автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Технология и свойства пористого заполнителя на основе кремнистых пород для производства эффективной стеновой керамики

На правах рукописи

Козлов Григорий Александрович

ТЕХНОЛОГИЯ И СВОЙСТВА ПОРИСТОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ НА ОСНОВЕ КРЕМНИСТЫХ ПОРОД ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭФФЕКТИВНОЙ СТЕНОВОИКЕРАМИКИ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону - 2015

005561347

005561347

Работа выполнена на кафедре «Строительные материалы» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ростовский государственный строительный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Котляр Владимир Дмитриевич

Официальные оппоненты: Гурьева Виктория Александровна,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», зав. кафедрой «Технология строительного производства»

Столбоушкин Андрей Юрьевич,

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет», доц. кафедры «Строительные технологии и материалы»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государ-

ственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова»

Защита состоится 27 февраля 2015 в 12— часов на заседании диссертационного совета Д 212.207.02 при Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, РГСУ, главный корпус, ауд. 1025.

Тел/факс. (863)201-90-57. e-mail: dis_sovet_rgsu@maiI.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Ростовского государственного строительного университета (www.rgsu.ru)

Автореферат разослан «27» января 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

А.В. Налимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Необходимость снижения теплопроводности, а следовательно и средней плотности стеновых материалов и изделий подчёркивается в работах всех ведущих специалистов в области строительного материаловедения, что связано с необходимостью сокращения затрат на отопление зданий и сооружений в процессе их эксплуатации. В соответствии с ГОСТ 5302012 к эффективной стеновой керамике относятся изделия со средней плотностью менее 1200 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности не более 0,36 Вт/(м • °С). Получение эффективных в теплотехническом отношении керамических изделий достигается как за счет создания пустот в объеме изделия, так и за счет увеличения пористости керамического черепка, что может быть обеспечено введением пористого компонента и, что с нашей точки зрения, является наиболее рациональным способом достижения данной цели. Детальный многофакторный анализ показал, что применение пористого заполнителя из ячеистых стекол на основе кремнистых пород упростит производство эффективных изделий стеновой керамики, расширит их номенклатуру, снизит себестоимость продукции и позволит вовлечь в производство местные сырьевые ресурсы. Кремнистые породы имеют достаточно широкое распространение в природе, а их химический и вещественный состав делают их прекрасным сырьем для производства пористого заполнителя требуемого качества, который может использоваться не только для производства стеновой керамики, но и для других направлений в стройиндустрии. Поэтому исследования, направленные на разработку энергоэффективных технологий получения сферического пористого заполнителя с заданными свойствами из кремнистых пород Юга России являются весьма актуальными и позволят организовать широкий спектр производства эффективных стеновых материалов.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом НИР РГСУ по теме «Разработка теоретических и практических основ получения стеновой керамики на основе кремнистых опал-кристобалитовых пород», в соответствии с программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма «Архитектура и строительство», в рамках инициативных НИР и хозяйственных договоров с предприятиями стройиндустрии и проектными организациями.

Целью работы является разработка составов и технологии производства сферического пористо-пустотелого заполнителя на основе кремнистых опал-кристобалитовых пород юга России для производства эффективных изделий стеновой керамики.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- определить наиболее рациональную структуру и строение высокоэффективных изделий стеновой керамики с учетом эксплуатационных и производственных факторов;

- обосновать возможность использования кремнистых опаловых пород для получения обводненных силикат-натриевых композиций, пригодных для производства пористого заполнителя методом вспучивания;

- комплексно изучить и проанализировать физико-химические процессы, происходящие при гидротермальной щелочной обработке опалового кремнезема и других минералов кремнистых пород, а так же механизм формирования пористо-пустотелой структуры сферических гранул при термической обработке обводненного опалового кремнезема кремнистых пород в аэрационных установках;

- исследовать рецептурно-технологические факторы, обеспечивающие формирование необходимой пористо-пустотелой структуры заполнителя;

- комплексно оценить физико-механические характеристики сферического пористого заполнителя, разработать на него технические условия и технологию производства;

- разработать общие принципы технологической схемы производства высокоэффективных изделий стеновой керамики с использованием сферического пористого заполнителя и определить технико-экономическую эффективность разработанных решений.

