автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Технология получения дисперсно-армированного цементного камня путем формирования структуры под воздействием магнитных полей

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО ^ СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

^ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

х' ТАШКЕНТСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукопиеи

ЮЛЧИЕВ РАВШАН АБДУАХАТОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНО-АРМИРОВАННОГО ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ ПУТЕМ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Специальность 05.17.11 — Технология силикатных и

тугоплавких неметаллических материалов

АВТОРЕФЕРАТ

д!гссертацни на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент — 1998

с

Работа выполнена в конструкторско-тгхническом отделе «Разработка и внедрение новых изделий» НПО «Тгрх» к на кафедре «Технология силикатных веществ» Ташкентского химико-техноло-гы-ч»ского института.

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор И СМ ATO В А. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор НВДЕЛЬМАН Б. И,

Доктор технических наук, профессор БОТВИНАЛ. М.

Ведущая организация: Институт химии Академии наук -Республики Узбекистан, г. Ташкент.

Защита состоится „ JPX&f> WA 1QQK г r чяспв

на заседании специализированного Совета Д. 067.24.01 в Ташкент-еком химико-технологическом институте по адресу: 700029, Ташкент, ул. Узбекистанская, 15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ташкентского химико-технолотического института по адресу:

Ташкент, ул. X. Абдуллаева, 41.

Автореферат разослан

rna^^ //U^ 1998 г.

Ученый секретарь впециализированного совета Д.067.24.01. /¡L^ffÁ. д.т.н. ИСКАНДАРОВА М.

ОКЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важнейшей проблемой в решении народно- хозяйственных задач, связанных с ресурсосбережением и экологией природы, является производство эффективных строительных материалов, изделий и конструкций с широким использованием техногенных продуктов промышленности и нетрадиционных источников энергии.

Одним из приоритетных направлений по выполнению указанных задач является разработка технологии получения дисперсно-армированного цементного камня пут-м формирования структуры под воздействием магнитного поля.

Как известно, цементный камень представляет собой гетерогенный многофазный материал, содержащий природные кварцеподобные, заполнители, сцементированные продуктами гидратации минералов портландцемента. Одновременно его следут рассматривать как сложный композиционный материал, чувствительный к изменению окружающей среды, условиям эксплуатации и времени твердения. Дисперсно-армированные композиционные материалы на основе цемента получают путем равномерногораспределения волокнистой арматуры в смеси. Они обладают повышенной прочностью на удар, изгиб, растяжение и тре-щиностойкость.

Принципы построения композиционного материала с дисперсной арматурой предусматривают возможность придания произвольной и направленной ориентации дисперсной фазы. Следует отметить, что направленная^ ориентация реализует более полное и эффективное использование свойств^армирующих волокон и приводит к снижению материалоемкости конструкций за счет снижения их массы и трудоемкости Производства,а также стоимости, достигающей за счет частичного или полного исключения традиционных арматурных сеток и каркасов, весьма трудо-и энергоемких операций изготовления сеток для армирования железобетонных изделий и конструкций путем введения иглообразных отходов металлообработки в качестве дисперсной арматуры непосредственно в бетоносмеситель.

Исследуемый в диссертационной работе способ магнитного воздействия на направленное структурообразование система '"матрица-волокно" обеспечивает повышение эффективности применения дисперсного армирования цементных композитов.

Сопоставление различных методов магнитного воздействия, в свою очередь, позволил целенаправленно изучить вопросы выбора технологии производства композитов с заданными свойства}«! и структуры твердеющей цементной системы для определения характеристик строительных материалов, конструкций и сооружений. Из из-

ложенного следует вывод об актуальности данной работы. '

Целью работы является разработка эффективной технологии про изводства дисперсно-армированных композитов, полученных на основ цементно-песчанной системы и отходов металлообрабатывающей промышленности под воздействием магнитных полей и рационального под бора технологического оборудования, исследование строительно-технических свойств получаемых композиционных материалов на основ! цементного камня.

В соответствии с поставленной целью сформулированы следующ» задачи:

- изучение влияния магнитных полей на фазовый состав ] структуру цементного камня;

- изучение физико-механических свойств дисперсно-армирован ного цементного композита;

- обоснование эффективного способа магнитного воздействия Н1 структурообразование и гидратацию цементного камня;

- разработка оптимальных технологических параметров изготовления дисперсно-армированного цементного композита;

- определение механизма и кинетики формирования структур] дисперсно-армированного цементного композита под воздействие! магнитного поля с целью разработки практических путей повышени: прочности и долговечности изделий; .

- математическое планирование экспериментов;

- практическая реализация результатов исследований.

Объекты исследований. Для реализации'изложенных выше целей 1

задач объектами исследований выбраны:

- портландцемент ПО "Ахангаранцемент" марки "400";

- отходы металлообрабатывающей промышленности в виде иглообразных стружек соотношением 1/6 - 50 и длиной 25-35 мм;

- дисперсно-армированные композиты на основе портландцемент, и песка под воздействием однородного и неоднородного магнитны полей.

Научная новизна. Впервые проведены сопоставительные исследо вания структур не армированных и дисперсно-армированных цементны композитов с 5 процентной дисперсной арматурой (стружкой фрезеро вания), полученных под воздействием однородного и неоднородное магнитных полей с напряженностью 750 и 5000 эрстед, соответствен но. Установлено существенное различие влияния магнитных полей н структуру композитов, используемых с целью направленного ртрукту рообразования. ^

Комплексным исследованием распределения свальных волокон по 5ъему композита и пор по размерам в диапозоне 1СГ4 до Ю-8 см, зловий развития и формирования структур новообразований в за-исимости от времени"твердения композитов (.1 сут- 5 лет) и харак-ера магнитных полей выявлены преимущества однородного магнитного эля над неоднородным. При воздействии однородного магнитного поя происходит равномерное распределение волокон, создаются усло-ия развития благоприятной структуры и пористости, обеспечивающие омпозиту высокую долговечность и прочность.

