автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Технология гипсополистирольных изделий из самоуплотняющихся масс методом электропрогрева

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ОБЛЕГЧЕННЫХ ГИПСОВЫХ ИЗДЕЛИЙ.

1.1. Значение и области применения гипсовых материалов и изделий.

1.2. Зарубежный и отечественный опыт производства легких гипсовых изделий. Ю

1.3. Обоснование выбора способа получения легких гипсобетонов.

ГЛАВА 2. ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И ОБЩАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Цель и задачи исследований. Рабочая гипотеза.

2.2. Общая методология исследований.

ГЛАВА 3. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ САМОУПЛОТНЯЮЩИХСЯ

МАСС ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ГИПСОПОЛИСТИРОЛБЕТОНА.

3.1. Характеристика исходных сырьевых материалов.

3.2. Теоретические предпосылки получения гипсобетонных изделий из самоуплотняющихся масс методом электропрогрева.

3.3. Расчет состава гипсобетона с полистирольным заполнителем.

3.4. Исследование формовочных свойств гипсополистирольных масс.

3.5. Механизм фильтрационного влагопереноса самоуплотняющихся масс в замкнутом перфорированном объеме при электропрогреве.

3.6. Математическое моделирование механизма уплотнения и фильтрационного влагопереноса самоуплотняющихся масс.

3.7. Исследования по выбору оптимальных параметров получения гипсобетона из самоуплотняющихся масс при электропрогреве.

3.8. Изучение возможности получения слоистого гипсобетона типа "СЭНДВИЧ".

3.9. Выявление технологической возможности повышения прочности гипсобетона на растяжение путем армирования его волокном.

ЗЛО. Влияние теплосилового воздействия на структуру гипсового камня и физико-механические свойства гипсобетона.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ РАЗРАБОТАННОЙ ТЕХНОЛОГИИ.,

4.1. Производственная проверка исследований.Д*

4.2. Технологическая схема производства.П

4.3. Технико-экономическое обоснование производства.

Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 гг. и на период до 1990 года предусматривается увеличение выпуска эффективных строительных материалов, обеспечивающих снижение трудоемкости и стоимости строительства, уменьшение массы зданий и сооружений, повышение их теплозащитных свойств, повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов. ( I ).

Значительный резерв в решении поставленных задач - расширение производства и внедрение-в строительство индустриальных изделий и конструкций на основе гипсовых вяжущих материалов. В современном строительстве среди неорганических вяжущих гипсовые вяжущие занимают довольно скромное место - после цемента и извести.

Однако в последнее время благодаря простоте технологии, пониженным тепло- и энергозатратам и другим преимуществам их значимость возрасла, и сейчас они завоевывают все большую популярность в строительстве. Изделия, выпускаемые на основе гипсовых вяжущих, по сравнению с другими стеновыми изделиями отличаются гигиенич-,ностью, сравнительно небольшой средней плотностью, огнестойкостью, архитектурной выразительностью, высокими технико-экономическими показателями и небольшими топливно-энергетическими затратами.

В данной работе с той или иной степенью детализации исследована возможность получения легкого гипсобетона на полистироле.

Из обширных работ по производству легкого гипсобетона (8, 9, 12) хорошо известно, что вода затворения ухудшает основные свойства изделий, образуя развитую сеть капиллярных пор, ослабляющих рабочее сечение изделия и вызывающих концентрацию напряжений в отдельных микрообъемах материала. Поэтому снижение количества воды затворения весьма важно для получения изделий с максимальной прочностью.

- 5

Сейчас эту задачу предполагается решить в двух аспектах: I/ сохранить заданную подвижность /удобоукладываемость/ смеси при одновременном снижении влажности в результате введения пластификаторов. Однако существенно снизить рабочую влажность не удается;

2/ использовать такую технологию, которая позволяет применять массы менее пластичной консистенции, что возможно при работе со смесями с низкой влажностью. В настоящее время получают гипсовые смеси такой консистенции, но нет еще технологии для их переработки.