Научная новизна работы.

1. Определены основные рецептурно-технологические факторы получения силикат-натриевых композиций посредством гидротермальной обработки кремнистых пород, характеризующиеся силикатным модулем 1,68-2,70, способных к вспучиванию при низкотемпературном воздействии.

2. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден механизм

формирования двухуровневой комбинированной пористо-пустотелой структуры заполнителя сферической формы с широким диапазоном размера частиц, получаемого в процессе аэрационного распыления силикат-натриевых композиций.

3. Разработана методика подбора сырьевых масс и технологических параметров для получения пористо-пустотелого сферического заполнителя с заданными свойствами, основанные на взаимозависимости основных рецептурно-производственных факторов.

4. Изучены особенности физико-химических процессов, происходящих при подготовке силикат-натриевых композиций и их термообработке при различных технологических параметрах, влияющие на качественные характеристики пористо-пустотелого сферического заполнителя.

5. Установлены основные закономерности и рецептурно-технологические факторы получения изделий стеновой керамики с заданными свойствами с использованием полученного заполнителя и процесс формирования комбинированной пористой структуры керамического черепка.

Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов и выводов обеспечена обоснованным комплексом стандартных методик с использованием сертифицированного и поверенного оборудования, применением математических методов планирования экспериментов, опытно-промышленными испытаниями и результатами практического внедрения.

Практическая значимость.

1. Разработана технология и определены рациональные параметры производства пористо-пустотелого заполнителя, удовлетворяющего требованиям нормативных документов и современного рынка строительных материалов, посредством аэрационного распыления силикат-натриевых композиций, получаемых низкотемпературным выщелачиванием кремнистых пород юга России с последующим низкотемпературным вспучиванием.

2. Разработана ресурсосберегающая технология производства эффективных и высокоэффективных изделий стеновой керамики на основе полученного из кремнистых пород пористо-пустотелого сферического заполнителя, удовлетворяющая возросшим требованиям по энергоэффективности.

3. Реализация полученных разработок позволит значительно улучшить

качество строительства и обеспечит регион стеновыми изделиями высокой эффективности, что существенно сократит затраты на отопление зданий.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при чтении курсов лекций и проведении лабораторных и практических занятий по дисциплинам «Строительные материалы», «Материаловедение», «Технология керамики», «Проектирование предприятий» и др. Также материалы диссертационной работы используются при выполнении курсовых и дипломных работ.

Реализация результатов работы. В настоящее время проведена апробация предложенной технологии производства пористого заполнителя в условиях ООО «КЕСМО». Изготовлена и прошла лабораторные испытания опытно-промышленная партия продукции, подтвердившая эффективность использования разработанного сферического пористого заполнителя в производстве облегченных стеновых керамических изделий. Проведена предпроектная подготовка для проектирования и строительства цехов по производству пористо-пустотелого заполнителя на кирпичных заводах в г. Новочеркасске (ООО «Тан-дем-ВП») и г. Новошахтинске (ООО «КЕСМО»). Проведены опытно-промышленные испытания, подтверждающие полученные теоретические и практические результаты. Разработаны и зарегистрированы в Госстандарте России ТУ 5712-001-44855174-2009 Технические условия «Песок и гравий вспученные из кремнистого сырья. Технические условия».

