы меньше, чем оксокарбонаты и гидросиликаты и Са, что способствует их переотложению из' растворов и созданию коагуляционно-сетчатой структуры. При дальнейшем подъеме температуры она закрепляется и усиливается кристаллизацией. М^(0Н)2 обладает довольно большой растворимостью в буферной, слегка основной среде. Если раст-

вор Зал более кислым, растворимость М^(0Н)2 была бы еще выше, поскольку с повышением кислотности раствора концентрация ионов ОН- з нем уменьшается. Значительное изменение кислотности или основности раствора оказывает влияние на растворимость почти всех солей. Однако это влияние заметно только в тех случаях, когда один или сба иона, из которых состоит соль;"обладают достаточно сильными кислотными или основными свойствами.

Ряс. 2. Разложение НаЕС03 в водном растворе: • . _.

1 - 40°С; 2 - 60°С; 3 - 80°С; 4 - 90°С; 5 - 100°С

Последовательность образования гидросиликатов кальция также изучалась по характеру изменения рН среды в интервале температур 20-£0°С. При этом определялась температура образования

щелочи Са(0Н)2 и №аОН, а также изменение их содержания, что указывало на образование различных гилросиликатов и силикат . Как показали исследования, значения рН в доломит-силика натриевых растворах в этом случае уменьшается до 6,25 -.7,6 сравнению со значениями рН среды насыщенных растворов Са(ОН №аОН соответственно 12,45 и 13,0 . Зто объясняется тем, чт количество образующейся Са(он)2 больше, чем МаОН в растворе начальный период после затворения водой.

При повышении температуры более 80°С рН среды понижав а прочность исследуемого вяжущего повышается и стабилизируе при 200°С.

Таким образом, результаты исследования рН среды подтвер ют активное участие компонентов вяжущего в процессе образов гидросиликатов кальция и магния, которые способствуют форм ванию прочной структуры рассматриваемых композиций.

Выбор составов теплоизоляционных материалов на основе в ченного перлита, карбонатной породы и силиката натрия произ дился с применением математического- метода планирования. На нове принятого плана и результатов экспериментов были соста ны уравнения регрессии. В качестве зависимых переменных при прочность при сжатии (У^) и средняя плотность (У2).

На основе полученных уравнений регрессии построены диаг мы "состав-свойства", по которым были выбраны составы перли вых теплоизоляционных материалов на различных видах вяжущих средней плотностью 500-600 кг/м3 (табл.1).

Для возможности выбора технологических режимов изготовл

ния теплоизоляционных материалов были изучены следующие фак от которых зависит прочность и средняя плотность материала.

Влияние В/Т отношения основной фактор, определяющий пр ность материала выражается экстремальной кривой с областью

максимальных значений при отношении Б/Т в пределах 0,6-0,7, а для состава с отходами пиления известняка в пределах 0,91,0 (рис.3).

Влияние этого фактора на среднюю плотность как и прочность в общем аналогично, что в принципе для принятого способа формования вполне закономерно.

Способ и режим формования изучался при различных вариантах способов и режимов. Анализ полученных данных показал, что наиболее рациональным способом является вибрирование с пригрузом (Р=0,005 МПа) в течение 90с.

Таблица 1

Рекомендуемые составы перлитовых теплоизоляционных материалов

Найменова- ср. ■Расход компонентов, кг/мэ гсж.,

Сос- - ние вяжу- кг/м3 доло- из- отход сили- перлит, МПа

тав щего мит вест-пилен. ,кат <f)D;'. мм

няк из- глыба 0-2 ,"0 2-5

вест.

камня

1 Перлит-доло- 500 238,5 44 42,5 175 1.0

мит-силикат-

натриевое

2 Перлит-из- 550 236,05 44 49,5 220 0,9

вестняк-

силикат-

натриевое

3 Перлит-отход 600 258,6 48 53,4 240 1,2

пиления из-

вестняка-си-

ликат-натри-

евое

На основе анализа различных вариантов способов и режимов перемешивания было решено для этого использовать лопастную ме-

¿,2гп 500

л ь о о X 3-о о. с

л н о о X 7

1,0

0,8

0,6

0,4

и

-400

л Е-

О

ч с

§200 х

а

а>

1оЮ0

0,4 0,5 0,6 0,7. 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 В/Т

0,8 0,6 0,4

1.2 1,0

0,!