Уточнены данные по воздействию магнитных полей на фазовый остав цементного камня, на аномальность дифракционных максимумов а(ОН)2 - 0,490 нм к 0,263 нм, которая при армировании и воз-ейстЕии однородного магнитного поля к 2 годам твердейия компози-з составляет цифру II, что свидетельствует о значительном внед-ении ионов 51, А1, Ре в структуру портландита. Отмечено образо-ание кристаллогидратов при твердении цементного композита, полу-енного как под воздействием однородных и неоднородных магнитных слей, так и без воздействия последних. В результате выявлено лиянпе размеров форм, величины и ориентации кристаллогидратов, исперсной арматуры на структурно-прочностные характеристики ком-озитов.

Определено, что по совершенности структуры и показателю ;рочности изученные составы распологаются в следующий ряд: неар-1ированкый цементный .композит < хаотичное армирование < армирование под воздействием неоднородного магнитного поля < ар-шрование под воздействием однородного магнитного поля.

Сформулированы основные требования к выбору технологии про-!зв0дства дисперсно-армированных композитов путем формирования структуры под воздействием магнитных полей.

Методом планирования экстремальных экспериментов выявлены зависимости прочностных показателей композитов от напряженностей '.агнитных полей, водоцементного отношения и содержания металли-¡еской стружки. Выявлены расчетные значения пределов прочности на 1згиб и сжатие рассматриваемых композитов, их соответствие экспериментальным данным к адекватность предложенных моделей.

Практическая ценность работы. Результаты исследований показали, что существует различие во влиянии однородного и неоднород-юго воздействий магнитных полей на структурообразование армированных цементных композитов.

Изложенная методика выбора технологии получения дисперс-

но-армированного цементного камня путем формирования структур] под влиянием магнитных полей позволяет снизить издержки производства рациональным и эффективным подбором технологического оборудования.

Углубление практического познания особенностей формирована структуры дисперсно-армированных композитов при воздействии магнитных полей способствует прогнозированию основных свойств получаемых на их основе строительных материалов, конструкций и изделий.

С учетом изложеннего выше, на основе портландцемента П( "Ахангаранцемент" М-400, природного песка и стружки фрезерована НПО "Тарх" и "Ташсельмаш" разработаны составы смеси и технологи! изготовления дисперсно-армированного цементного камня повышенно! прочности. Полученные материалы отличаются устойчивостью к износ} и удару в случае применения неоднородного магнитного поля и высокой прочностью на сжатие при воздействии к исходной смеси однородного магнитного поля.

Показана возможность применения полученных материалов, ш основе дисперсно-армированного цементного камня в качестве основь для производства весьма ответственных конструкций и изделий.

Данные испытаний рекомендуемой технологии на ряде предприятий республики позволили разработать технологические параметрь получения высокопрочных дисперсно-армированных изделий в промышленных условиях.

Результаты исследований и последующих апробаций послужат основой для организации производства строительных материалов с применением отходов металлообработки, снизить энергетические i материальные затраты на их производство и, соответственно, улучшить качество выпускаемой продукции.

Реализация работы. На Китабской фабрике товаров народного потребления и Наманганском АО "Олмос" Госкорпорации "Махаллий са-ноат" проведены работы по бетонированию настила пола в производственных цехах из разработанного состава цементного композита, дисперсно-армированного 5 % -ными отходами металлообработки npi кратковременном воздействии магнитного поля. На Жаркурганском заводе ЖБИ Сурхандарьинского облводхоза выпущены плиты-перекрытш теплотрасс П-15-8. Экономический эффект от применения предлагаемой разработки на указанных предприятиях, соответственно, составил 50-55 сум на 1 м2 покрытия и I изделие типа П-15-8 - 298 сум.

Апробация работы. Результаты работы докладывали на:

1 Международной научно-текнической конференции "Снижение ма-■ериалоемкости продукции стройиндустрии"."г.Ташкент, 1992 г.

Межреспубликанской научно-технической конференции "Интенси-¡икация процессов химической и пищевой технологии "Процессы-93", '.Ташкент, 1993 г.

Республиканской научно-технической конференции "Марказий )сие тазофат (регион)ларида саноатнинг янги йуналишга утиш шарои-'ида кувватлар, хом-ашё ва материаллардан фойдаланишнинг илгор 'ехнологияси ва ишлаб чикариш самарадорлиги", г.Ташкент, 1994 г.

Ежегодных научно-теоретических и технических конференциях Фофесеорско-преподавательского состава, аспирантов, научных сот-зуд ников и студентов ТашХТИ, г.Ташкент, 1993-1997 гг.

Публикации. По результатам работы опубликовано 15 научных забот, в том числе 7 статей и 8 тезисов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав., обсуждения результатов, основных выводов, списка 1спользэванной литературы и приложений. Содержание работы изложено на 153 страниц машинописного текста (без приложения 146 страниц) , содержит 25 рисунков и 17 таблиц. Список литературы включает 135 наименований отечественной и зарубежной литературы.

СОДЕКШЙЕ РАБОТЫ

Введение содержит общую характеристику работы, обосновывается актуальность проблемы, а также даются научная новизна и практическая значимость выполненных исследований.

Литературный обзор включает исследования структурообразова-•зия в цементных системах, особенности формирования структуры дисперсно-армированного цементных композитов, применение магнитных полей для улучшения их сеойсте.'