На защиту выносятся:

— установленные химико-физические закономерности процесса образования силикат-натриевых композиций при низкотемпературном выщелачивании кремнистых пород;

— экспериментальные данные и технологические особенности получения в аэрационных установках пористо-пустотелых сферических гранул при термической обработке в силикат-натриевых композиций;

— технологическая схема производства пористо-пустотелого сферического заполнителя;

— установленные основные закономерности формирования комбинированной пористо-пустотелой структуры заполнителя, получаемого в процессе низкотемпературной обработки силикат-натриевых композиций;

- технологические основы получения эффективных изделий стеновой керамики с использованием полученного пористо-пустотелого силикатного легкого заполнителя с возможностью максимального применения отечественного оборудования;

- установленные закономерности влияния рецептурно-технологических факторов на основные свойства эффективной стеновой строительной керамики с использованием полученного пористо-пустотелого силикатного легкого заполнителя;

- результаты практической реализации разработанной технологии изготовления эффективной стеновой керамики с использованием пористого заполнителя.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня: МНПК «Строительство», (Ростов н/Д, 2007-2013 гг.); II Международный студенческий форум «Образование наука производство», (Белгород: 2004 г.) и др.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, в том числе в журналах рекомендуемых ВАК «Строительные материалы», «Известия вузов. Строительство», «Научное обозрение». Получен патент на изобретение РФ № 2360878.

Личный вклад автора. Представленные в диссертационной работе теоретические и практические результаты получены лично автором, при непосредственном участии в экспериментах и апробации результатов исследований. Автору во всех работах, опубликованных в соавторстве, принадлежат сформулированные теоретические положения и выводы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 157 источников, и приложений. Работа изложена на 157 страницах, содержит 34 таблицы и 37 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование выбора темы, актуальности работы, сформулирована цель диссертационной работы и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе проведен анализ возможностей получения эффективной стеновой керамики и состояния рынка пористых заполнителей и его потребности. В работах У.Д. Кингери, П.П. Будникова, Г.И. Горчакова, И.А. Рыбьева, В.И. Соломатина и других, сформулировано положение, что для создания искусственного материала с заранее заданными физическими свойствами требуется дифференцированное изучение свойств составляющих его компонентов на интегрированном уровне и направленное влияние на их взаимодействие. С этих позиций наиболее рациональной структурой будет обладать керамический пористо-пустотелый композит на основе дисперсного стекловидного заполнителя с гладкой внутренней и наружной поверхностью и закрытой пористостью, представляющего фактически сферическую пору малых размеров с плотной и водонепроницаемой оболочкой, окруженной керамической либо иной матрицей (рис. 1).

В результате анализа способов получения пористых заполнителей наиболее перспективной признана технология термического вспучивания силикат-натриевых композиций. Данный способ, кроме снижения плотности зернистого материала за счет максимальной пориза-ции структуры твердой фазы оболочки, позволяет формировать пустотелое ядро заполнителя. Изучение сырьевой базы показало, что наиболее перспективным сырьем для получения таких силикат-натриевых композиций являются кремнистые породы, представленные диатомитами, опоками и трепелами. Именно по этой причине данное сырье подверглось наиболее широкому и всестороннему исследованию.

Во второй главе приведены общие сведения о кремнистых породах России, представлена характеристика сырьевых компонентов и описаны методы исследований.

Проведенный анализ кремнистых пород свидетельствует о том, что территория Южного федерального округа обладает значительными запасами опок, трепелов и диатомитов. Оценка их химико-минералогических и физических

Рис. 1. Сферический заполнитель в общей структуре материала

свойств показывает на возможность использования их в различных отраслях народного хозяйства.

В работе использовались различные кремнистые породы, но базовым сырьем по ряду признаков принят трепел Успенского месторождения Ростовской области. Горнотехнические условия месторождения благоприятны для промышленной разработки. Физико-механические свойства трепела: средняя плотность от 0,82 до 1,185 г/см3, истинная плотность от 2,44 до 2,48 г/см3, прочность от 0,87 до 1,83 МПа, карьерная влажность от 12,8 до 18 %. Химический и вещественный состав трепела позволяют отнести его к классическим чистым разновидностям кремнистых пород (таблица 1).

