автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Структура и свойства модифицированных безобжиговых глиносодержащих материалов и композитов на их основе

На правах рукописи

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ БЕЗОБЖИГОВЫХ ГЛИНОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ И КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

484735В

Волгоград-2011

4847358

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Иващенко Юрий Григорьевич

доктор технических наук, профессор Ерофеев Владимир Трофимович ГОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» (г. Саранск)

кандидат технических наук, доцент Пушкарская Ольга Юрьевна «Волжский институт строительства и технологий» филиал ГОУ ВПО «Волгоградский государственный

архитектурно-строительный университет» (г. Волжский)

ГОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» (г. Самара)

Защита состоится 20 апреля 2011 г. в 10 часов в ауд. Б-203 на заседании диссертационного совета Д. 212.026.04 при ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный

университет»

Автореферат разослан 17 марта 2011 г.

Ученый секретарь .у У

диссертационного совета /ГИ* Акчурин Т.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Строительная отрасль успешно развивается в условиях повышения качества, расширения номенклатуры и снижения стоимости строительных материалов и изделий, при комплексном использовании материалов из местного сырья и отходов.

К числу важнейших направлений инвестиционных процессов в России относится развитие жилищного строительства, о чем свидетельствует федеральная целевая программа «Жилище» на 2002-2010 годы. Для развития жилищного строительства необходимо обеспечить модернизацию и обновление оборудования, повышение эффективности технологий строительства и производства строительных материалов. Реализация этих программ в значительной мере основана на использовании средств граждан. Для создания условий экономической доступности жилья для граждан предусмотрены правовые, финансовые и организационно-технические мероприятия. Так, согласно приказу Министерства регионального развития Российской Федерации от 30 сентября 2010г. №438 определена среднерыночная стоимость 1 м2 общей площади по субъектам Российской Федерации (на 4 квартал 2010 г. - 23 250 руб. для Саратовской области и 29 900 руб. для Волгоградской области).

Указом Президента Республики Казахстан Н. А. Назарбаева от 20.08.2007г. №383 в рамках Государственной программы жилищного строительства утверждена стоимость 1 м2 общей площади по республике в сумме не более 56 515 тенге (порядка 12 000 руб.). Данные показатели могут быть достигнуты только при существенном снижении цен на материалы, изделия и готовую строительную продукцию.

Зарубежный опыт показывает целесообразность использования в малоэтажном строительстве возведения зданий с применением эффективных материалов и изделий из местных сырьевых ресурсов. Технология производства при этом отличается меньшей энергоемкостью, небольшим расходом вяжущего, широкой сырьевой базой и более простой технологией изготовления с конкурентоспособными показателями.

В работе использован принцип направленного ре1улирования свойств глины с целью обеспечения оптимальных условий для направленного формирования структуры композита, путем введения в систему добавки портландцемента. Однако количество добавки цемента, ее целесообразность и эффективность зависят от минералогического состава глинистого сырья, поэтому проблема модификации глин в настоящее время остается актуальной. Среди многочисленных способов модификации свойств исследуемой системы наибольшее распространение получили физические, химические и комбинированные методы воздействия, однако отсутствие достаточной информации об их разработанности предопределяет необходимость проведения исследований в этой области. На основании вышеизложенного автором были сформулированы цели и задачи исследования.

Цель и задачи исследования. Целью настоящих исследований является обоснование способов получения безобжиговых материалов на основе глиноцементных композиций, модифицированных продуктами электрохимически активированных (ЭХА) водно-солевых растворов в комплексе с ацетоноформальдегидными смолами (АЦФ).

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи: проведение анализа существующих безобжиговых технологий и различных физико-химических методов модификации глиносодержащих композиций; изучение закономерностей структурообразования глиноцементных составов; определение роли структурообразующих факторов (глиноцементное соотношение, вид и количество добавки), влияющих на формирование структуры глиноцементных систем и материалов на их основе; разработка составов глиноцементных композитов, рекомендованных к производству и апробирование результатов исследования в производственных условиях.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- обоснована возможность интенсификации процессов гидратации и твердения цементной компоненты в глиносодержащем композите;

- определены механизмы модифицирующего воздействия продуктов ЭХА обработки водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ на поверхность частиц глины, определяемые изменением внутренних сил дисперсной системы за счет Ыа+ катионного обмена, приводящее к самодиспергированию глинистых минералов, увеличению межпакетного пространства с интеркаляцией молекул АЦФ в структуру слоистого силиката;

- установлены особенности процессов твердения безобжиговой модифицированной глиноцементной композиции;

- определена закономерность технологического процесса получения глиноцементной композиции модифицированной продуктами ЭХА водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ.

Основные положения, выносимые на защиту:

- разработанные составы безобжиговых глиноцементных материалов, модифицированных продуктами ЭХА водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ;

- механизмы модифицирующего воздействия продуктов ЭХА обработки водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ на поверхность частиц глины;

- экспериментально установленные зависимости, связывающие свойства компонентов безобжиговых глиноцементных материалов и влияния модифицирующих добавок, между свойствами и соотношением компонентов, их технологическими характеристиками;

- результаты промышленных испытаний опытной партии безобжигового глиносодержащего кирпича в заводских условиях.

Практическая значимость. Практическая значимость диссертацион-

ной работы направлена на развитое энерго- и ресурсосберегающих технологий безобжиговых глиносодержащих стеновых материалов и определяется возможностями:

- расширения области знаний по регулированию свойств глиносодержащих материалов и композитов на их основе;

- определения оптимальных технологических составов и параметров изготовления безобжиговых глиноцементных композиций модифицированных продуктами ЭХА обработки водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ для рекомендации к заводскому способу производства;

- разработки новых составов на основе безобжиговых модифицированных глиноцементных композитах (подана заявка на патент № 2010114995 с приоритетом от 20.05.2010).

Реализация работы. Результаты диссертационной работы подтверждены промышленными испытаниями и использованы при выпуске опытной партии модифицированного продуктами ЭХА обработки водно-солевых растворов безобжигового глиноцементного кирпича в комплексе с добавкой АЦФ в заводских условиях (АО «Западно-Казахстанская корпорация строительных материалов» г. Уральск, Республика Казахстан).

Апробация работы. Апробация работы осуществлена на 4 конференциях и 1 симпозиуме: «Актуальные вопросы строительства» (Саранск, 2007), «Прогрессивные материалы и технологии в строительстве» (Новосибирск, 2008), «Экономическое, социальное и культурное развитие Западного Казахстана...» (Уральск, Республика Казахстан, 2008), «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2009), «Социально-экономические проблемы жилищного строительства и пути их решения в период выхода из кризиса» (Саратов, 2010).

Публикации. По теме диссертации имеется 9 публикаций, в том числе 2 из них в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 141 странице машинописного текста, содержит 26 рисунков, 49 таблиц, список литературы включает 147 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В первой главе рассмотрены теоретические предпосылки развития технологии безобжиговых глиносодержащих вяжущих и композитов на их основе. Выполнен обзор отечественного и зарубежного опыта строительства с использованием безобжиговых глиносодержащих материалов и изделий, показана целесообразность их применения, а также систематизированы факторы, влияющие на конечные свойства материала. Показано конкурентоспособность безобжиговых глиносодержащих композитов по отношению к традиционными материалами. Проанализированы свойства воды и водных растворов, их роль в структурообразовании минерально-вяжущих систем.

Анализ различных способов модифицирования свойств минерально-вяжущих систем выявил эффективные методы воздействия: механические, физические, химические и комбинированные. Самые доступные и технологичные из них - это ЭХА обработка водно-солевыми растворами и модификация высокомолекулярными соединениями.

Литературный обзор показывает, что прочная структура глиноце-ментного композита достигается за счет увеличения числа фазовых контактов (при химическом, температурном и барометрическом методах воздействия). На основании вышеизложенного были сформулированы цели и задачи, решение которых кратко изложено в данном автореферате.