Целью диссертации является создание энергосберегающей технологии легкого гипсобетона с улучшенными физико-техническими свойствами и ускоренной сушкой. Автор защищает:

- теоретические предпосылки и результаты исследований возможности разработки технологии гипсобетона на полистироле путем снижения влагосодержания смеси на этапе формгования, \ сокращения сроков сушки бетона;

- результаты экспериментальных исследований по определению реологических свойств формовочных масс;

- обоснование метода теплосилового воздействия при электропрогреве самоуплотняющихся масс;

- физическую сущность уплотнения масс на полистироле при фильтрации формовочной влаги под ; ".^действием избыточного давления, развиваемого самоуплотняющимися массами в замкнутом перфорированном объеме;

- результаты выявления рациональных режимов электропрогрева и комплексного изучения технологических параметров изготовления гипсобетона;

- принципиальную технологическую возможность создания слоистого гипсополистиролбетона типа "СЭНДВИЧ";

- созданную математическую модель механизма уплотнения и фильтрационного влагопереноса при самоуплотнении масс при различных энергоносителях и методах воздействия на смесь;

- технологическую особенность повышения прочности гипсобетона на растяжение путем армирования волокнами минеральной ваты;

- практические рекомендации по организации производства гипсопо-листиролбетона и технико-экономическое обоснование технологии.

Научная новизна работы. Предложена гипотеза о возможности получения гипсополистиролбетона по энергосберегающей технологии, согласно которой теплосиловое воздействие, развиваемое в замкнутом перфорированном объеме при прогреве самоуплотняющихся масс доведет количество воды затворения в системе механическим отжа-тием до значений, близких к теоретически необходимым для гидратации вяжущего, создав более прочную структуру гипсового камня и ускорив сужу бетона.

Исследованы физические явления, протекающие в свещеуложенной самоуплотняющейся массе при ее форсированном разогреве в жестких перфорированных формах.

Предложена модель механизма фильтрационного влагопереноса и уплотнения при электропрогреве самоуплотняющихся масс.

Сформулирован ряд положений и дана микрокартина движения жидкости при сферически-радиальном и одностороннем отводе влаги из формы.

Впервые решена задача о влагопереносе сквозь пористые тела в ходе непрерывного изменения усилий давления и изменения пористости системы.

Исследована возможность получения слоистого гипсобетона типа "СЭНДВИЧ".

Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность обжатия армирующего элемента гипсовой матрицей.

Практическое значение работы. Впервые в отечественной и зарубежной практике разработан энергосберегающий способ получения легкого гипсобетона повышенной прочности путем теплосилового воздействия на гипсовое вяжущее, развиваемое при электропрогреве самоуплотняющихся масс на полистироле.

Создана математическая 'копия" фильтрационного влагопереноса, позволяющая проводить диалог с нею, получая строгие и относительно полные ответы.

Рекомендуемые технологические параметры производства гипсобетона (влажность, составы, тактика электропрогрева, режимы под-вспенивания полистирола и другие) дадут возможность готовить бетон высокого качества и с малыми энергозатратами.

Способ даст возможность получать слоистые бетоны и бетоны с повышенной прочностью на растяжение, так необходимые строительству.

Опытно-промышленное опробование технологии выявила возможность получения значительного экономического эффекта. Расчетный экономический эффект при выпуске гипсополистиролбетона по предлагаемой технологии в объеме 100 тыс. м2 в год взамен перегородочных гипсоперлитовых изделий составит 349 500 рублей.

Теоретические и экспериментальные разработки осуществлялись в МИСИ им. В.В. Куйбышева, ВНИИСтройполимер, МИНХ и ГП им. И.М. Губкина и других организациях. Опытно-промышленное опробование происходило на Московском заводе "Стройдеталь-3" Главмосремонта.

Диссертация изложена на 103 страницах машинописного текста, содержит 31 рисунок, 14 таблиц, состоит из 4-х глав, выводов, списка литературы из 80 источников, приложений.

Результаты выполненных исследований защищены 3 авторскими свидетельствами СССР, освещены в статье и доложены на научно-теоретической конференции МИСИ им. В.В. Куйбышева.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Созданы теоретические основы получения гипсобетона на полистироле, согласно которым теплосиловое воздействие, развиваемое в замкнутом перфорированном объеме при самоуплотнении масс позволяет механическим отжатием удалить избыточную воду затворе-ния до значений, близких к теоретически необходимым для гидратации вяжущего.

2. Исследованы физические явления, протекающие в свежеуло-женной самоуплотняющейся массе при ее форсированном разогреве в жестких перфорированных формах.

3. Выяснен механизм фильтрационного влагопереноса при электропрогреве, возникающий в результате избыточного внутреннего давления в замкнутом перфорированном объеме.

4. Разработана модель, выражающая в математической форме закономерности уплотнения и фильтрационного влагопереноса в зависимости от различных ситуаций подведения тепловой энергии к самоуплотняющимся массам.

5. Установлено, что возникающий в процессе теплосилового воздействия фильтрационный влагоперенос за счет избыточного давления от вспенивания полистирола является доминирующим в общем потоке влаги и подавляет все другие виды влагопереноса.