Таблица 1- Усредненный химический состав трепела

БЮз а1203 ТЮ2 ре203 общ. N320 к20 п.п.п. б03 общ. СаО р2о5

84,48 5,74 0,41 2,49 0,46 1,09 3,07 0,33 1,08 0,315 0,022

При проведении исследований были использованы стандартные методы и методики исследований, а также современные приборы и оборудование, прошедшие государственную поверку в установленном порядке и удовлетворяющие требованиям действующих стандартов.

Для оптимизации рецептурно-технологических параметров получения эффективной керамики использовались методы математического планирования эксперимента.

В третьей главе приведены результаты исследований по получению пористо-пустотелого сферического заполнителя из щелочных силикатов, полученных путем гидротермального выщелачивания кремнистых пород, основном на взаимодействии аморфного кремнезема кремнистых пород с раствором щелочи по реакции:

2ЫаОН + п-БЮг = Ыа20 • пБЮ, + Н20 (1)

Установлено, что осуществление помола трепела в растворе щелочи позволяет сократить сроки его измельчения. Определено, что через 2 часа интенсивный прирост удельной поверхности практически прекращается и дальнейшее продолжение процесса измельчения не целесообразно (таблица 2).

Таблица 2 — Изменение удельной поверхности

Условия измельчения Удельная поверхность, см2/г, по истечению времени помола, час.

0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 8,0

Сухой помол 1655 2815 4160 4965 5268 5398 5511 5604

В растворе едкого натра 3455 4785 5618 6540 6839 6924 7212 7310

Последующая тепловая обработка получаемых суспензий в водяной бане при температуре 95-100 °С при атмосферном давлении позволила получать композиции с силикатным модулем от 1,68 до 2,7 (рис. 2).

-Соотношение трепел/щелочь 4Л

-Соотношение трепел/щелочь 4/2

-Соотношение трепел/щелоч 4/3

2 3 4 5 8

Продолжительность взркк,ч!с

Рис. 2. Зависимость силикатного модуля от продолжительности термообработки композиций с различным соотношением трепел / щелочь от 4/1 до 4/3

Изучение рентгенофазового состава сухого остатка суспензии, полученной после гидротермальной обработке трепела Успенского месторождения в насыщенном растворе едкого натра показало, что основная масса его представлена рентгеноаморфным силикатом натрия, о чем свидетельствует широкое гало в области углов от 18 до 40° (рис. 3). Таким образом, экспериментально показано, что опаловые породы являются прекрасным легкодоступным сырьём для получения силикат-натриевых композиций, что позволяет удешевить технологию производства силикатных стекол для производства пористых материалов на их основе.

Получение заполнителя шарообразной формы достигается в процессе распыления силикат-натриевой композиции в термокамере. Для предотвращения налипания на стенки термокамеры и слипания в комки образующиеся гранулы перед вспучиванием обрабатывают раствором модифицирующей добавки. В результате взаимодействия силикат натриевой композиции с модификатором на поверхности капель образуется плотная оболочка геля, фиксирующая форму частиц.

МеСЬ + Na20 • n-Si02 + x-H20=2NaCl + MeSi03 ■ xH20+(n-l)-Si02 (2) В работах многих исследователей отмечается влияние силикатного модуля композиции на вспучиваемость. Для изучения этого явления силикат-натриевые композиции с силикатным модулем от 1,68 до 2,70, полученные прямым растворением кремнистой породы в растворе щелочи, аэрационным способом гранулировались в среде коагулянта и подвергались вспучиванию при температуре 550 °С. Полученные гранулы разделялись на фракции и подвергались испытаниям (таблица 3).