Во второй главе для решения поставленных задач настоящей работы, осуществлен обоснованный выбор объектов и методов исследования, приведены характеристики использованных в работе материалов и описаны методики их экспериментального исследования.

В экспериментах использовали следующие материалы: глинистое сырье Елшанского месторождения Саратовской области (минералогический состав в %: монтмориллонит - 25, хлорит - 15, каолин - 10, гидрослюда -10, кварц - 29, кальцит - 7, полевой шпат - 2, прочие минералы —2); водопроводную воду, удовлетворяющую требованиям ГОСТ 23732-79; продукты ЭХА обработки водно-солевых растворов хлорида натрия (пищевая соль ГОСТ Р 51574-2000) с минерализацией 5 г/л, полученные на установке СТЭЛ-4Н - анолит (рН = 4-5, ОВП = +800...+1200 мВ, х.с.э.) и католит (рН = 12, ОВП = -700...-820 мВ, х.с.э.); портландцемент М400 ДО производства ОАО «Вольскцемент», удовлетворяющий требованиям ГОСТ 10178-85; кварцевый песок, Мк=1,5; отходы от вторичной обработки древесины (опилки, крупностью 1-2 мм) хвойных и лиственных пород, ацетонофор-мальдегидную смолу (АЦФ - ЗМ ТУ 6-05-221-122-78) с концентраций активного вещества не менее 90% с плотностью 1,12 г/см3; гипохлорит натрия марки А (ГХН), удовлетворяющий требованиям ГОСТ 11086-76 и ТУ 6-0129-93. Глинистое сырье, цемент и кварцевый песок по значениям эффективной удельной активности (Аэфф) природных радионуклидов не превышают установленых в требованиях СП 2.6.1.758-99 и ГОСТ 30108-94 предельных значений.

Достоверность полученных в работе результатов основывается на высокой воспроизводимости результатов экспериментов в пределах заданной точности, использовании стандартных методик (определение рН-показателей, адсорбционных свойств, реологических характеристик, физико-механических свойств и др.) и современных физико-химических методов исследования и аппаратуры: (ИК-спектрофотометр БРЕКОШ), дифракто-метр ДРОН-3 и дериватограф РаиШс), при взаимном согласовании полученных данных.

Третья глава посвящена исследованию процессов структурообразо-вания глины и цемента, модифицированных продуктами ЭХА обработки

водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ. Экспериментальные данные определения функциональных свойств глиносодержащих систем взаимодополняют данные РФА, ДТА анализов и ИК-спектроскопии. Глина и цемент проявляют высокую физико-химическую активность в отношении органических добавок и минеральных солей, выражающаяся в высокой адсорбционной активности и чувствительности гидратационных процессов, поэтому исследования структурообразования глины изучали отдельно от цемента.

На начальном этапе исследования определяли роль влияния продуктов ЭХА обработки водно-солевых растворов и АЦФ на изменение значения рН-показателя суспензий из глинистого и глиноцементного сырья (Г:Ц=90:10 по массе) потенциометрическим методом. Установлено, что продукты ЭХА водно-солевых растворов изменяют значения рН-показателей во всех случаях, причем наибольшие изменения наблюдаются у суспензий, затворенных католитом: в глинистых суспензиях значения рН-показателя увеличены на 30%, а в глиноцементных на 2,5%.

Для глинистых суспензий затворенных анолитом характерно снижение значений рН-показателей на 16%, а для глиноцементных - на 5,24%. Добавка АЦФ во всех случаях снижает значения рН-показателей глинистых и глиноцементных суспензий. В случае затворения глинистых суспензий католитом с добавкой АЦФ наблюдается прирост значения рН-показателя на 15%.

На основание вышеизложенного, можно сделать вывод, что продуктами ЭХА обработки водно-солевых растворов можно направлено воздействовать на активные центры поверхности частиц. Механизмы модифицирующего воздействия продуктов ЭХА обработки водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ на поверхность частиц глины, определяются изменением внутренних сил дисперсной системы за счет катионного обмена, приводящее к самодиспергированию глинистых минералов, увеличению межпакетного пространства с интеркаляцией молекул АЦФ в структуру слоистого силиката. Растворы католита диспергируют глинистые частицы, выражающиеся в повышении значений рН среды.

Снижение рН-показателя дисперсной системы от действия раствора анолита и от введения 3% добавки по массе АЦФ связано, по-видимому, с адсорбционными свойствами глинистых частиц. Адсорбция АЦФ на поверхности глинистых частиц определяется соответствием характеров функциональных групп адсорбата и адсорбента. Глинистые минералы, как адсорбент, отличаются обилием поверхностных силанольных групп, способных участвовать в донорно-акцепторных взаимодействиях с метилольными группами АЦФ по типу водородной связи, что подтверждается данными ИК-спектроскопии в области 2975 см"1 (рис. 1).

95 90 85

I

а 65

с

Ё во

•и

§ 55

® 50

Л

«

40 35

4000 3000 2000 1000

Волновое число, см"1

Рис.1. Инфракрасный спектр смеси «Глина-АЦФ», (при соотношении 3:1 по массе)

Экспериментально определена степень влияния продуктов ЭХА водно-солевых растворов на основные свойства глиноцементного сырья по методикам ГОСТ 21216.1-93: меняется число пластичности и формовочная влажность, прочностные показатели (табл. 1).

Таблица 1

Свойства глиняных образцов

№ Жидкость затворе-ния Число пластичности Формовочная влажность, % Прочность на изгиб, МПа, в возрасте, сут

3 14

1 Неактивированная водопроводная вода 13 29 2,52 2,47

2 Анолит 15 27 2,87 2,81

3 Католит 16 28 3,64 3,7

Методом титрования, по ГОСТ 21283-93, установлено снижение показателей адсорбции и емкости катионного обмена глинистого сырья при их модификации АЦФ. Отмечается, что АЦФ адсорбируется на поверхности глинистых частиц и участвуют в обменных реакциях. Далее адсорбционные процессы АЦФ на поверхности глинистых частиц изучались по результатам данных ДТА, РФА анализов и ИК-спектроскопии (рис. 1,2).

г? §

X

I

я

-е--е-

СП

о

\ р-т, Г

8 *

А ГЦ \ з

н Г «О 1 I <Г1

\ 1 -т к

- г

/ ^ 1

V 1 я «О

=1 £

5

!

•ч; «У А

« р) •л

Волновое число, см" Рис.2. Инфракрасный спектр образца глины

35 30 25 20

Угол дифракции 20 ""—

а) насыщенного АЦФ (соотношение 1:3 по массе)

I__I__I_I_I_1_I

15 14 13 12 II 10 9 8 7 6

Угол дифракции 2Э —

б) с добавкой АЦФ (0,5% по массе)

Рис. 3. Дифракгограмма образца глины Данные РФА свидетельствуют о фазовом разделении АЦФ на поверхности глинистых частиц (рис.3): легкие фракции полимера поглощаются монтмориллонитом, а тяжелые фракции полимеризуются на поверхности глинистых частиц. Характер кривых ДГА (рис.4), ИК-спектров дополняет данные РФА и указывает на формирование в глине органоминеральных комплексов.

Температура, °С

Рис. 4. Сравнительная характеристика ДТА в системе «Глина-АЦФ» (при соотношении 3:1): 1 - глина; 2 - глина + АЦФ; 3 - АЦФ

Кроме этого, при добавке в глину АЦФ ИК-спектры демонстрируют снижение интенсивностей полос поглощения в области 3000-3700см", что характеризуется изменением кристаллизационной воды в межслоевом пространстве силикатного пакета глинистых минералов. Отмечаем, что в модифицированных образцах глин увеличивается число пластичности (табл.2). Этот факт необходимо использовать при формировании структуры и свойств глинокомпозита в изделиях при заводских условиях производства. Результаты исследований по оценке свойств глиноцементных образцов представлены в табл. 3.