6. Смесь на полистироле имеет верхние пределы содержания воды затворения 45-53% при достаточной подвижности и сохранении связности. Снижение водосодержания смеси за счет отжатия воды должно происходить на завершающей стадии формования, когда она свою роль регулятора подвижности смеси выполнила.

7. Установлен оптимальный коэффищ?е1??0$?^Шз); увеличение коэффициента ведет к падению прочности гипсобетона, уменьшение удлиняет процесс самоуплотнения.

8. Оптимальное время подвспенивания полистирола в кипящей воде - 10 минут. При меньшем времени подвспенивания происходит снижение прочности гипсобетона из-за чрезмерного обезвоживания масс.

9. Длительность электропрогрева смеси до полного вспенивания полистирола составляет 20-25 минут, активное водоотделение начинается через 10-12 минут после включения формы в сеть. После окончания самоуплотнения гипсобетона его необходимо выдержать в форме в течение 20 минут.

10. Удаление из смеси излишков воды в процессе формования резко сокращает в 14 раз) продолжительность последующей сушки и экономит 4 500 кдж на I кг испаренной влаги.

11. Изучена возможность и получен слоистый гипсобетон типа "СЭНДВИЧ" с прочностью при сжатии 1,0-3,0 МПа, имеющий прочные наружные слои, хорошо работающие совместно с малопрочным средним слоем за счет взаимного проникновения разнородных материалов друг в друга.

12. Выявлена технологическая возможность повышения прочности гипсобетона на изгиб путем армирования его минеральными волокнами. Установлено, что волокна при самоуплотнении масс подвергаются обжатию матрицей с усилием 0,1-0,2 МПа, ведущей к повышению сил сцепления волокна с гипсовым камнем и росту прочности материала на изгиб в 2 раза. Оптимальное содержание минерального волокна 2-3%.

13. Исследовано влияние теплосилового воздействия на структуру гипсобетона методом электронной микроскопии и ДТА. Установлено:.

- самоуплотн^е с сильным обезвоживанием масс разко снижает t степень гидратации гипсового вяжущего;

- в зоне контакта гипсового вяжущего с гранулами полистирола наблюдается уплотнение структуры материала и мембран.

14. Проверка выводов и рекомендаций лабораторных исследований была осуществлена в производственных условиях завода "Строй-деталь-3" Главмосремонта. Выпущено 14 м2 изделий со средней плотностью 650 кг/м3.

15. Обоснована экономическая целесообразность технологии, '

Расчетный экономический эффект при производстве гипсобетона на полистироле взамен гипсоперлитовых при производстве 100 тис.м2 в год составит 349 500 рублей.

16. Перспектива работы заключается в создании слоистых конструкций и переходе на прогрев самоуплотняющихся масс токами высокой частоты, что позволит создать короткую поточную технологическую линию.

1. Постановление ХХУ1 съезда КПСС по проекту ЦК КПСС "Основные направления экономического и социального развития СССР на 1981 - 1985 годы и на период до 1990 года", 2 марта 1981г. В кн. ; Материалы ХХУ1 съезда КПСС. - М, 1981. - 223 с.

2. Абрамов B.C., Данилов И.Н., Красновский В.М. Электротермообработка бетона. М.: МИСИ, 1975. - 167 с.

3. Альтщуль А.Д. Местные гидравлические сопротивления при движении вязких жидкостей. М.: Гостоптехиздат, 1962. - 235 с.

4. Будников П.П. Гипс, его исследование и применение. М.: Стройиздат, 1943. - 123 с.

5. Базаров И.П. Термодинамика. М.: Гос. изд-во физ-мат. литературы, 1962. - 292 с.

6. Вегенер Р.В. Электропрогрев бетонных и железобетонных конструкций. М.-Л.: Гос. изд. лит. по строит, и архит., 1953.143 с.

7. Гендин В.Я. Электропрогрев в производстве сборных железобетонных изделий и блоков. М.: Гос. изд-во лит. по строит., архит. и строит, мат-лам, 1961. - 196 с.

8. Гипс. /Под общей ред. В.Б.Ратинова/. М.: Стройиздат, 1981.223 с.

9. Волженский А.В., Ферронская А.В. Гипсовые вяжущие и изделия.-М., Стройиздат, 1974. с. 31.

10. Горшков B.C., Тимашев В.В. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. М.: Гос. изд. Высшая школа, 1963. -286 с.

11. Гершберг О.А. Технология бетонных и железобетонных изделий.-М.: Стройиздат, 1971. 359 с.

12. Каменецкий В.Г. и др. Получение высокопрочного гипсового камня. В сб.: Проблемы тепло- и массообмена. Шнек, 1977.175 с.