Таблица 3 - Свойства полученного пористого заполнителя

Силикатиый модуль Размер фракции; мм. Коэффициент вспучивания Насыпная плотность, кг/м3 Прочность, МПа. Водопогло- щение по объему, %

1,68 До 1 2,5 540,9 2,8 20,8

1-3 2,6 347,2 1,2 15,9

3-5 2,9 198,1 0,51 11,4

2,45 До 1 2,6 496,1 3,2 17,0

1-3 2,8 301,9 1.9 11,7

3-5 3,2 185,1 0,69 8,3

2,7 До 1 2,8 451,1 3,8 12,3

1-3 3,0 258,6 2,4 8,12

3-5 3,5 172,0 0,88 6,0

Полученные данные свидетельствуют, что увеличение силикатного модуля сопровождается повышением коэффициента вспучивания, при этом снижа-

Углы 26

Рис. 3. Дифрактограмма сухого остатка, полученного после выщелачивания трепела

ется насыпная плотность получаемого заполнителя, что объясняется более активным выделением связанной воды в силикат натриевой композиции. Наименьшая плотность 172 кг/м3 получена у гранул размером 3-5 мм из силикат натриевой композиции с модулем 2,7. Для полученного заполнителя характерно сферическое пористо-пустотелое строение гранул.

Изучение влияния температуры вспучивания на качество заполнителя показало, что гранулы, полученные при температуре всучивания 300 °С, характеризуется шарообразной формой с равномерной ячеистой структурой (рис. 4а). Основной размер пор составляет 0,2-0,5 мм при небольшом количеством пор размером до 1,0 мм. Увеличение температуры вспучивания приводит к появлению большого количества жидкой фазы, что сопровождается объединением пор. Поверхностное натяжение образующейся жидкой фазы стягивает зерна и приводит к образованию более правильной сферической формы зерен, при этом происходит уменьшение доли мелких пор в оболочке, происходит уплотнение ее структуры. При дальнейшем слиянии мелких пор происходит уплотнение оболочки зерен и образование «корочки», что сопровождается увеличением насыпной плотности и прочности заполнителя (рис. 4).

а б в

Рис. 4. Поровая структура гранул заполнителя: а - равномерно-ячеистая структура гранул на основе композиций с силикатным модулем 2,7 полученных при I - 300 С; б — пористо-пустотелая структура гранул на основе композиций с силикатным модулем 2,7 полученных при I -500 С; в - оплавленная структура гранул на основе композиций с силикатным модулем 2,7 полученных при I -600 °С

Изучение фазовых изменений, произошедших при получении пористого заполнителя показало, что преобладающей является аморфная стекловатая фаза силкат-натриевого состава, об этом свидетельствует широкое гало в области углов от 18 до 40° (рис. 5). Однако сохраняются содержащиеся в трепеле кварц,

кальцит и кристобалит. Из новообразований четко диагностируется натролит -КазО • АЬОз ■ 38102' 2Н20, которого становится заметно больше в заполнителе, и близкий к нему силикат натрия (2,82 А). Комбинированная стекловато-кристаллическая микроструктура обеспечивает высокие механические характеристики материала. Кроме того, снижение интенсивности и главных пиков кварца и кристобалита (4,06 и 3,34 А) свидетельствует о том, что при увеличении температуры вспучивания увеличивается количество стеклофазы и опап-кристаболит и кварц частично переходят в расплав.

Изучение физико-

механических свойств и структурно-фазового состава заполнителя, полученного в процессе вспучивания силикат натриевых композиций, изготовленных из кремнистых пород Ростовской области показало соответствие их свойств требованиям действующих нормативных документов, предъявляемым к луч-

Рис. 5. Рентгенограмма пористого заполни- шим разновидностям искус-теля вспученного при температура 500 °С ственных заполнителей.

В четвертой главе представлены результаты исследований влияния ре-цептурно-технологических факторов на структуру и свойства эффективной стеновой керамики на основе керамических масс, содержащих полученный пористый заполнитель. Производство стеновых керамических изделий может производиться по различным технологиям, но без приложения больших давлений при формовании изделий. Это может быть и формование экструзионным способом, и компрессионное формование с малым приложением нагрузки, и вибропрессование которое мы и использовали. Последнее позволяет также формовать крупноразмерные изделия без использования сложного дорогостоящего оборудования и является перспективным.