Таблица 2

Пластические свойства модифицированных АЦФ-смолой глин

Добавка АЦФ, % от массы Влажность на границе текучести Влажность на границе раскатывания Число пластичности

П1влажС бюкс., Г ШсуцС бюкс., г ™сух, Г Влажн. ШвлажС бюкс., Г ГПсухС бюкс., г Шсух , Г Влажн.

без добавки (контр.) 30,8 28,5 10,0 23,0 29,1 27,7 8,5 16,5 12,6

29,0 26,5 7,7 32,5

29,1 26,6 7,9 31,6

0,5 29,5 26,5 7,9 38,0 28,6 26,9 8,3 20,5 17,1

32,1 28,5 9,7 37,1

30,9 27,5 9,0 37,8

1,0 18,7 17,0 3,7 45,9 28,6 27,1 8,5 17,6 23,1

29,0 26,2 7,4 37,8

27,1 24,8 6,0 38,3

Таким образом, вышеуказанные данные позволяют рассматривать АДФ-смолу как комплексный органомодификатор глиноцементных систем, позволяющий направленно регулировать функциональные свойства безобжиговых глиносодержащих материалов.

Таблица 3

Свойства глиноцементных образцов_

Свойства образцов в зависимости от про-

Добавка АЦФ, % Состав Г:Ц, % Давле- должительности выдержки в воздушно-влажных условиях Коэфф. водостойк., к.

прессования, МПа Через 1 час после формования Через 1 сутки Через 3 суток

Ксж» МПа Ро, г/см ро, г/см Ксж, МПа Ро, г/см Ксж, МПа

5 0,8 1,6 1,61 1,9 1,62 3,5 0,4

- (контр.) 90:10 10 1,2 1,85 1,83 2,3 1,88 4,7 0,5

15 1,9 2,05 2,01 2,8 2,06 6,2 0,55

5 0,9 1,7 1,62 1,9 1,62 4,5 0,45

0,5 90:10 10 1,35 1,72 1,88 2,60 1,62 5,72 0,6

15 2,9 1,9 2,1 4,20 1,9 8,2 0,65

Направленное изменение свойств жидкости затворения при ЭХА обработке оказывает, также, влияние и на этапы твердения цементного камня. Кинетические кривые пластической прочности цементных паст имеют экспоненциальный характер в заданном интервале времени, а скорость процесса структурообразования возрастает в ряду: неактивированная водопроводная вода - анолит - католит (рис.5).

Рис. 5. Характеристика влияния продуктов ЭХА на пластическую прочность цементного теста: 1 - неактивированная водопроводная вода (контроль), В/Ц =0,32; 2 - анолит, В/Ц =0,3; 3 - католит, В/Ц =0,29; 4 - католит + 0,5% АЦФ, В/Ц =0,29

Таблица 4

Сравнительные свойства модифицированных цементных паст

ЭХА водно-солевые растворы

№ Исследуемые показатели Вода, контр. Анолит Католит Анолит + 0,5% АЦФ по массе Католит + 0,5% АЦФ по массе

1 Нормальная густота цементного теста, % 0,32 0,3 0,29 0,3 0,29

2 Сроки схватывания, мин Начало 156 105 127 115 110

Конец 306 321 280 305 260

3 Интервал схватывания, мин 150 216 153 190 150

4 Относительный интервал схватывания, в долях 0.49 0.67 0.54 0.62 0.58

5 Равномерность изменения Равно- Равно- Равно- Равно- Равно-

объема мерно мерно мерно мерно мерно

Прочность при сжатии

6 цементно-песчаных образцов-бапочек (Ц:П=1:3) на 28 сутки, МПа 36,5 40,1 42,2 42,1 44,7

Установлено изменение сроков схватывания цементного теста, особенно при затворении католитом. Необходимо отметить, что по сравнению с контрольными образцами схватывание цементного теста с добавкой 0,5% по массе АЦФ завершается быстрее, что указывает на увеличение скорости процессов формирования цементного камня (табл.4). Продукты ЭХА водных растворов оказывают, также, влияние на растекаемость цементного теста. Наибольшее влияние на растекаемость оказывает раствор католита совместно с добавкой АЦФ (рис. 6, 7). При В/Ц=0,35 растекаемость цементного теста на растворе анолита повышается на 7,7 %, на католите - на 15,4%. При значениях В/Ц=0,45 прирост растекаемости цементного теста составил 27,3% на католите, 18,2% на анолите.

Увеличение растекаемости цементного теста связано с поляризацией диполей воды в электрическом поле. Ориентированные к поверхности цементных частиц молекулы воды образуют сольватные оболочки и создают плоскости скольжения в местах более слабых водородных связей, что приводит к дефлокуляции образований. Этот способствует разъединению соль-ватных оболочек частиц цемента и разжижению системы.

Исследование гидратационных процессов при затворении продуктами ЭХА водно-солевых растворов методом РФА демонстрирует: уменьшение количества цементного геля в интервале углов 20=26-38 град.;

ОЛ 0,25 0,3 0,35 0,4

Водоцементное отношение, В/Ц

Рис.5. Влияние продуктов ЭХА водно-солевых растворов на растекаемость цементного теста: 1 - неактивированная водопроводная вода; 2 - анолит; 3 - католит

Водоцементное отношение, В/Ц

Рис.6. Влияние продуктов ЭХА водно-солевых растворов с добавкой 0,5% АЦФ на растекаемость цементного теста: 1 - неактивированная водопроводная вода; 2 - анолит; 3 - католит

появление на дифракто грамме в присутствии католита аморфного гало в интервале углов 20=21-26 град., также отмечается увеличение общего содержания гелевой фазы в 4 раза, прирост механической прочности образцов (меняется содержание портландита, эттрингита и других кристаллических фаз); увеличение содержания кристаллических фаз (Саз81207*ЗН20, тобер-морита и Са4А1601з*ЗН20) у образцов цементного камня, модифицированных АЦФ (табл. 5).

Таблица 5

Относительные интенсивности рефлексов цементных образцов

Относительные интенсивности рефлексов 1/

Вид жидкости затворения/ В/Ц О я"? •*> е. % & О Э ¿■С О О ГЛ О? л е- О г-. • in ed ^ и О х с? Г 3 *= & о 1» и Тоберморит [Ю-374], (24,5 град) Портландит, (18,2 град) Y-белит (16 град) САН ю (12,4 град) Этгрингит (9,1 град) Аморфное гало, мм2 (26-3 8 град) Аморфное гало, мм1 (21-26 град) О ^ к? 9 о СЛ о £ а о

Неактив.

водопров. вода/0,3 (контроль) 0,33 - - - 0,62 0,20 0,41 0,20 10,20 - -

Анолит/0,3 0,12 0,20 0,24 - 0,44 0,24 - 0,32 7,00 - 0,16

Католит/0,3 0,40 0,11 - - 0,96 0,37 0,55 0,15 6,48 37,03 -

Неактив.

водный р-р ]МаС10 (5%)/0,3 0,20 0,26 0,20 0,23 1,16 0,30 0,33 0,36 9,33 20,00 0,40

Продукты ЭХА водно-солевых растворов в качестве одного из компонентов содержат гипохлорит натрия (ЫаСЮ), в частности в католите. В целях сравнения был исследован образец, затворенный эквимолярным раствором гипохлорита натрия. Сравнительный анализ рентгенограмм показывает схожие элементы дифракционной картины, что и при затворении католи-том: в присутствие гипохлорита натрия также образуется второе гало в области 20=21-26 град, с тем же соотношением интенсивностей, увеличивается содержание кристаллических фаз.

Таким образом, влияние раствора католита на процессы гидратации цемента можно рассматривать как влияние комплекса факторов, одним из которых является присутствующий в растворе гипохлорит натрия.

Для установления влияния АЦФ на гидратационные процессы твердения цемента применяли метод ДТА (табл. 6).