13. Ковригин А.И. Архитектурно-строительная акустика. М.: Стройиздат, 1980. - III с.

14. Мак И.Л., Ратинов Б.Б., Силенок С.Г. Производство гипса и гипсовых изделий. М.: Стройиздат, 1961. - с. 28.

15. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1977. - 440 с.

16. Скрамтаев Б.Г. Крупнопористый бетон и его применение в строительстве. М.: Госстройиздат, 1955. - 145 с.

17. Павлов Б.А. Пенополистирол. М.: Химия, 1973. - 239 с.

18. Полак А.Ф. Твердение мономинеральных вяжущих. М.: Стройиздат, 1966. - 123 с.

19. Чарный И.А. Подземная гидрогазодинамика. М.: Гостоптех-издат, 1963. - 396 с.

20. Безверхий А.А., Дуболазов Н.М. Гипсозолобетонные перегородки жилых и общественных зданий. Сб. науч. тр. /СибЗНИИЭН/. Новосибирск, 1981. с. 63-70.

21. Воробьев Х.С. Состояние и перспективы развития производства и применения в строительстве гипсовых материалов, изделийи конструкций. Строительные материалы, 1980§ № 2, с. 7.

22. Гендин Б.Я. Применение электропрогрева при производстве теплоизоляционных изделий из ячеистых бетонов. В журн.: Новая техника монтажных и специальных работ в строительстве. -М., 1959, № 9, с. 13 15.

23. Гусейнова Р.П. Безобжиговые облицовочные гипсовые плиты. -Строительные материалы, 1976, № II, с. 12.

24. Данилов Б.И., Меркин А.П. Одностадийная технология фосфо-гипсовых изделий. Строительные материалы, 1975, № 5, с.14.

25. Гипсовые изделия для перегородок в СССР и за рубежом. Промышленность автоклавных материалов и местных вяжущих. -ВНИИЭСМ, сер. 8, вып. 2, 1981, с 16 18.

26. Каменский В.Г., Ляшкевич И.М., Раптунович Г.С. и др. Получение высокопрочного гипсового камня. В сб.: Массотепло-перенос при получении высокопрочных строительных материалов. - Уфа, 1978. - с. 10 - 12.

27. Константинов В.В. Исследование процессов взаимодействия полуводного гипса с водой под микроскопом. В журн.: Известия АН Казахской ССР. Серия Горного дела. - Алма-Ата, 1954. - с. 112.

28. Костюк В.В., Шевченко В.Н., Шульман Г.М. Перегородочные плиты из газогипса. Строительные материалы, 1975, № I, с. 8.

29. Курбатов И.С. Электропрогрев железобетонных изделии на полигонах. В журн.: Производственный бюллетено Куйбышев-гидростроя. - Куйбышев, 1958, № 9, - с. 3 - 5.

30. Меркин А.П., Румянцев Б.М., Кобидзе Т.Е. Облегченный пеногипс основа для отделочных и звукопоглощающих теплоизоляционных изделий. - Строительные материалы, 1980, № 2, с.9.

31. Петров В.М., Казаулина Т.С. Гипсозолобетон и его особенности. Сборник научных трудов Калининского политехнического института, Калинин, 1981, с. 5.

32. Промышленность автоклавных материалов и местных вяжущих. -ВНИИЭСМ, сер. 8, вып. 2, 1982, с 9 10.

33. Разработка технологии производства теплоизоляционных плит с применением отходов химических заводов. Научно-технический отчет НИИСтромпроект, 1978, 45 с.

34. Раптунович Г.С., Устимович А.Б., Пилецкий В.И. и Ляшкевич И.М. Формирование структуры гипсового камня и связь его с прочностью. В кн.: Строительные конструкции и материалы. Защита от коррозии. - Уфа, 1980. - с 35 - 38.

35. Сегалова Е.Е., Ребиндер П.А. Современные физико-химические представления о процессах твердения- вяжущих веществ. Строительные материалы. I960, № I, с. II.

36. Смирнова К.А. Исследования процессов рекристаллизации в пористом поликристаллическом гипсовом камне. В сб: Закономерности процессов образования и разрушения дисперсных материалов. - М., 1978. - с. 5-12.

37. Фельдман Я.Г. Термообработка железобетонных изделий с применением полиамидного покрытия. В журн.: Новая техникаи передовой опыт в строительстве. М., 1958, № 10. - с.6-8.