Проектирование составов формовочных масс осуществлялось с использо-

ванием методов математического планирования эксперимента, при этом изучалось влияние фракционного состава пористого компонента (X, - коэффициент сбега), формовочной влажности смеси (Х2, %) и давления формования (Х3, г/см2) на структурную прочность сырца (R^p), прочность изделий (R^) и среднюю плотность (рср) при стабилизированных других факторах в каждой серии экспериментов. Обжиг образцов производили в лабораторных печах при температуре 1000 °С по скоростному режиму, принятому в технологии керамики (3540 часов).

Таблица 4 - Результаты эксперимента

Номер опыта Уровни факторов варьирования Усредненные значения результатов

в натуральных величинах испытаний

X, Х2 Х3 Ro-p, МПа Ксж, МПа рс„, кг/м-*

1 1,6 24 500 1,87 10,45 780

2 1,6 24 100 1,28 7,35 745

3 1,6 12 300 1,50 3,80 796

4 0,6 24 300 1,31 5,15 742

5 0,8 12 100 0,47 1,40 680

6 0,8 12 300 0,81 2,55 720

7 0,8 24 100 1,03 2,70 705

8 1,6 12 100 0,99 2,00 686

9 1,6 18 200 1,65 6,25 765

10 0,8 18 200 1,16 2,15 735

11 1,2 24 200 1,51 5,65 770

12 1,2 12 200 0,73 2,55 732

13 1,2 18 300 1,66 4,92 762

14 1,2 18 100 1,05 2,27 719

15 1,2 18 200 1,50 3,96 752

В процессе математической обработки результатов экспериментов с использованием программы МаШСАЕ) были получены уравнения регрессии, адекватно описывающие взаимосвязь между исследуемыми свойствами и исходными факторами варьирования, позволяющие получать графическую интерпретацию результатов эксперимента в виде изоповерхностей. Общий анализ изоповерхностей (рис. 5) говорит о том, что изучаемые факторы оказывают нелинейный характер влияния на изучаемые свойства. Например, основное влияние на структурную прочность сырца оказывает формовочная влажность. Экстремальное значение = 2,1 МПа достигаются при значении формовочной влажности 19-21 %. Повышение удельного давления прессования, приводит к

росту Ястр, но при нагрузках более 300 г/см2 осложняется работа оборудования и происходит дробление заполнителя. К незначительному увеличению прочности сырца приводит увеличение значения коэффициента сбега пористого компонента.

Рис. 5. Зависимость структурной прочности свежеотформованного сырца от значения коэффициенте сбега заполнителя (Х1) и величины формовочной влажности (Х2) в %, при значении удельного давления прессования Хз= 10 МПа

Анализ показал, что увеличение влажности и удельного давления формования сопровождается увеличением плотности керамического черепка (рис. 6). Изменение коэффициента сбега заполнителя приводит к незначительным, в пределах одной марки по плотности, изменениям. По степени влияния варьируемых факторов на среднюю плотность их можно ранжировать следующим образом: Хз - удельное давление формования > Х2- формовочная влажность > Х| - коэффициент сбега.

Анализируя закономерности изменения прочности керамического черепка (рис. 6) можно отметить, что по мере увеличения значения факторов Х3 (формовочная влажность) и Х2 (удельное давление формования) происходит увеличение прочности при сжатии керамического черепка, в то же время фактор X) (коэффициент сбега) практически не влияет на эти изменения. По степени своего влияния их можно расположить в следующем порядке: формовочная влажность Х2 > удельное давление прессования Х3 > коэффициент сбега Х[.