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 В/Т

х

Е-

О Рч

сэ

к в; Ж

<о 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 В/Т

Рис.3. Зависимость прочности при сжатии и средней плотйости от водотвердого отношения для вяжуще.го:

а - перлит-доломит-силикат-натриевое; б - перлит-отход пиления известняка-

-силикат-натриевое; в - перлит-известняк-силикат-натриевое.

шалку. Получение необходимой однородности в этом случае обеспечивалось при определенном порядке загрузки и времени перемешивания: вначале загружается требуемое количество перлита, затем подается тонкомолотый доломит и силикат глыбу и перемешивают их в течение 2-3 мин. В процессе дальнейшего перемешивания постепенно подливают воду. Общее время приготовления должно быть в пределах 6-10 мин.

Выбор способа и режима тепловой обработки произведено на основе опытных данных по изучению влияния различных условий твердения при синтезе композиционного вяжущего. В связи с этим режим низкотемпературной тепловой обработки (прогрев до 200° С) рассматривается как наиболее рациональный с точки зрения возможности получения в установленные сроки заданных свойств при минимальных капитальных и энергетических затратах.

При определении рациональных режимов основное внимание уделено варьированию временем изотермической выдержки при 80-90°С и 180-200°С, так как именно при таких температурах происходят основные структурнообразующие реакции между компонентами вяжущего и заполнителем - перлитом, обеспечивающие получение перлитового теплоизоляционного материала заданного уровня прочности.

В результате был выбран следующий режим? подъем температуры до 90°С - 1,0 ч., выдержка при 90°С - 2,5 ч, подъем температуры до 200°С-0,5 ч, и выдержка при этой температуре -4,0 ч.

На основе полученных данных по составам и технологическим режимам были разработаны предварительные рекомендации по изготовлению перлито-карбонат-силикат-натриевого теплоизоляционного материала. Лабораторно-технологическая проверка показала, что полученный материал отвечает требованиям, предъявляемым к

материалам для изготовления многослойных стен, плит покрытий и теплоизоляции при эксплуатации до температур 800°С (табл. 2).

Таблица 2

Основные показатели перлитовых теплоизоляционных плит

Наименование показа- _Составы

телей свойств 1 2 3

Средняя плотность, кг/м3 400-500 500-600 400-550

прочность при сжатии, МПа 0,8-1,0 0,6-0,9 0,8-1,3

Теплопроводность, Вт/(м°С) 0,072 0,098 0,063

Линейная температурная

не более" 2-2,1 1,9-2 1,6-1,8

Водостойкость (К разм) 0,65 0,68 0,68

Примечание. Составы 1, 2, 3 см. табл. 1.

Опытно-промышленное опробование Проверка результатов лабораторных исследований была осуществлена путем выпуска опытной партии перлитовых теплоизоляционных плит в цехе битумоперлитовых изделий объединения "Даг-агропромстрой" по технологическим рекомендациям, разработанным автором.

Заводские испытания подтвердили возможность синтеза карбонат-силикат-натриевых композиционных вяжущих и на их основе получения перлитовых теплоизоляционных материалов в виде плит размерами 500x300x80 мм. По своим параметрам плиты соответствуют требованиям, предъявляемым к изделиям для тепловой изоляции профилированных настилов и совмещенных кровель, в качестве утеплителя, многослойных ограждающих конструкций, а также для

тепловой изоляции промышленного оборудования при температуре изолируемых поверхностей ао 800°С.

По результатам заводских испытаний разработаны технические требования и технологический-регламент для промышленного производства и внедрения перлитовых теплоизоляционных изпелий.

Экономическая эффективность перлитовых теплоизоляционных изделий рассчитывалась только с .учетом замены цемента на разработанное карбонат-силикат-натриевое композиционное вяжущее. При этом экономический эффект на 1 м3 изделий составил 10946,25 руб. По результатам выполненной работы в институте"ВНИПКЦстройиндуст-рия" разработана проектно-сметная документация на реконструкцию существующего цеха битумоперлитовых изделий для производства местного утеплителя на карбонат-силикат-натриевом композиционном вяжущем.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате теоретических и экспериментальных исследований выявлены условия получения новых бесцементных теплоизоляционных материалов на основе местных карбонатных пород и силикат-глыбы.

2. Произведена экспериментальная оценка влияния условий твердения карбонат-силикат-натриевого композиционного вяжущего, которая показала, что при естественном твердении прочность вяжу- щей'композиции в 1,5-2,0 раза меньше, чем при твердении в режиме теплообработки при температуре 200°С и автоклавной обработке.