Обобщая литературные данные в виде выводов в главе сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

Исходные материалы и метода исследований. Сырьем для проведения экспериментов служили: портландцемент ПО "Ахзнгаранце-'иект" М-400, отходы металлообработки в виде иглообразных стружек г!П0 "Тарх" и кварцевый песок.

С целью определения фазового состава исходных материалов, продуктов твердения композитов, а также выявления влияния однородного и неоднородного магнитных полей на структуру и формирование их, применяли рентгенографический, электронно-микроскопи-

ческий и другие методы физико-химического анализа.

Рентгенографические исследования проводили на дифрактометр ДР0Н-2 и ДРОН-4 с медным излучением и никелевым фильтром. Обра ботку полученных данных производили на ПЭВМ "Искра-1030", входя щих^в комплект рентгеновской установки ДРОН-4.

Электронно-микроскопические исследования выполняли на элект ронном микроскопе ГШ-100 методом одно- и двухступенчатых плати но-угольных реплик.

Поровую структуру затвердевшего композита изучали на пороме ре серии 200 фирмы "Carlo Erbe Strumentazione" (Италия) методо! ртутной порометрии.

Физико-механические свойства дисперсно-армированных композитов (прочность при изгибе и сжатии, истираемость) определяли согласно существующих ГОСТов.

Магнитные поля направленного структурообразования в композитах создавали с помощью электромагнитных установок замкнутого i открытого типа. Питание электромагнитов осуществляли от сети напряжением 220 вольт.

Для армирования композитов использовали иглообразные отходы-стружки фрезерования длиной 20-35 мм и сечением не более 2 мм. Состав композита оставался постоянным и состоял из Ц:П-1:3 при В/Д = 0,45. В экспериментах использован нормальный Вольский песок, отвечающий требованиям ГОСТ 6139-78. Содержание волокна -5 % по массе. Волокна вводили в сухую смесь во время перемешивания.

Изготовление и условие твердения соответствуют ГОСТ 310.1-76, 310.3-76 и 310.4-81 "Цементы. Методы испытаний":

ВОЗДЕЙСТВИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ПРОЧНОСТЬ даСПЕРСНО-APi'SiPOBAHHOrO ЦЕМЕНТНОГО КАМНЯ

Фазовый состав цементного камня. Цементные камни являются весьма сложными объектами исследования. Основными трудностями в исследовании являются тонкодисперсность и полиминеральность состава исходного материала и продуктов гидратации цементов. Идентифи-ации рентгенограмм продуктов гидратации в соответствии с литературными данными, показывает наличие гидрооксида кальция (d 0,490; 0,311; 0,263 и 0,182 нм), кальцита (d 0,302; 0,210; 0,191 и 0,187 нм), тоберморита (d 0,358;. 0,271 и 0,182 нм) и эттрингита (d

,387 и 0,212 нм). На всех дифрактограммах наблюдаются линии зарца -составляющего армированный, композит (с! 0,425; 0,334; ,229; 0,197 и 0,154 нм). Появились линии негидратированной части .чнералоЕ портландцемента, например, СоЗ (с! 0,433; 0,301 и 0,207

VI). .

На рентгенограммах, несмотря на накладку линий негидратиро-анной части портландцемента на линию 0,263 нм,интенсивность диф-акционного максимума 0,490 нм больше максимума 0,263 нм. Это 5стоятельство объясняется преимущественным ориентированием ристаллов и увеличением содержания изоморфно входящих элементов структуру портландита.

В работах Л.Г.Шпыновой гидроксид кальция впервые рассмотрен ак твердый раствор прорастания с гидросиликатами кальция. При том, портландит рассматривается как основа для формирования гид-атных соединений, в структуре которых группы (ОН)" изоморфно за-ещены Б1044~ - тетраэдрами. С другой стороны, для портландита арактерны крупные тетраэдрические пустоты, размеры которых 0,173 нм) позволяют свободно внедряться не только За.4+ (ионный адиус 0,039 нм), но и А!^"1, Ре+3 (ионный радиус, соответственно, ,057 и 0,067 нм).

При воздействии магнитного поля на структурообразование * исперсно-армированного цементного композита установлены отличия т литературных данных об изменении соотношения пиков 0,490 нм к ику 0,263 нм. В работах Л.Г.Шпыновой указываются на уменьшение ■ того показателя: 3 в суточном возрасте до 10 лет твердения об-азца в нормальных условиях. По нашим данным, соотношение указан-ых пиков на дифрактограммах образцов, изготовленных под воз-ействием неоднородного магнитного поля составляет 1<00 в суточ-ом возрасте, которая к полутора годам твердения увеличивается до ,99. Конкретные данные об изменениях интенсивностей рассматриваем пиков приведены в табл.1.

При анализе данных дифрактограмм следует обратить внимание а зависимость изменения соотношения пиков 0,490 нм и 0,263 нм от тепени карбонизации образца. Так, величина этого соотношения II 1тмечана при большей карбонизации образца 2 по сравнению образцам I и 3 (рйс.1). О степени карбонизации можно судить по интен-¡ивности пика 0,302 нм, относящегося к СаСОз.

. . - -......- -----

Таблица I

Кинетика изменения соотношений пиков 0,490 нм и 0,263 нм портландита

П-1-—-1-

I I 1 Коэффицент

Возраст образ-| Интенсивность | Интенсивность | соотношения

цов, сутки ! пика 0,490 нм | пика 0,263 нм | пика 0,490 нм

! в мм ! в мм | к пику 0,263 нм -1_1_1___

1 42 42 1,00

7 46 40 1,15

£8 67 58 1,16

548 32 11 2,99

Рис.1, фрагменты дифрактогракм гидратированных образцов,

изготовленнных в условиях: I - без воздействия магнитных полей; 2 - под воздействием однородного магнитного поля; 3 - под воздействием неоднородного магнитного поля.