Таблица 6

Термоэффекты образцов цементных паст, модифицированных АЦФ

№ Состав (добавка 0,5%) В/Ц Температура максимума термоэффекта, °С Предел прочности при сжатии на 7 сутки, МПа

1 - (контр.) 0,3 130; 290; 300; 320;340;380;490 9,84

2 0,5% АЦФ 0,3 130; 320; 350; 380; 460; 750 14,46

Термографические кривые образцов цементных паст показывают, что добавка АЦФ в цементной пасте мало изменяет кинетику гидратации. Изменения отмечаются в интервале 20(М50°С, т.е. в области дегидратации гидратов переменного состава (ГПС). АЦФ способствует формированию более мелких частиц портландита. Основное действие АЦФ проявляется в изменении состава гидратов переменного состава и ускорении процессов кристаллизации геля в устойчивые кристаллические продукты.

Таблица 7

Относительные интенсивности рефлексов модифицированных цементных паст

Относительные интенсивности рефлексов (}!

Добавка/ В/Ц О ^ д 3 г? В- И о £ СО О д ^ а * о. о ^ • « »л оо О), я О О Г ? *а Е- О I-о Тоберморит [10-374], (24,5 град) Портландит, (18,2 град) у-белит (16 град) САНю (12,4 град) Эттрингит (9,1 град) Аморфное гало, мм2 (26-38 град Аморфное гало, мм2 (14-20 град)

АЦФ, 0,5% затворенного неактивированной водопр. водой, В/Ц-0,3 0,24 0,10 0,07 0,12 0,59 0,24 0,05 0,10 16,20 4,05

АЦФ, 0,5% затворенного като-литом, В/Ц -0,3 0,39 0,15 - 0,13 0,98 0,41 0,41 0,20 22,81 10,47

Таблица 8

Прочностные показатели модифицированных цементных образцов

Жидкость затворения Содержание АЦФ, % по массе Прочность при сжатии цементно-песчаных образцов-бапочек (Ц:П=1:3), МПа

на 7 сутки на 28 сутки

Неакгивированная водопроводная вода, (контр.) - 9, 35,3

Неакгивированная водопроводная вода 0,5 14,46 41,3

Католит 0,5 16,80 45,2

Анолит 0,5 15,10 42,5

Таким образом, в присутствие АЦФ в структурообразование цемента дополнительно вовлекается вода, что увеличивает объем гелевой фазы и

отражается в росте прочностных характеристик модифицированного цементного камня. Комплексное воздействие католита и АЦФ проявляется в дифрактограмме более интенсивными рефлексами слабозакристаллизован-ной фазы цементного камня (табл. 7, 8), что характеризует развитость геле-вой фазы и определяет его прочностные характеристики. Полученные результаты расширяют картину физико-химических процессов, происходящих в модифицированной глиноцементной композиции. Основная роль принадлежит органическому модификатору АЦФ, который является полифункциональной добавкой.

Основной технологической задачей при составлении модифицированной глиноцементной композиции, является оптимальный подбор количественного сочетания глины (с учетом их адсорбционной активности, минералогического и гранулометрического составов), продукта ЭХА, добавки АЦФ, добавки цемента, наличия заполнителей и параметров прессования.

В четвертой главе исследовались физико-механические свойства глиноцементных систем в зависимости от технологических параметров, а также разрабатывались составы глиноцементных композитов, рекомендованных к производству. На начальном этапе, задача исследования заключалось в установление роли дисперсности глинистых частиц и цемента на физико-механические свойства конечного продукта (табл. 9).

Таблица 9

Физико-механические свойства глиноцементных композитов с различной степе_нью дисперсности компонентов вяжущего_

Соотношение удельная поверхностей, м2/кг, глины и цемента, с г/ о ием. Оуд / Оуд Прочность при сжатии, МПа, через, суток

№ п/п Давление прессования, МПа Соотношение, Г:Ц 3 7 28 Коэф. размягчения, Кразм

1 250/320 3,5 4,9 6,8

2 5 95:5 250/450 4,0 5,5 7,1 0,45

3 320/320 4,55 6,41 7,5

4 250/320 3,5 6,1 7,4

5 5 90:10 250/450 4,7 6,2 8,0 0,47

6 320/320 5,0 6,9 8,2

7 250/320 4,3 7,0 8,2

8 5 85:15 250/450 5,9 7,5 8,9 0,5

9 320/320 6,3 8,0 9,5

10 250/320 4,6 7,5 8,6

11 5 80:20 250/450 6,2 7,0 9,5 0,5

12 320/320 7,0 8,3 10,0

Дисперсность частиц оценивали по численному значению удельной поверхности, определяемого на приборе ПСХ-2 по соответствующей

методике, а также по соотношению значений удельных поверхностей глины и цемента.

Дисперсность компонентов увеличивали помолом материала до определенного значения удельной поверхности. В результате было установлено, что прочность при сжатии в различные сроки твердения увеличивается с увеличением дисперсности добавки цемента, при повышении удельной поверхности глины по сравнению с поверхностью цемента физико-механические характеристики также увеличиваются, что объясняется наилучшими условиями для связывания тонких частиц глины цементными гидросиликатными и гидроалюминатными кальциевыми новообразованиями.

По показателям прочности при сжатии и плотности в зависимости от количества добавки цемента и давления прессования определяли численные значениям сырцовой прочности и эффективность прессования глиноце-ментных образцов (ДЯ/Др), исходя из расчетов определения прироста прочности и плотности при давлении прессования на 10 МПа, наиболее часто применяемое при заводском формовании.

Установлено, что прирост прочности в глиноцементных композитах при естественной сушке образцов, прессованных в интервале 20-30 МПа, составляет: от 60 до 115% в первые часы; от 20 до 80% на 1 сутки; от 25 до 75% к концу срока. С увеличением доли содержания цемента эффективность прессования образцов в первые часы после формования растет. После высушивания в естественных условиях, через 1 сутки и 3 суток после формования, эффективность прессования снижается, причем большие значения наблюдаются в составах с меньшим содержанием цемента (Г:Ц = 90:10). Увеличение давления прессования (более 20 МПа) увеличивает число контактов уже на стадии формования с обеспечением высокой прочности в первые сутки.

Дальнейшие исследования глиноцементных образцов проводились при соотношении Г:Ц=90:10 и добавлением кварцевого песка (Мк=1,5) при давлении прессования от 10 до ЗОМПа (табл.10). Максимальная прочность наблюдается в составах с увеличением доли глиноцементного материала, содержание песка применимо до уровня 20-40% по массе.

Установлено, что состав вяжущего в значительной степени влияет на эффективность прессования: при увеличении доли песка в композите от 0 до 60%, эффективность прессования снижается до 17,6% - при давлении 20МПа, и до 13,4% - при давлении 30 МПа Таким образом, массовая доля песка в составе глиносодержащего вяжущего должна быть в интервале от 0 до 40% по массе, оптимально не более 20%-30%.

Таблица 10

Влияние состава заполнителя на физико-механические свойства глиноцеменгных образцов

Соотношение глины и цемента, Г:Ц=90:10 Кварцевый песок, Мк=1,5 Пределы прочности при сжатии на 28 сутки твердения, МПа

10 20 30

сухие водонасы-щенные сухие водонасы-щенные сухие водонасы-щенные

1 2 3 4 5 6 7 8

100 0 13,4 5,1 21,5 8,6 25,4 11,7

80 20 12,5 5,0 20,8 8,9 23,4 11,2

60 40 11,5 4,9 18,4 8,7 19,5 9,8

40 60 6,8 2,8 7,3 3,3 7,4 3,7

20 80 3,7 0 0 1,6 4,5 1,1

0 100 0 0 0 0 0 0

Рис. 8. Кинетика набора прочности глиносодержащего состава модифицированного АЦФ и затворенных ЭХА водно-солевыми растворами: 1 - неакгивированная водопроводная вода (контроль); 2 - анолит; 3 - католит; 4 - католит + 3% по массе АЦФ

Также, определяли эксплуатационные свойства глиноцементных образцов на продуктах ЭХА водно-солевых растворов и добавки АЦФ состава: состав (10% ПЦ от массы глины), кварцевый песок, Мк=1,5 -20%, давление прессования 20 МПа, добавка АЦФ - 3% от массы ГПД, при В/Т=0,14. В составах с католитом и АЦФ наблюдаются лучшие показатели прочности и водостойкости. При прессовании при повышенных давлениях определяют значение оптимальной влажности сырьевой смеси, кроме этого необходимо учесть и количество влаги для полной гидратации цемента в составе исследуемого композита.