а б

Рис. 6. Зависимость средней плотности (а) и прочности при сжатии керамического черепка (б) от формовочной влажности и давления прессования

Рациональным диапазоном изменения технологических факторов для получения эффективной керамики являются: формовочная влажность от 16 до 22 %, давление формования от 200 до 300 г/см2, коэффициент сбега от 1,2 до 1,6. Из составов формовочных масс, обеспечивающих получение керамических изделий с марками по прочности М35-100, были изготовлены опытно-промышленные образцы на производственной базе ООО «Кесмо» при температуре обжига 1000 °С. Полученные изделия имели плотность 600-800 кг/м3, прочностью при сжатии 3,5-11,9 МПа, теплопроводностью 0,118-0,181 Вт/м ■ °С и морозостойкостью 25 циклов.

В пятой главе представлены основные положения разработанной технологии производства эффективной керамики и сферического пористого заполнителя на основе силикат-натриевых композиций, характеризующаяся относительной простотой и низкими энергозатратами. Результаты научных исследований позволили предложить ряд технических решений, с учетом которых были разработаны технические условия и рекомендации по производству сферического пористого заполнителя. Промышленная апробация технологии на базе ООО «Кесмо» подтвердила достоверность полученных выводов и заключений. Из полученного сферического пористого заполнителя изготовлены рядовые стеновые изделия с применением местного традиционного глинистого сырья.

Оценку экономической эффективности внедрения разработанной технологии проводили путем сравнения основных технико-экономических показателей предлагаемого варианта и технологической линии с аналогичными продук-

тами строительного комплекса. Расчетная себестоимость 1 м3 полученного пористого заполнителя составляет 2085 руб./м3, что позиционирует его как конкурентоспособный материал для производства эффективной стеновой керамики.

Расчетная себестоимость 1 шт. высокоэффективного керамического камня КМ-р 250 х 120 х 140/2,1НФ/100/ 0,8/25/ГОСТ 530-2012 с применением данного сферического заполнителя составила 11,64 руб.

Полученные результаты исследований показывают, что разработанная технология производства пористого заполнителя и отличается высокой степенью коммерциализации и позволяет получать из легкодоступных, широко распространенных кремнистых пород и глинистого сырья высокоэффективные стеновые керамические материалы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено положение рабочей гипотезы о возможности получения пористо-пустотелого заполнителя сферической формы с насыпной плотностью от 180 до 600 кг/м3 и прочностью до 3,8 МПа для производства эффективных стеновых керамических материалов посредством аэрационного вспучивания силикат-натриевых композиций с силикатным модулем от 1,68 до 2,70, полученных низкотемпературной гидротермальной обработкой кремнистых пород раствором едкого натра.

2. Развиты научные представления и выявлены основные закономерности влияния основных рецептурно-технологических факторов на процесс получения пористо-пустотелого заполнителя с широким диапазоном свойств методом аэрационного распыления силикат-натриевых композиций в среде хлористого кальция и последующего низкотемпературного вспучивания при температурах от 300 до 600 °С, что позволило заложить основы технологического управления процессом.

4. Изучены физико-механические свойства и структурно-фазовый состав заполнителя, полученного в процессе вспучивания силикат-натриевых композиций, изготовленных из кремнистых пород юга России, характеризующийся плотностью от 180 до 600 кг/м3 и прочностью от 0,51 до 3,8 МПа, что согласуется с требованиями действующих нормативных документов на искусственные пористые заполнители и дает основания для его использования в различных

направлениях стройиндустрии.

5. Разработана технология производства сферического заполнителя и проведена опытно-промышленная апробация, на основании которых разработан «Технологический регламент по изготовлению пористых сферических гранул из кремнистых пород юга России», являющийся основой для проектирования предприятий.

6. Впервые установлено влияние основных закономерностей и рецептур-но-технологических факторов на процесс формирования комбинированной пористой структуры керамического черепка и получения изделий стеновой керамики заданными свойствами с использованием полученного заполнителя различного фракционного состава (от 0-1 мм до 0-5 мм) в количестве от 10 до 70 %.