Микроструктура твардещай скстеыи. Электронно-микроскопические исследования микроструктуры цементного камня, полученного по общепринятой методике и под воздействием однородного и неоднородного магнитных полей проводили на электронном микроскопе ПШ-100, которые показали, что структура цементной части композита во всех образцах близка друг-другу. Отличительным является наличие в цементном композите пористости различной величины. Поры с течением

¡ремени заполняются, как и в обычном цементном камне (без воз-(ействия магнитного поля), продуктами новообразованний и портлан-щта.

В образце, армированном стальными волокнами, под воздействием однородного магнитного поля,гидросиликаты кальция представлены гешуйчато-слоистой структурой в суточном возрасте твердения. Образование призматических кристаллов наблюдается в образцах 3-х :уточного возраста. Имеющиеся микропоры в зоне контакта армирую-дей стружки с цементной частью композита заполнены мелкими иголками гидросиликатов кальция. Возможно,что в начальной стадии гид-эатации цемента происходит репликация структуры поверхности ком-повита гидросиликатным гелем.

К 7-ми суткам твердения цементного камня наблюдается неоднородность структуры, которая представлена минералами различной степени гидратации. На образцах видны бугорки роста гидросиликатов кальция, плотная структура клинкерных минералов, вторичные гидросиликаты кальция в виде коротких призматических кристаллов и чушуек размером 0,2-0,5 мкм. Поровое пространство зарастает гидросиликатами кальция войлочной структуры. В образцах не наблюдается образование отчетливых гексагональных пластин кристаллов гидроалюмината кальция.

К 28-ми суткам твердения структурные элементы гидросшшкатов кальция, уплотняясь, теряют направленность. Наблюдается наличие большого количества микропор от овально-элипсоидных форм до сообщающихся между собой.

Микроструктура цементного камня, армированного под воздействием неоднородного магнитного поля в суточном возрасте состоит из бугорков роста, кристаллов чешуйчатой и короткостолбчатой формы. В образцах 3-х суточного возраста чешуйки,гидросиликата кальция заполняют трещины в зоне Контакта гидросиликатного геля и зерен кварца. Часть поверхности минералов клинкера покрыта бугорками роста.

В отличие от образцов, армированных в однородном магнитном поле к 7-ми суткам твердения наблюдается хаотичное скопление кристаллов гидроалюмината и гидроалюмоферрита кальция. Гидросиликатная часть цементного камня довольно плотная.

Отмечается также наличие большого количества микро- и макро-пор в образцах 28-ми суточного возраста. Поровое пространство заполнено новообразованиями сетчатой структуры и гидросиликатным гелем. Наблюдается некоторая ориентация структурных элементов,

возможно в направлении параллельно силовым линиям магнитного пс ля.

Все микропоры с течением времени зарастают продуктами гидра тации цемента. Так, поры и трещины в образцах 5-ти летнего воз раста зарастают пластинчатыми кристаллами портландита и гидроси ликатов кальция различной плотности.

Макроструктура дисперсно-армированного цементного ка:лш. Це ментные композиты, армированные стальными волокнами, представляю собой камневидный материал с конгломератным характером строении обусловленным составом, включающим цементную составляющую, заполнитель и волокнистую арматуру. Взаимодействие составных компонентов и определяет макроструктуру композита.

Макроструктура цементного образца на уровне "цементный камень - стальное волокно" зависит во многом от характеристик армирующего волокна, в частности, от поверхности и габаритных размеров стружек фрезерования, отличающиеся обильно-развитой поверхностью, благодаря чему обеспечиваются хорошее сцепление с цементным раствором и, как следствие, высокие физико-механические характеристики композита. Стружки фрезерования довольно плотно прилегают к зернам заполнителя и продуктам гидратации. На поверхности стружек отсутствует следы коррозии (рис.2).

Контактная зона цементного камня со стальными волокнами сос^ тоит из отдельных блок-агрегатов и параллельно ориентированных слоев чешуйчатых поликристаллов. Ориентация слоев и их размеры ограничиваются наличием верен заполнителя. Параллельно сросшиеся пластинки содержат гидросиликат, гидроалюминат, гидроферрит кальция и гидрооксид кальция. В некоторых случаях наблюдается наличие пакетов гидросиликата кальция.

Наблюдения при изготовлении и испытании образцов на прочность показали различие макроструктуры композита при воздействии однородного и неоднородного магнитных полей. При воздействии однородного магнитного поля и вибрации волокнистая арматура распределена по сечению образца равномерно, а при воздействии неоднородного поля - наблюдается увеличение концентрации армирующих волокон на поверхностном слое. Такие изменения в структуре образцов объясняются различием механизма ориентации стальных волокон под воздействием магнитного поля: если однородное магнитное поле ориентирует стальные волокна вращением вокруг геометрической оси, то неоднородное - увлечением за убывающим магнитным полем с большой неоднородностью.

л л • " XI "

Структура цементного камня б контактной зоне с заполнителем [редставлена сросшимися кристаллами новообразований, появившихся ia поверхностью кварцевого песка при гидратации цемента. Взаимо-;ействие происходит за счет химических сил. Контактная зона обыч-[о отличается более плотной структурой, чем основная струкура новообразований. На формирование структуры контактной зоны влияет :пецифическая поверхность кварца и минералов, родственных по сво-■й природе гидратным новообразованиям. Ни поверхности кварцевого :еска наряду с кристаллами новообразований появляются некоторые :оличества пор за счет взаимодействия воды затворения в процессе ■идратации минералов цемента.