Для определения оценки оптимальной влажности смеси изучали влияние В/Т на плотность, общую пористость по методу определения водо-поглощения, ГОСТ 7025-91. На основании проведенных исследований чис-

лено определены оптимальные диапазоны значений водотвердых отношений, давления прессования и состава смеси: содержание цемента 10% от массе; давление прессование 20-30 МПа; количество кварцевого песка 2040%; удельная поверхность 250-320 см2/кг; влажность 12-14% по массе (табл.11). Таблица И

Влияние водотвердого отношения и давления прессования на свойства

глиноцементных образцов

№ Соотношение глины и цеме! та, Г:Ц В/Т Давление прессования МПа Коэф. уплот нения, Куга, Плотность образцов, г/см3 Общая пористость, %

свежеот-форм. через 3 суток водона-сыщ.

1 80:20 0,18 10 0,8 2,1 1,9 2,2 12

2 0,16 20 0,86 2,2 2,06 2,3 9

3 0,14 30 0,93 2,3 2,13 2,25 6

4 90:10 0,16 10 0,9 1,95 1,84 2,1 14

5 0,14 20 0,93 2,2 2,15 2,4 12

6 0,12 30 0,96 2,3 2,2 2,3 6

Таблица 12

Прочностные характеристики наполненных глиноцементных композитов

Состав композиции, по массе Средняя плотность образца, кг/м3 Прочность на сжатие, МПа, 28 сутки. Теплопроводность в сухом состоянии, Вт/м°С не менее

Глина 35%, цемент 7%, опилки 28% 600 0,38 0,1

Глина 35%, цемент 7%, опилки 28%, АЦФ 1,5% 610 0,68 0,1

Глина 25%, цемент 6%, опилки 30%, АЦФ 1,5% 550 0,45 0,09

В пятой главе исследовали составы рекомендованные к производству по результатам предыдущих исследований.

Исследования проводили методом математического планирования эксперимента. В качестве матрицы планирования был выбран сложный план - дробная реплика 25, совмещенная с одним латинским квадратом 2x2 (табл. 13). Таблица 13

Факторы и уровни их варьирования

Факторы Обознач. Уровни шкторов

+1 -1

Количество цемента, % от массы глины X, 10 20

Давление прессования, МПа х2 20 30

Удельная поверхность глинистых частиц, Хз 2500 3000

Количество наполнителя (песок) % Х4 20 30

Водотвердое отношение, В/Т х5 0,14 0,12

Результаты расчетов определили следующие математические зависимости:

Ясж = 22,23 - 2,5Х , - 4Х 2 -0,99 Х} +0,96 X, -0,15Х5 (1)

К, = 0,52 - 0,025Х , - 0,04Х 2 + 0,003 X, - 0,02 X, - 0,0078 X5 (2) Эффекты факторов X], Х2, Х3 и Х4 оказались значимыми для предела прочности при сжатии, на коэффициент водостойкости значимыми оказались факторы X], Х2, Х4 и Х5. Прочностные свойства композита мало зависят от водотвердого отношения. Так повышение прочности при сжатии наблюдается при увеличении доли цемента в системе, повышении давления прессования и дисперсности глины. Водостойкость, также увеличивается при увеличении количества цемента, давления прессования и количества песка.

Анализируя параметры кореляционой матрицы и уравнения регрессии, был разработан оптимальный состав, рекомендованный к заводскому способу изготовления (табл. 14).

Таблица 14

Оптимальный состав и параметры прессования безобжиговых _глиносодержащих композитов_

Показатель Значение

Давление прессования 20МПа

ПЦМ400 10% от массы глины

Глина 60%

Вода затворения католит

АЦФ 3% от массы цемента

Удельная поверхность глины 2500-3000 см-Уг;

Кварцевый песок, Мк=1,5 30%;

Водотвердое отношение 0,14

Разработанные оптимальные составы прошли промышленные испытания опытной партии безобжигового глиносодержащего кирпича в заводских условиях в АО «Западно-Казахстанская корпорация строительных материалов» (г.Уральск, Казахстан). Кирпичи соответствуют марке 125 и удовлетворяют требованиям ГОСТ 6133-99 (табл. 15).

Таблица 15

Физико-механические свойства глиносодержащих образцов

Показатель Обозначение Безобжиговые глиняные, затворенные с католитом и 3% АЦФ (от массы цемента) Силикатный кирпич, М100-125

Прочность при сжатии, МПа, на 28 сутки, не менее Ксж 12,7 10-12,5

Прочность при изгибе, МПа, на 28 сутки, не менее К.п; 2,2-2,7 2,0-2,4

Плотность, кг/м"1 Р 2000-2100 2100-2200

Водостойкость К» 0,65-0,70 0,8

Температуропроводность, Вт/м*иС 0,9-1,0 0,9-1,0

Водопоглощение, % по массе не менее ^погл 9-12 8

Морозостойкость, циклов Б 20 20

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

1. Разработанные составы модифицированных безобжиговых глино-цементных композиций обладают стабильными физико-механическими характеристиками, позволяющие использовать их в строительстве малоэтажных жилых и сельскохозяйственных зданий.

2. Доказано, что продуктами ЭХА обработки водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ достигается стабильная структура безобжигового глиноцементного композита за счет модификации поверхности частиц глины. Модифицирование происходит за счет диспергирования поверхности глинистых частиц ионами Лгй+, входящих в продукты ЭХА обработки водно-солевых растворов, и увеличения межпакетного пространства глинистых минералов с интеркаляцией молекул АЦФ в структуру слоистого силиката.

3. Результаты экспериментов по изучению физико-химических процессов, происходящих в модифицированной глиноцементной композиции показывают, что АЦФ является полифункциональной добавкой как для глины, так и для цемента. Основной технологической задачей при этом является оптимальный подбор количественного сочетания глины (с учетом их адсорбционной активности, минералогического и гранулометрического составов), продукта ЭХА, добавки АЦФ, добавки цемента, наличия заполнителей и параметров прессования.

4. Установлены основные зависимости, связывающие свойства компонентов безобжиговых глиноцементных материалов и влияния модифицирующих добавок, между свойствами и соотношением компонентов, их характеристиками. На их основе определены оптимальные параметры и составы за счет использования комплексной активизации и модификации композита.

5. Для достижения эффективной интенсификации процесса твердения безобжиговой глиноцементной композиции модифицирующее воздействие необходимо осуществлять перед добавкой цемента. Предложенный способ регулирования структурообразования глиноцементного композита, заключающийся в модифицировании поверхности глинистых частиц органомине-ральными образованиями в определенных интервалах (при содержании цемента 10% от массы глины, удельном давлении прессования 20-30МПа, содержании кварцевого песка (Мк=1,5) - 20-30%, В/Т=0,12-0,14) интенсифицирует рост кристаллогидратов цементной составляющей и выражается в повышении функциональных свойств материала.

6. Разработанные составы модифицированного безобжигового глиноцементного композита (глина 60% по массе, цемент 10% по массе; АЦФ 3% от массы цемента, кварцевый песок (Мк=1,5) 30% по массе, давление прессование 20 МПа, удельная поверхность глины 2500-3200 см2/г; жидкость затворения католит, влажность смеси 14% по массе) позволят получить энергоэффективные и ресурсосберегающий строительный материал с за-

данными физико-механическими характеристиками.