3. Предложено экспериментально-теоретическое обоснование условий управления процессом формирования структуры карбонат-силикат-натриевых композиций путем низкотемпературной обработки в два этапа:

- подъем температуры до 85-90°С с выдержкой до 2 ч для обеспечения интенсивного растворения силикат-натрия и образова-

ния между частицами вяжущего коагуляционных контактов;

- прогрев в течение 4 ч при 200°С с целью уплотнения карбонат-силикат-натриевых образований и превращение коагуляционных контактов в кристаллические.

4. Установлено, что прочность теплоизоляционного материала предопределяется образованием гидросиликатов Са и М^ в зависимости от взаимодействия силикат-глыбы и карбонатов Са и М^, что подтверждается изменением рН среды с повышением температуры.

5. При анализе характера изменений значений рН среды в предлагаемых вариантах композиционных выжущих выявлены температуры интенсивного и полного растворения частиц силикат-натрия: резкое уменьшение после выдержки при температуре 85-90°С, а окончательная стабилизация - при температуре 200°С, что подтверждает ранее высказанное предположение о наличии двух этапов процесса формирования структуры карбонат-силикат-натриевых композиционных вяжущих.

6. Методами математического планирования с экспериментально? проверкой установлены рациональные составы теплоизоляционных материалов на основе перлита и карбонат-силикат-натриевых композиционных вяжущих. Путем их анализа установлены производственные составы перлитовых теплоизоляционных материалов средней плотностью 500 и 600 кг/м3.

7. На основе сравнительных испытаний выбраны способы приготовления и режимы технологических операций теплоизоляционных материалов: перемешивание в мешалке принудительного действия в течение 6-10 мин ; формование изделий путем вибрирования с при-грузом 0,005 МПа в течение 90с ; тепловая обработка: подъем и выдержка при температуре 85-90°С в течение 3,5 ч , прогрев и выдержка при температуре 200°С в течение 4-4,5 ч-.

8. Предложена технологическая схема производства перлитовых

теплоизоляционных материалов на карбонат-силикат-натриевых композиционных вяжущих, которая апробирована при выпуске промышленной партии изделий. Экономический эффект по сравнению с перлитоцементными теплоизоляционными изделиями при годовом выпуске 10000 м3 составил 109462500 руб. в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Тотурбиев Б.Д., Габибов И.О. Доломитосиликатное вяжущее// Геологическое строение и особенности образования месторождений минерального сырья Дагестана: Тр. ИГ Даг. ФАН СССР. - Махачкала, 1986. - Вып.35. - С.109-121.

2. Керимов Г.К., Габибов Н.О. Минерально-сырьевые ресурсы Дагестана для производства новых строительных материалов// Бесцементные жаростойкие бетоны на основе природного и техногенного сырья. - Махачкала: Даг. филиал ИГ АН СССР, 1988. ВшьЗб. - С.109-116.

3. Авторское свидетельство Л 1569331 СССР МХИ3 С 04 В 35/56, В 32 В 18/00, Б,И. № 34 от 15.09.89.// Тотурбиев Б.Д., Габибов Н.О., Шалупов В.В., Щербаков Г.С., Даитбеков A.M., Азаев Н.Г. "Способ изготовления двухслойного элемента".

4. Тотурбиев Б.Д., Габибов Н.О. Бесцементный теплоизоляционный материал: Информационный листок Л 50-90. Даг. ЦНТИ, 1990. - 2 с.

5. Керимов Г.К., Миколюк Ю.Г., Габибов Н.О. Особенности строения и свойства антропогенных отложений Дагестана в связи

с использованием их в народном хозяйстве: Тр. ИГ. Даг. ФАН СССР — Махачкала, 1990. г- Вып.42. - С.90-101.

Габибов Наврузбек Оруджевич

ПЕРЛИТОВЫЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ НА КАРБОНАТ-СИЛИКАТ-НАТРИЕВОМ КОМПОЗИЦИОННОМ ВЯЖУЩЕМ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЛР Л 020818. Подписано в печать 4.01.95. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Уч. - изд. л.1,0. Тираж 70 экз. С 2

Редакционно-издательский центр Ростовской-на-Дону государственной академии строительства

344022, Ростов н/Д, ул. Социалистическая, 162„