. Воздействие магнитных полей на поровую структуру цементного ■амия. Исследованием поровой структуры дисперсно-армированных :омпозитов методом ртутной порометрии установлено преобладание :ор с эффективным радиусом 3,75 - 7,5 •1СГ 6 см.

j W } Й/ • *

f М ,■ ^ V ) ■ <* • „ ■ ° , о „

Рис.2. .Макроструктура дисперсно-армированного цементного композита

Полученные данные подтвердили заключение ранее проведенных сследований о повышении количества макропор при армировании це-ентной смеси стальными волокнами. Установлено, увеличение коли-ества пор с эффективным радиусом 10~4 см до 13,3 % против 2,8 % еармированного образца. Общий объем пор в образце увеличивается ри этом на 3,1 %.

При армировании образцов под воздействием однородного маг-итного поля отмечается резкое снижение количества макропор, что оставляет по отношен™ к хаотично армированному 12,5 X и неарми-зЕанному 2 %. Одновременно отмечается увеличение количества мик-опор с эффективным радиусом 10~7 см на 2,1 % по сравнению с не-рмированным и уменьшение на 2,6 % общего объема пор в образце.

Армирование под воздействием неоднородного магнитного пол приводит к увеличению количества макропор по сравнению с армиро ванием под воздействием однородного магнитного поля (3,8 % проти 0,8%). Однако, разница в' содержании макропор в сравнении с неар мированным образцом (2,8%) составляет 1% , тогда как по сравнени с хаотично армированным образцом она меньше на 9,5%. Общее коли чество пор на 0,7% меньше контрольного образца. Характеристик распределения пор по размерам приведена в табл.2.

Таблица 2

Характеристика пористости образцов

Условия изготовле-|Распределение пор по размерам! Общий объем

ния образцов |--1-*-}-1 пор в образ-

!10-4см|10"~5см|10~бсм|10~7см \ цах, см3/г

J_!_I_I_I_I

Неармированный 2,8 20,3 66,1 10,8 0,0613

Армированный без магнитного поля 13,3 ' 14,5 62,7 9,5 0,0632

Армированный под однородным магнитным полем 0,8 25,5 60,8 12,9 0,0597

Армированный под неоднородным магнитным полем 3,8 20, В 63,7 11,7 0,0609

Сравнивая воздействие прилагаемых магнитных полей на струр турообравование армированного цементного композита, следует отие тить эффективность армирования под воздействием однородного маг нитного поля. Совмещение вибрации и однородного магнитного пы приводит к созданию необходимой пористой структуры, обеспечивак щей армированному композиту высокие прочностные и эксплуатации ные свойства.

Прочность композита, дксперсно-армированного под воздейстаг ем магнитные полей. Предпочтение армирования под воздействием 0}

эродного поля установлено результатами определения прочности об-азцов (табл.3). Из приведенных данных видно, что прочность при згибе к 28-ми суткам составила 8,6 МПа.против 6,1 МПа неармиро-анного образца. Максимальный прирост прочности при сжатии 35,8% т прочности контрольного образца достигается также при армиро-ании в однородном магнитном поле.

Таким образом, основные недостатки цементного композита-низ-зя прочность при растяжении изгибе,могут быть устранены в зна-ительной степени путем дисперсного армирования цементного компо-ита под воздействием однородного магнитного поля.

Стойкость композитов пршпз кстаранкя. Проведенные сравни-эльные исследования по истираемости цементных композитов, арми-эванных под воздействием однородного и неоднородного магнитных элей и без них, а также неарамированных образцов показали, что

Таблица 3

Показатели прочности дисперсно-армированных цементных композитов

Прочность образца (МПа) в возрасте, сутки при

Условия изготовления образцов

изгибе

сжатии

3 | 28 | 3 | 28

еармированный

3,9 6,1 22,4 42,9

рмированный без згнитного поля

4,1 6,6 22,7 47,6

рмированныи под инородным магнитим полем

5,5 8,6 24,8 58,3

рмировакшй под »однородным маг-итным полем

5,2 8,5 24,2 56,7

армирование стальными стружками «фрезерования повышает износостойкость композита во всех случаях (табл.4). При хаотичном армировании износостойкость повышается до 1,88 раза по сравнению с контрольным образцом, истираемость которого составляет 0,58 г/см2.

Истираемость образца, армированного в однородном магнитном поле, составляет 0,40 г/см2, что в 1,43 раза меньше неармирован-ного. Этот показатель может быть снижен при армировании в неоднородном магнитном поле до 0,38 г/см2, что на 53 % меньше неармиро-ванного образца.

Реальное повышение износостойкости материала в неоднородном магнитном поле вероятно связано с ориентацией и концентрацией стальных волокон в поверхностном слое. Отсюда следует, что для повышения износостойкости конструкций, работающих под интенсивной истирающей нагрузкой, армирование стальными волокнами следует проводить под воздействием неоднородного магнитного поля с одновременным увеличением срока их службы.

Таблица 4

Стойкость образцов против истирания

---г-,--}-!-1-

Условия изготивле-| Состав | Путь | Площадь | Потерн | Истирания образцов ! компо- | исти- | образца,| массы, | емость, | зита, | рания,| см2 | г ! г/см2 ■ I Ц:П | м | 1 !