7. Результаты исследований промышленных испытаний опытной партии безобжигового глиносодержащего кирпича подтверждают результаты экспериментов. Изделия соответствуют марке 125 и удовлетворяют требованиям ГОСТ 6133-99. Экономический эффект от внедрения результатов исследований составит порядка 8 млн. рублей (в базисных ценах 2008 года) при производстве 5 млн. усл. кирпича в год.

Публикации в рецензируемых изданиях, определенных ВАК РФ

1. Мухамбеткалиев К.К., Иващенко Ю.Г. Способ нейтрализации экстрактивных веществ древесины в безобжиговых составах глино-цементных композитов // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. №3 (48). Вып. 3. С.143-147.

2. Мухамбеткалиев К.К., Иващенко Ю.Г. Полифункциональный модификатор глиноцементных композитов П Вестник Белгородского государственного технологического университета им. Шухова. Сер.: Строительство и архитектура. 2010. №3. С.40-44.

Публикации в других изданиях

3. Иващенко Ю.Г., Хомяков И.В., Мухамбеткалиев К.К. Способы активации твердения минерально-вяжущих систем // Актуальные проблемы проектирования и строительства объектов АПК России: сб. науч. тр. / ФГУП «НИПИгипропромсельстрой» [редкол.: A.B. Ляпин и др.]. Саратов, 2007. С.282-286.

4. Мухамбеткалиев К.К. Электрохимическая активация твердения минерально-вяжущих систем // Рылым жэне Бшм (Наука и образование): науч.-практ. журнал. Зап.-Каз. аграр.-техн. ун-та. Уральск, 2007. №3 (8). С.70-72.

5. Мухамбеткалиев К.К. Применение безобжиговых глиносодержа-щих вяжущих и композитов на ее основе // Актуальные вопросы строительства: матер. Междунар. науч.-практ. конф. [в 2 ч.]. Ч. 2 / Мордов. гос. ун-т [редкол.: В.Т. Ерофеев и др.]. Саранск, 2007. С.338-342.

6. Мухамбеткалиев К.К. Модификация глиносодержащих вяжущих // Прогрессивные материалы и технологии в современном строительстве: Междунар. сб. науч. тр. / Новосиб. гос. аграр. ун-т [отв. ред. А. П. Пичугин]. Новосибирск, 2008. С. 286-289.

7. Мухамбеткалиев К.К. Литификационное структурообразование глиносодержащих систем // Экономическое, социальное и культурное развитие Западного Казахстана: матер. Междунар. науч. практ. конф. / Зап.-Каз. аграр.-техн. ун-т. Уральск, 2008. С.499-503.

8. Мухамбеткалиев К.К. Свойства электрохимически активированной воды затворения минерально-вяжущих систем // Инновации и актуальные проблемы техники и технологий: матер. Всерос. науч.-практ. конф. молод, уч.: [в 2 т]. Т. 2 / Сарат. гос. техн. ун-т [под общ. ред. A.A. Большакова].

Саратов, 2009. С. 190-193.

9 Иващенко Ю.Г., Мухамбеткалиев К.К. Композиты на основе модифицированных глиносодержащих вяжущих систем // Разработка современных технологий и материалов для обеспечения энергосбережения, надежности и безопасности объектов архитектурно-строительного и дорожного комплекса: сб. статей Междунар. науч.-практ. симп. / Сарат. гос. техн. ун-т [под ред. Ю.Г. Иващенко]. Саратов, 2010. С.51-56.

МУХАМБЕТКАЛИЕВ Кайрат Куаншкалиевич

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ ГЛИНОСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ И КОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕ

Автореферат

Подписано в печать 17.02.2011

Формат 60x84 1/16 Уч.-изд. л. 1,3 Бесплатно

Бум. офсет.

Усл. печ. л. 1,36(1,5) Заказ 19

Тираж 100 экз.

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в Издательстве СП У. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Тел.: 24-95-70; 99-87-39, e-mail: izdat@sstu.ru

Введение.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ.

Теоретические предпосылки развития технологии безобжиговых 1.1 глиносодержащих вяжущих и композитов на их основе. 2 Физико-химические основы формирования структуры глиноцементных композитов.

1.3 Структура воды и способы ее активации. ^ Анализ представлений механизма действия органических добавок.

Выводы по 1 главе.

ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Применяемые материалы.

2.2 Методы исследований.

Выводы по 2 главе.

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ ГЛИНОСОДЕРЖАЩИХ ВЯЖУЩИХ И КОМПОЗИТОВ НА PIX ОСНОВЕ.

2 j Исследование адсорбционных процессов в глинистом сырье методами РФ А, ДТА и ИК-спектроскопии. 2 Определение роли влияния ЭХА водно-солевых растворов на структурообразование глиноцементных композитов. ^ Зависимость показателя адсорбции и емкости катионного обмена глин от добавки АЦФ.

2 ^ Влияние ЭХА воды на свойства цементного теста. ^ Механизм гидратации цемента в присутствие ЭХА водносолевых растворов и добавки АЦФ.

Выводы по 3 главе.

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГЛИНОЦЕМЕНТНЫХ СИСТЕМ.

Исследование физико-механических свойств глиноцементных 4.1 систем в зависимости от влияния дисперсности компонентов вяжущего. ^ Влияние давления прессования на ранние этапы структурообразования глиносодержащих вяжущих.

4.3 Влияние состава заполнителя на свойства глиносодержащего вяжущего.

4.4 Определение оптимальной влажности смеси.

4.5 Безобжиговые составы глиноцементо-древесных композитов.

Выводы по 4 главе.

5 ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВОВ ГЛИНОСОДЕРЖАЩЕГО

ВЯЖУЩЕГО, РЕКОМЕНДОВАННЫХ К ПРОИЗВОДСТВУ.

5.1 Оптимизация составов глиносодержащих композитов.

5 2 Физико-механические характеристики глиносодержащих составов.

5.3 Разработка технологического процесса.

Актуальность работы. Строительная отрасль успешно развивается в условиях повышения качества, расширения номенклатуры и снижения стоимости строительных материалов и изделий, при комплексном использовании материалов из местного сырья и отходов.

К числу важнейших направлений инвестиционных процессов в России относится развитие жилищного строительства, о чем свидетельствуют федеральная целевая программа «Жилище» на 2002-2010 годы. Для развития жилищного строительства необходимо обеспечить модернизацию и обновление оборудования, повышение эффективности технологий строительства и производства строительных материалов. Реализация этих программ в значительной мере основана на использовании средств граждан. Для создания условий экономической доступности жилья для граждан предусмотрены правовые, финансовые и организационно-технические мероприятия. Так, согласно приказа Министерства регионального развития Российской Федерации от 30 сентября 2010г. №438 определена среднерыночная стоимость 1 м общей площади по субъектам Российской Федерации (на 4 квартал 2010г. - 23 250 руб. для Саратовской области и 29 900 руб. для Волгоградской области).

Указом Президента Республики Казахстан Н. А. Назарбаева от 20.08.2007г. №383 в рамках Государственной программы жилищного строительства утверждена стоимость 1 м общей площади по республике в сумме не более 56 515 тенге (порядка 12 000 руб.). Данные показатели могут быть достигнуты только при существенном снижении цен на материалы, изделия и готовую строительную продукцию.

Зарубежный опыт показывает целесообразность использования в малоэтажном строительстве возведения зданий с применением эффективных материалов и изделий из местных сырьевых ресурсов. Технология производства, при этом, отличается меньшей энергоемкостью, небольшим расходом вяжущего, широкой сырьевой базой и более простой технологией изготовления с конкурентоспособными показателями.