7. Экспериментально доказана возможность применения полученного пористого заполнителя в производстве высокоэффективных изделий стеновой керамики обладающих прочностью при сжатии до 11,9 МПа, прочностью при изгибе до 2,4 МПа, средней плотностью 600-1000 кг/м3, теплопроводностью 0,110,25 Вт/м • °С и морозостойкостью 25-50 циклов.

Положения диссертации отражены в следующих основных работах:

- 5 в ведущих научных журналах рекомендуемых ВАК

1. Козлов Г.А. Особенности получения эффективного пористого заполнителя на основе кремнистых пород Ростовской области / Котляр В.Д., Козлов A.B. // Строительные материалы. - 2009. - № 6. - С. 88-89.

2. Козлов Г.А. К вопросу о получении щелочных силикатов из опал-кристобалитовых кремнистых пород для производства пористых заполнителей // Известия вузов. Строительство. - 2009. - № 11-12,- С. 20-24.

3. Козлов Г.А. Гранулированный высокопористый материал на основе кремнистых пород Ростовской области // Научное обозрение. - 2012. - № 6. - С. 128-131.

4. Козлов Г.А. Кремнистые породы нижнего Дона и перспективные пути их использования в производстве строительных материалов / Котляр В.Д., Тал-па Б.В., Белодедов A.A. // Научная мысль Кавказа. - 2004. -№ 6. - С. 97-104.

5. Козлов Г.А. Высокоэффективная стеновая керамика на основе пористо-

пустотелого силикатного заполнителя / Котляр В.Д., Котляр A.B. // Научное обозрение - 2014. - №10 ч.2 - С. 392-396.

— в 1 в патенте РФ на изобретение

5. Патент на изобретение № 2360878 (RU). Способ изготовления гранулированного заполнителя для теплоизоляционного материала / Г.А. Козлов, В.Д. Котляр и др. - Опубл. 10.07.2007, Бюл. № 19.

- материалы конференций и другие издания

6. Козлов Г.А. Сырьевая база кремнистых пород Ростовской области и

перспективные пути использования в производстве строительных материалов / Котляр В.Д. // Межкафедральный сборник научных трудов «Железобетон, строительные материалы и технологии в третьем тысячелетии» — Ростов-н/Д: РГСУ. -2003 г.-С. 84-85.

7. Козлов Г.А. Исследование опал-кристаболитовых пород Ростовской области для производства лицевого кирпича / Котляр В.Д. // II Международный студенческий форум «Образование наука производство». — Белгород: БГТУ. — 2004 г. - С. 145.

8. Козлов Г.А. Крупноразмерные стеновые керамические изделия высокой эффективности с использованием силикат-натриевого заполнителя // Материалы МНПК «Строительство - 2013». - Ростов-н/Д.: РГСУ, 2013. - С. 60-62.

9. Козлов Г.А. Фазовые преобразования при термообработке кремнистых пород /Котляр В.Д., Иванюта Г.В. // Известия РГСУ- Ростов-н/Д.: РГСУ. -2005.-С. 88-90.

10. Козлов Г.А. К вопросу о тепловой изоляции ограждающих конструкций // Материалы МНПК «Строительство — 2007». — Ростов-н/Д.: РГСУ. — 2007. -С. 112-114.

11. Козлов Г.А. Влияние температурной обработки на свойства пористого заполнителя // Материалы МНПК «Строительство — 2008» Ростов-н/Д.: РГСУ. — 2008. - С. 69-70.

12. Козлов Г.А. Влияние концентрации щелочного реагента на свойства пористого заполнителя // Материалы юбилейной МНПК «Строительство-2009» Ростов-на-Дону.: РГСУ. - 2009. - С. 23-24.

Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Формат 60x84/16. Объем 1,0 уч.-изд.-л. Заказ № 3672. Тираж 120 экз. Отпечатано в КМЦ «КОПИЦЕНТР» 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Суворова, 19, тел. 247-34-88