_I_I_I__I_1_

Неармированный 1:3 600 49,63 28,9 .0,58

Армированный без

магнитного поля 1:3 600 49,63 22,5 0,45

Армированный под однородным магнитным полем 1:3 600 49,63 19,5 0,40'

Армированный под неоднородны},1 магнитным полем 1:3 600 49,63 . 18,9 0,38

НЕКОТОРОЕ АСПЕКТЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО с ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Статистический метод планирования экстремальных зксперииен-ов и выбор параметров оптимизации. Для выявления оптимальных араметров цементных композитов выбран статистический метод пла-ирования экстремальных экспериментов. В качестве параметров оп-имизации выбраны следующие переменные:Xi - напряженность магниг-ого поля, эрстед; Хг - водоцементное отношение; Хз - содержание еталлической стружки,

Исследовано влияние этих переменных на прочностные показате-и композитов: У1~ прочность на изгиб; Уо- прочность на сжатие бразцов 28-ми суточного хранения при однородном магнитном поле. 1 и Lg - то же при неоднородном магнитном поле.

Для полного факторного эксперимента матрица планирования оставляется ьа основе всех возможных сочетаний уровней для всех акторов.

Расчетные результаты планирования. На основе всех зозможных очетаний уровней рассчитаны матрицы планирования для 3-х фактор-:ого эксперимента и осуществлены проверки адекватности регрессивных уравнений.

Выявлены расчетные значения пределов прочности на изгиб и ¡жатие рассматриваемых композитов, их соответствие эксперимен-альным даннгл и адекватность предложенных моделей.

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изготовление смесей на основе цемента с дисперсной арматурой осуществляли на существующем оборудовании Жаркурганского завода БИ. Технология производства изделий, армированных стальными во-:окнами под воздействием магнитных полей не требует коренной ре-инструкции действующих заводов, т.к. необходимо лишь дополни-'ельное оборудование для дозировки и лодачи стальных волокон в ¡етонссмеситель. Направленное структрообразование в магнитном noie нужно проводить после -укладки и уплотнения смеси в формы изде-:ий.

При выборе магнитной установки обращено внимание на экономность и универсальность рекомендуемого оборудования. В этом епекте вопроса несомненными преимуществами обладают установки, оздающие неоднородное магнитное поле. Следует отметить, что та-

кие факторы,как снятие ограничений в размерах и конфигураций из делий, что немаловажно в плане требований к материалу изготовле ния форм. Учитывая изложенное выше и незначительное ' различие прочностных свойствах композитов, армированных в однородном и не однородном магнитных полях, апробацию проводили с применение магнитной установки "незамкнутого" типа.

Выпуском опытной партии плит-перекрытий тепловых трасс тип П-15-8 из бетонной смеси с максимальной крупностью заполнителя 1 мм, дисперсно-армированной стружками фрезерования, установлен возможность экономии арматурной стали на I единицу изделия в ко личестве 39 кг, что в денежном выражении составит 298,37 сум.

Универсальность применения' установок "незамкнутого" типа по казана и при изготовлении настила пола производственных помещени предприятий Госкорпорации "Махаллий саноат". Площадь,размеро 6x12 м,покрыта бетонным составом с дисперсной арматурой в котло литейном цехе Намангайского АО "Олмос".На Китабской фабрике това ров народного потребления проведены работы по бетонировали участка размером 4,5x20 м. Предварительный расчет экономическо эффективности от проведенных опытных работ на АО "Олмос" состави 50-55 сум на I м2 покрытия.

ВЫВОДЫ

1. Из анализа литературных данных установлена необходимост создания научно обоснованного подхода к выбору технологии произ Еодства дисперсно-армированного цементного композита под воздей ствием магнитных полей.

2. Фазовый состав продуктов твердения композита под воздей ствием однородного и неоднородного магнитных полей, а также бе них показал образование кристаллогидратов различных форм и разме ров. Различие состоит в соотношении дифракционных максимумо: 0,490 нм к 0,263 нм, которое при армировании в однородном магнит ном поле к 2 годам твердения составил II. При этом, воздейсти магнитного поля стимулирует процессы гидратации и приводит к уп рочнению цементного камня.

3. Проведено сопоставление микро- и макроструктур композитов, армированных в однородном и неоднородном магнитных полях Выявлено преимущество армирования в однородном магнитном поле заключающееся в равномерном распределении стальных волокон в объеме композита.

4. Выяснено, что поровая структура расмотренных композитов арактеризуется наличием пор размером 3,75 - 7,5 'Ю-6 см. Арми-эвание под воздействием магнитного поля в любом случае увеличи-1ет количество пор с малым диаметром и уменьшает количество мак-зпор с эффективным радиусом 1СГ4 см. Однако, совмещение вибрации однородного магнитного поля приводит к созданию необходимой по-ютой структуры, обеспечивающей композит высокой долговечностью прочностью.

5. Прочность композита зависит от равномерного распределения эмирующих волокон в объеме композита. Максимальный прирост проч-эсти к 28 суткам твердения при составит 38,5% от неарми-эЕанного_в случае воздейстия неоднородного магнитного поля, а эирост прочности-при изгибе составил до 40%. Дальнейшее повышено прочностных показателей наблюдается при армировании под воз-эйствием однородного магнитного поля. Вероятно, равномерное ^определение волокон и плотная структура цементного композита ?и сочетании вибрации и однородного магнитного поля придают ма-вриалу высокие прочностные свойства.

6. Перераспределение и концентрация армирующих волокон в эрхних слоях космпозита при воздействии неоднородного магнитного эля можно успешно использовать для изготовленя материала со спе-иальными свойствами,- например, с низкой истираемостью. Получений материал характеризуется снижением износостойкости на 53% от-осительно контрольного.

7. Исследованием фазового состава, микроструктуры и прочнос-и дисперсно-армированных композитов выявлен следующий ряд нап-авленного структурообразования в образцах: неармированный це-ентный камень < хаотичное армирование < армирование под воздейс-вием неоднородного магнитного поля < армирование под воздействи-м однородного магнитного поля.