В работе использован принцип направленного регулирования свойств глины с целью обеспечения оптимальных условий для направленного формирования структуры композита, путем введения в систему добавки портландцемента. Однако, количество добавки цемента, ее целесообразность и эффективность зависит от минералогического состава глинистого сырья, поэтому проблема модификации глин в настоящее время остается актуальной. Среди многочисленных способов модификации свойств исследуемой системы наибольшее распространение получили физические, химические и комбинированные методы воздействия, однако отсутствие достаточной информации о их разработанности предопределяет необходимость проведения исследований в этой области. На основании вышеизложенного, автором были сформулированы цели и задачи исследования.

Цель и задачи исследования. Целью настоящих исследований является обоснование способов получения безобжиговых материалов на основе глиноцементных композиций модифицированных продуктами электрохимически активированных (ЭХА) водно-солевых растворов в комплексе с ацетоноформальдегидными смолами (АЦФ).

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи: проведение анализа существующих безобжиговых технологий и различных физико-химических методов модификации глиносодержащих композиций; изучение закономерностей структурообразования глиноцементных составов; определение роли структурообразующих факторов (глиноцементное соотношение, вид и количество добавки), влияющих на формирование структуры глиноцементных систем и материалов на их основе; разработка составов глиноцементных композитов, рекомендованных к производству и апробирование результатов исследования в производственных условиях.

Научная новизна работы:

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- обоснована возможность интенсификации процессов гидратации и твердения цементной компоненты в глиносодержащем композите;

- определены механизмы модифицирующего воздействия продуктов ЭХА обработки водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ на поверхность частиц глины, определяемые изменением внутренних сил дисперсной системы за счет Ыа+ катионного обмена, приводящее к самодиспергированию глинистых минералов, увеличению межпакетного пространства с интеркаляцией молекул АЦФ в структуру слоистого силиката; установлены особенности процессов твердения безобжиговой модифицированной глиноцементной композиции;

- определена закономерность технологического процесса получения глиноцементной композиции модифицированной продуктами ЭХА водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ.

Основные положения выносимые на защиту:

- разработанные составы безобжиговых глиноцементных материалов, модифицированных продуктами ЭХА водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ;

- механизмы модифицирующего воздействия продуктов ЭХА обработки водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ на поверхность частиц глины; экспериментально установленные зависимости, связывающие свойства компонентов безобжиговых глиноцементных материалов и влияния модифицирующих добавок, между свойствами и соотношением компонентов, их технологическими характеристиками; результаты промышленных испытаний опытной партии безобжигового глиносодержащего кирпича в заводских условиях.

Практическая значимость. Практическая значимость диссертационной работы направлена на развитие энерго- и ресурсосберегающих технологий безобжиговых глиносодержащих стеновых материалов и определяется возможностями: расширения области знаний по регулированию свойств глиносодержащих материалов и композитов на их основе;

- определения оптимальных технологических составов и параметров изготовления безобжиговых глиноцементных композиций модифицированных продуктами ЭХА обработки водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ для рекомендации к заводскому способу производства; разработки новых составов на основе безобжиговых модифицированных глиноцементных композитах (подана заявка на патент № 2010114995 с приоритетом от 20.05.2010).

Реализация работы. Результаты диссертационной работы подтверждены промышленными испытаниями и использованы при выпуске опытной партии модифицированного продуктами ЭХА обработки водно-солевых растворов безобжигового глиноцементного кирпича в комплексе с добавкой АЦФ в заводских условиях (АО «Западно-Казахстанская корпорация строительных материалов» г.Уральск, Республика Казахстан).

Апробация работы. Апробация работы осуществлена на 4 конференциях и 1 симпозиуме: «Актуальные вопросы строительства» ( Саранск, 2007), «Прогрессивные материалы и технологии в строительстве» (г.Новосибирск, 2008), «Экономическое, социальное и культурное развитие Западного Казахстана.», (г.Уральск Республика Казахстан, 2008), «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий», (Саратов, 2009), «Социально-экономические проблемы жилищного строительства и пути их решения в период выхода из кризиса» (Саратов, 2010).

Публикации. По теме диссертации имеется 9 публикаций, в том числе 2 из них в журналах рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 141 странице машинописного текста, содержит 26 рисунков, 51 таблицы и списка литературы из 147 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

1. Разработанные составы модифицированных безобжиговых глиноцементных композиций обладают стабильными физико-механическими характеристиками, позволяющие использовать их в строительстве малоэтажных жилых и сельскохозяйственных зданий.

2. Доказано, что продуктами ЭХА обработки водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ достигается стабильная структура безобжигового глиноцементного композита за счет модификации поверхности частиц глины. Модифицирование происходит за счет диспергирования поверхности глинистых частиц ионами Ыа+, входящих в продукты ЭХА обработки водно-солевых растворов, и увеличения межпакетного пространства глинистых минералов с интеркаляцией молекул АЦФ в структуру слоистого силиката.

3. Результаты экспериментов по изучению физико-химических процессов, происходящих в модифицированной глиноцементной композиции показывают, что АЦФ является полифункциональной добавкой как для глины, так и для цемента. Основной технологической задачей при этом является оптимальный подбор количественного сочетания глины (с учетом их адсорбционной активности, минералогического и гранулометрического составов), продукта ЭХА, добавки АЦФ, добавки цемента, наличия заполнителей и параметров прессования.

4. Установлены основные зависимости, связывающие свойства компонентов безобжиговых глиноцементных материалов и влияния модифицирующих добавок, между свойствами и соотношением компонентов, их характеристиками. На их основе определены оптимальные параметры и составы за счет использования комплексной активизации и модификации композита.

5. Для достижения эффективной интенсификации процесса твердения безобжиговой глиноцементной композиции модифицирующее воздействие необходимо осуществлять перед добавкой цемента. Предложенный способ регулирования структурообразования глиноцементного композита, заключающийся в модифицировании поверхности глинистых частиц органоминеральными образованиями в определенных интервалах (при содержании цемента 10% от массы глины, удельном давлении прессования 20-ЗОМПа, содержании кварцевого песка, Мк=1,5 — 20-30%, В/Т=0,12-0,14) интенсифицирует рост кристаллогидратов цементной составляющей и выражается в повышении функциональных свойств материала.

6. Разработанные составы модифицированного безобжигового глиноцементного композита (глина 60% по массе, цемент 10% по массе; АЦФ 3% от массы цемента, кварцевый песок Мк=1,5 30% по массе, давление прессование 20 МПа, удельная поверхность глины 2500—3200 см2/г; жидкость затворения католит, влажность смеси 14% по массе) позволят получить энергоэффективные и ресурсосберегающий строительный материал с заданными физико-механическими характеристиками.

7. Результаты исследований промышленных испытаний опытной партии безобжигового глиносодержащего кирпича подтверждают результаты экспериментов. Изделия соответствуют марке 125 и удовлетворяют требованиям ГОСТ 6133-99. Экономический эффект от внедрения результатов исследований составит порядка 8 млн. рублей (в базисных ценах 2008 года) при производстве 5 млн. усл. кирпича в год.

126

1. Арбузова Т.Б. Технология композиционных материалов общестроительного и специального назначения//Строительные материалы. 1998. №8. С.10-12.

2. Адсорбция на глинистых минералах/Ю.И. Тарасевич. Киев, 1975. 351с.

3. Андреев Е.И. Малоцементные песчаные бетоны в производстве стеновых камней / в сб.: Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии. Белгород, 1991. С.116.

4. Антонченко В.А. Основы физики воды. Киев, 1991. 668 с.

5. Аяпов У.Н. Электролиты, как ускорители твердения портландцемента// Вестник АН Казахской ССР. Алма-Ата, 1956. № 12. С. 23-68.С.

6. Баженов Ю.М. Технология бетона: учебник. М.: Изд-во АСВ, 2003. 500 с.г

7. Баженов Ю.М. Модифицированные высококачественные бетоны. М.-: АСВ, 2006. 368с.

8. Баличев Т.Г., Масленникова И. С. О взаимодействии каолина с водой и влияния на него природы различных активаторов / в кн. Проблемы современной химии координационных соединений. Л., 1983. Вып. 7. С. 29-57.

9. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика: 2-е изд., перераб. и доп. М.,1998. 768 с.

10. Бахир В.М. Активированные вещества. Некоторые вопросы теории и практики / Изв. Акад. наук Узб. ССР: Сер. техн. наук. Ташкент, 1981. № 5. С.68-72.

11. Бахир В.М. О природе электрохимической активации сред / Докл. Аккад, наук СССР. М.,1986. Т. 286. № 3. С. 663-666.

12. Бахир В.М. Электрохимическая активация: история, состояние,перспективы. М.: ВНИИИМТ, 1999. 256 с.

13. Безрук В.М. Основные принципы укрепления грунтов. М.: ТранспортД987. 280 с.

14. Безрук В.М. Современные методы строительства дорожных оснований и покрытий из грунтов, укрепленных цементом, известью, битумом, дегтем: учеб. пособие. М.: Автотрансиздат, 1960. 364 с.

15. Безрук В.М. Укрепление грунтов в дорожном и аэродромном строительстве. М., 1971. 426 с.

16. Ваганов В.П. Экспериментальное изучение физико-химических закономерностей формирования кристаллизационных контактов при срастании отдельных кристаллов: автореферат дисс. . канд. техн. наук: спец. 05.17.11. М., 1975. 22 с.

17. Вагнер Г.Р. Физико-химия процессов активации цементных дисперсий. Киев: Наукова думка, 1980. 200 с.

18. Величко Е.Г., Белякова Ж.С. Физико-химические и методологические основы получения многокомпонентных систем оптимизированного состава// Строительные материалы. 1996. № 3. С.27-30.

19. Вернигорова В.Н., Макридин Н.И., Соколова Ю.А. Современные методы исследования свойств строительных материалов: учебное пособие. М.: АСВ, 2003. 240 с.

20. Вишневская Г.П. Проявление жидкостных и твердотельных свойств растворов по данным электронной релаксации парамагнитных ионов. Немарковские процессы // Физика твердого тела. М.) 2002. Т.44. Вып. 6. С.1011-1016.

21. Власов В.К. Об истинном В/Ц бетона и водопотребности заполнителя // Бетон и железобетон. 1991. №3. С.28-29.

22. Волженский A.B. Смешанные портландцементы повторного помола и бетоны на их основе. М., 1961. 106 с.

23. Глекель Ф.Л. Физико-химические основы применения добавок к минеральным вяжущим. Ташкент: Изд-во Фан, 1975. 200с.

24. Глуховский В.Д. Вяжущие композиционные материалы контактного твердения. Киев, 1991. С. 44-100.

25. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. М.: Стройиздат, 1971.300 с.

26. Горькова И.М. Структурообразование в глинах и его исследование в инженерной геологии / в кн. Исследование и использование глин. Львов,1958. С. 22-30.

27. Головлева В.К. Исследование электрофизических характеристик воды под воздействием СВЧ-излучения/ матер. Росс, научн.-техн. конф. по дифрак. и распростр. волн. Улан-Уде, 1996. с. 174-178.

28. Горькова И.М. Физико-химические исследования дисперсных осадочных пород в строительных целях. М.: Стройиздат, 1975. 150 с.

29. Горшков B.C. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ: учеб. пособие. М.,1981. 334 с. (Высшая школа).

30. Гранковский И.Г. Электрообработка жидкостей. Л.: Химия, 1976. 158с.

31. Грим P.E. Минералогия и практическое использование глин. М.: Мир, 1967.511с.

32. Грунтоведение / Е.М. Сергеев и др.. М.,1983. 388 с.

33. Гуменский Б.М. Основы физико-химии глинистых грунтов и их использование в строительстве. М., 1965. 255 с.

34. Дворкин Л.И, Кизимов В.П. Эффективные литые бетоны. Львов, 1986. 114 с.( Высшая школа).

35. Дерягин Б.В. Вода в дисперсных системах. М.: Химия, 1989. 288 с.

36. Детье, Ж. Глиняная архитектура: будущее старой продукции. М., 1981. 180 с.

37. Дистлер Г.И., Кобзарева С.А. Дальнодействие поверхностных сил твердых тел / в кн.: Исследования в области поверхностных сил. М.: Наука, 1967. С.17-35.

38. Доржиев П.А. Безобжиговые цементно-глиняные стеновыематериалы: дисс. . канд. техн. наук: спец. 05.23.05. Улан-Уде, 2004.130 с.

39. Еремина А.Н. Влияние активированной жидкости затворения на гидравлическую активность и твердение цементных систем автореф. дисс. . канд. техн. наук: спец. 05.17.11. Томск, 2002. 21 с.

40. Ефремов И.Ф. Влияние электрохимической активации воды затворения на структурообразование в неорганических дисперсиях // Журн. прикл. химии. М.,1988. Т.П. №2. С.303-306.

41. Зацепина Г.Н. Свойства и структура воды. М.: Изд-во МГУ,1974. С.35-44.

42. Зевин JI.C., Хейкер Д.М. Рентгеновские методы исследования строительных материалов. М.: Стройиздат, 1965. 361с.

43. Зедгенидзе И.Г. Планирование эксперимента при исследовании многокомпонентных смесей. М.: Наука, 1976. 390 с.

44. Злочевская Р.И. Общие представления о процессе гидратации глинистых грунтов / в кн. Вопросы инженерной геологии и грунтоведения. Вып. 2. М., 1968. С.55-80.

45. Злочевская Р.И. Связанная вода в глинистых грунтах. М., 1969. 176 с.

46. Злочевская Р.И. Состояние воды в глинистых породах // Вестник МГУ. М., 1986. №6. С.39-53

47. Кальчик Г.С. Ионизированная вода в технологии приготовления бетона // Строительные материалы и конструкции. Киев: Будивельник, 1996. №3. с.30-31.

48. Касторных Л.И. Добавки в бетоны и строительные растворы: учебно-справочное пособие. Ростов-на-Дону: Феникс, 2005. 221с.

49. Карбаинов Ю.А. Электрохимическая активация водных сред в новых ресурсосберегающих технологиях // Соровский образовательныйчжурнал. 1999. № 10. С.51-54.

50. Каушанский В.Е. Роль свойств жидкой фазы в процессе гидратации вяжущих материалов // Журн. прикл. химии. 1982. Т. 55. № 9. С. 19341939.

51. Классен В.И. Вода и магнит. М.: Наука, 1973. 112 с.

52. Клубова Т.Т. Роль глинистых минералов в преобразовании органического вещества и формировании порового пространства коллекторов. М.: Наука, 1965. 105 с.

53. Кнатько В.М. Теория синтеза вяжущих как научная основа химических методов укрепления дисперсных грунтов // Вестник Ленинград, госуд. ун-та. 1983. №24. С.5-11.

54. Комохов П.Г. Применение электрогидравлического эффекта для активирования воды затворения бетона // Строительные материалы из попутных продуктов промышленности.1987. С. 63-67

55. Коллоидная химия / Е.Д. Щукин и др.: 4-е изд. испр. М., 2006. 444 с. (Высшая школа.).

56. Кузнецова Т.В. Физическая химия вяжущих материалов: учебник для хим.-технол. спец. вузов. М., 1989. 384 с.(Высшая школа).

57. Кульчицкий Л.И. Вода в глинах и её роль в формировании инженерно-геологических свойств глинистых грунтов. М.: Недра, 1975. С. 22-31.

58. Кульчицкий Л.И. Роль воды в формировании свойств глинистых пород. М.: Недра. 1975.212 с.

59. Красильников К.Г. Скоблинская Н.Н. Сорбция воды и набухание монтмориллонита / в кн.: Связанная вода в дисперсных системах. Вып. 2. М.: Изд-во МГУ. 1972. С. 44-49.

60. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы/Ю.Г. Фролов. М.: Химия,1982. 400 с.62.