38. Sv^^Tt.My'u.nv^m J}.^ fbjdtfiFE. ОСшъи-с^ mjtfixxL tk, jvtMLuetiiHb J IbLu^mM

39. Jfa jd^tuUiQibOjt %тм£ d Gorrtho^JLcwL LioMumM СоммЛя; ЧЗ^^ог.Ъ^ьЛЩ.41. 11АК,УЬО £ jfytfr (ШЬМСГП /о(ШАЛ. 'jffUdJL^mrt- ^пФхмМштА- . 19Я0, vol. n;J/?¥, /ь. 383-383.

40. JJjbwiSc K.LB . -Mzin, mit &гишг<хлсЬ/с

41. UUuxmsutenvtnM*^ BtwypuHxJk . viujiat, сЩ

42. Вершинин Ю.Н. 0 влиянии низкочастотных электрических полей на процесс структурообразования при твердении строительного гипса. Дис. канд.тех.наук.-Новосибирск, 1962. - 187 с.

43. Матросович А.И. Гипсовые строительные изделия из горячих смесей. Дис. канд.тех.наук. - М., 1968, - 178 с.

44. Меркин А.П. Научные и практические основы улучшения структуры и свойств поризованных бетонов. Дис. канд. тех. наук. - М., 1973. - 290 с.

45. Сокова С.Д. Бесшамотные теплоизоляционные огнеупоры из са1. Л моуплотняющихся масс /технология и свойства/. Дис. канд. тех. наук. - М., 1982, - 196 с.

46. Стоклоса Ежи. Исследование образования гипсового камня и его свойств. Дис канд.тех.наук - М., 1958. - 185 с.48.* А.С. Лэ 72170 /СССР/. Смесь для изготовления легкого бетона. /Н.Н.Знаменский опубл. в 1948/.

47. А.С. Я 65909 /СССР/. Способ получения литых гипсовых изделий высокой прочности. П.С. Философов опубл. в 1962/.

48. А.С. № 49S445 /СССР/. Шихта для приготовления газогипса. /Б.С. Канюченко, А.Г.Демиденко и др. опубл. в Б.И.,1975, № 44/.

49. А.С. № 346267 /СССР/. Строительный раствор. /Гордиенко П.К., Меркин А.П. и др. опубл. в Б.К., 1970, № 16/.

50. А.С. Я 502853, /СССР/. Способ изготовления гипсовых изделий. К.С. Кутателадзе, И.А.Гусейнова опубл. в Б.И.,1976, Я 6/.

51. А.С. № 586143 /СССР/. Способ производства строительных изделий. /В.В.Нестеренко и др. опубл. в Б.И., 1977, № 48/.

52. А.С. Я 655672 /СССР/. Сырьевая смесь для изготовления газогипса. /А.И.Золотарев и др. опубл. в Б.И., 1979, Я 13/.

53. А.С. Я 857044 /СССР/. Композиция для изготовления газогипса. /М.Т.Ларионов и Е.А.Филастова. опубл. в Б.И., 1981, Я 31/.

54. А.С. Я 906961 /СССР/. Способ изготовления пористых гипсовых изделий. /Б.И.Корнеев и др. опубл. в Б.И., 1982, Я7/.

55. А.С. № 923996 /СССР/. Способ изготовления гипсовых изделий. /Э.П.Гельбарт, С.А.Торчинская и др. опубл. в Б.К., 1982, № 16/.

56. Патент Австрии В 270483, 1975.

57. Патент Англии 1482636, 1973.60. Патент ГДР № 52096, 1967.

58. Патент ГДР J6 43320', 1972.

59. Патент Польши, № 46419, 1970.

60. Патент Польши, № 52856, 1974.

61. Патент Франции, № I33I980, 1964.

62. Патент Франции Агз 1494267, 1968.

63. Заявка Франции № 2486928, 1982.

64. Патент ФРГ № 1300459, 1982.

65. Заявка ФРГ J& 3I2I256. Строительные плиты из гипса, изготовленные по методу закатки. Опубл. в Б.И. 1982, № 27.

66. Патент США J* 3809566, 1972.

67. Патент Японии № 48-8638, 1976.

68. Патент Японии JS 48-17531, 1978.

69. Патент Японии № 53-22521, 1979.

70. Патент Японии № 55-4710, 1980.

71. Патент Японии J6 55-27815, 1980.

72. Патент Японии № 55-28785, 1980.

73. Заявка Японии .,"56-92149, 1981.

74. Заявка Японии № 56-120563, 1981.

75. Заявка Японии №. 56-160360, 1981.

76. Заявка Японии № 57-22182, 1982.

77. Инструкция по определению экономической эффективности использования в строительстве новой техники, изобретении и рационализаторских предложении. Утверждена постановлением Гос. Комитета СССР по делам строительства от 13 дек. 1978 г.,

78. СН 509-78, М.: Стройиздат, 1979. - 65 с.