8. Выбор технологии магнитного воздействия не ограничивается овышением механических и эксплуатационных свойств конечного про-укта. Решающую роль в этом аспекте играет экономическая сторона

простота и универсальность установки, возможность обработки из-елий сложных конфигураций и т.д. Поэтому, хотя свойства компози-ов, армированных под воздействием неоднородного магнитного поля ступают однородному, экономическая целесообразность и универ-:альнос.ть первой предопределяет внедрение в практику метода арми-ювания в неоднородном магнитном поле.

9. Методом планирования экстремальных экспериментов выявлены

зависимости прочностных показателей от напряженностей магнитны г>олей, водоцементного отношения и содержания металлической струж ки. Выявлены расчетные значения пределов прочностей на изгиб сжатие рассматриваемых композитов, их соответствие эксперимен талъным данным и адекватность предложенных моделей.

10. Проведена апробация технологии направленного структурооб разования под воздействием магнитного поля на Китабской фабрик товаров народного потребления и Намангзнском АО "Олмос" Госкорпо рации "Махаллий саноат" при изготовле ии настила пола производственного участка, на Жаркурганском ■ аводе ЖБИ Сурхандарьинскоп Облводхоза при производстве плит-перек эытий П-15-8. Экономически] эффект при изготовлении настила пола котлолитейного цеха Наман-ганского АО "Олмос" из бетона, армированного стружками фрезерования составил на 1 м*- покрытия 50-5Ь сум, а при производств« плит-перекрытий П-15-8 на единицу изделия - 298,37 сум. Экономический эффект предусматривает сокращение расхода материалов npi уменьшении толщины изделий и экономию арматурной стали.

11. Практические результаты работы переданы для внедреню Ташкентскому АНПО "Тарх , предприятиям Минводхоза РУз и Госкорпорации "Махаллий саноат". Полученные результаты послужат организации производства эффективных к высокопрочностных композиционны; материалов путем утилизации в производство отходов промышленное!! Республики Узбекистан.

Основные положения диссертационной работы отражены в приведенных ниже 15-ти публикациях.

Статьи:

1. Исматов A.A., Мухамедбаев A.A., Шакиров Ш.Ю., Ханбабае! Э.У., Юлчиев P.A. Экономия энергии в производстве строительны> материалов //Проблемы выработки электрической энергии и вопрось энерготехнологии в машиностроении и других отраслях народного хозяйства Республики Узбекистан: Труды Республиканской научно-технической конференции. 16-17 декабря 1992 г.-Ташкент. - 1992. - С. 414-416.

2. Мухамедбаев A.A., Шакиров Ш.Ю., Исматов A.A., Юлчие!

< P.A., Ханбабаев Э.У. Цементный камень, армированный стальными волокнами и ее структура //Эффективные строительные материалы v

' технологии: Межвузовский сборник научных трудов/ Ташкентский инс-

ггут инженеров железнодородного транспорта.-Ташкент.1993. Вып.1.

68-71'.

3. Исматов A.A., Мухамедбаев A.A., Юлчиев P.A.', Ханбабаев У. Дисперсно-армированные композиты и их применение //Компози-юнные материалы и их применение: Научные труды республиканской аучно-технической конференции "Ташкент-94". - Ташкент. Том I. 394. С. 128-130.

4. Юлчиев P.A., Мухамедбаев A.A., Исматов A.A. Формирование груктурьг цементных композитов // Эффективные строительные мате-лалы и технологии: Межвузовский сборник научных трудов. /Таш-знтский институт инженеров железнодорожного транспорта.-Ташкент. 394. Вып.2. С. 60-64.

5. Исматов A.A., Мухамедбаев A.A., Юлчиев P.A. Технология □лучения дисперсно-армированного цементного камня путем формиро-ания структуры под воздействием магнитных полей -//Кимё,кимёвий ехнология ва экология. Илмий ишлар туплами /Тошкент Давлат тех-ика университета ва Тошкент кимё-технология института.- Тошкент. 995. 116-119 б.

6. Исматов A.A., Мухамедбаев A.A., Юлчиев P.A. Сравнительное редставление о воздействии магнитных полей на прочность, истира-мость и поровую структуру дисперсно-армированных композитов // збекский химический журнал.- 1997. N 1. С. 55-57.

7. Юлчиев P.A., Мухамедбаев A.A., Исматов A.A. О фазовом оставе и микроструктуре дисперсно-армированного цементного камня / Узбекский химический журнал.- 1997. N 2. С. 13-17.

Тезисы докладов и материалы конференций:

8. Мухамедбаев A.A., Исматов A.A., Юлчиев P.A. Строительные инструкции с дисперсным армированием //Снижение материалоемкости |родукции строительной индустрии: Тезисы докладов I Международной 1аучно-технической конференции. 30-31 • октября 1992. Ташкент. .992. С. 41-42.

9. Мухамедбаев A.A., Шакиров Ш.Ю., Юлчиев P.A., Исматов A.A. Технологические особенности производства дисперсно-армированных сомпозитов //Интенсификация процессов химической и пищевой техно-югии "Процессы-93": Тезисы докладов межреспубликанской науч- '

но-технической конференции. - Ташкент. 1993. Часть 2. С. 240. .

10. Юлчиев P.A., Ханбабаев Э.У. Структура цементного кам! дисперсно-армированного под воздействием магнитного поля //На) но-теоретическая и техническая конференция профессоров, препод Еателей,- аспирантов, научных работников и студентов Ташкентскс химико-технологического института: Тезисы докладов. - Ташке!

1993. С.158.

П. Мухамедбаев A.A., Юлчиев P.A., Ханбабаев Э.У. Структуре свойства цементных композитов /'/Научно-теоретическая и техниче кая конференция профессоров, преподавателей, аспирантов, науч* работников и студентов Ташкентского химико-технолигического ж титута: Тезисы докладов. - Ташкент. 1994. С.110.

12. Мухамедбаев A.A., Исматов A.A., Юлчиев P.A., Ханбабг Э.У. Переработка отходов металлообработки с целью создания выс копрочных конструкционных материалов //Марказий Осиё тазофат (р гион) ларида сан.оатнинг янги йуналишга утиш шароитида кувватле хомаше ва материаллардан фойдаланишнинг илгор технологияси ишлаб чикариш самарадорлиги: Республика илмий-техникавий анжум нида килинган маърузаларни баёни. 1994 йил 26 декабрь. - Тошкен

1994. 17 б.

13. Юлчиев P.A., Ханбабаев Э.У. О стойкости композитов прот истирания //' Ташкент кимё-технология институти профессор-укиту чилари, аспирантлари ва илмий ходимларининг илмий-назарий ва те никавий конференцияси: Маърузаларнинг баёнлари. - Тошкент. 199

174 б.

14. Юлчиев P.A. Синчланган цемент композитлар тузилиши урганиш // Тошкент кимё-технология института профессор-укитувч лари, аспирантлари ва илмий ходимларининг илмий-назарий ва техн; кавий конференцияси: Маърузаларнинг баёнлари. - Тошкент. 1991

175 б.

15.* Исматов A.A., Мухамедбаев A.A., Юлчиев P.A. Производств дисперсно-армированных композитов и строительно-декоративных пл: // Тошкент кимё-технология институти профессор-укитувчилари, а< пирантлари, илмий ходимларининг илмий-назарий ва техникавий koi ференцияси: Маърузалар мат«" - Тошкент, 1997. 43 б.

P.A. Юлчиевнинг "Майда синчланган цемент тошини магнит майдоки таъсирида тузилишини шакллантириш йули билан олиш технолпгияси" мавзусидаги номзод-лик диссертациясининг кискача мазмуни

Ушбу ишда майда синчланган цемент тоши тузилишига магни: майдон таъсирини урганиш натижалари келтирилган. Таъсир этувч! магнит майдон сифатида кучланганлиги 750 эрстед булган бир жинсл! ва кучланганлиги 5000 эрстед булган бир жинсли булмаган магни: майдонлари олинган. Утказилган тажрибалар натижасида темир син* толаларга таъсир этаётган бир жинсли ва бир жинсли булмаган майдонлари орасида фарк борлиги курсатиб берилган.

Тажрибалар таркибида цемент ва кум нисбати 1:3, сув ва цемент нисбати 0,45 ва 5% игнасимон темир толали чикиндилари булган цемент тоши устида утказилган. Игнасимон темир толали чикин-диларнинг узунлиги 25-35 мм ва калинлиги 2 ш дан катта булмай юкори даражада ривожланган сатхга эгадир. Бундан ташкари, ула; машинасозлик корхоналарда катта микдорда хосил булади ва арзонд-лиги туфайли толали синч сифатида ишлатилиши максадга мувофикдир Синч толаларнинг композит хажмида таркалганлиги, говаклик-ларнинг улчами буйича таксимланиши ва цемент тошнинг котиш жараё-нида хосил буладиган янги бирикмаларнинг ривожланщш ва шакллани-шини урганш натижасида бир жинсли магнит майдонинг иккинчисида! устунлиги исботланган. Бир жинсли магнит майдони таъсирида теми; толалар композит хажмида бир меъёрда таркатилади, янги бирикмащ ривожланиши ва кичик улчамли говакликларнинг куп микдорда хоси. булиши учун шароит яратилади ва пировард натижада мустахкамлип юкори композит материал олинади. \

Ички тузилишни йуналтиришда магнитмайдонидан фойдалани( майда синчланган цемент композитларни олишнинг асосий технологи! талаблари баён этилган. Бу борада бир жинсли булмаган магнит майдон хосил килувчи мосламаларнинг кулайлик ва афзаллик томонларин] хисобга олиб, саноатда шу турдаги мосламаларни куллаш максадг; мувофиклиги таъкидлаб утилади.

Юкорида кайд этилган технология ва таклифлар Жаркургон те-мир-бетон заводида П-15-8 маркали плиталар олишда, "Махаллий са-ноат" давлат корпорациясининг Намангандаги "Олмос" хиссадорли! жамияти ва Китоб бадий буюмлар фабрикасида шплаб чикариш цехлари-нинг полини коплашда кулланилган.

SINOPSIS

of Yulchiey R.A. thesis on the topik: "Technology of production of fibre-reinforoed cement stone bythe way. of forming of struc ture under the influenceof electromagnetic technical science on the speciality 05.17.11 - Techology of silicate and refractory materials.

The essential distinotion were established in the action of magnetic fields applied with the aim of direct structure forming incomposites, by collation of structures of fibre reinforced cement composites, obtained under the influence of similar, dissimilar magnetic fielde and without them.

The cement compositas.C:S=l:3 when W:0=0,45 were chosen es an objects investigation which were reinforced by the waste of metal-working, cut needle shaped shavings in the guantate of 5% of weight. The steel shavings wilh length of 25-35 mm, in the cooralation of L/d=50 were used. Shaving had developed surfage, are available and cheap. ;

Advantage of similar magnetic field over dissimilar one containing steady distribution of fibres, creation conditions for development of favourable structure and porosite, which ensures the composite the high strength and lon&evite by investigations of disribution fibre in the volume of matrix, distribution of pore according the size, conditions of development and forming the new structures.

The main demands on choosing techology production of fibre-reinforoced composite were formulated were formulated where the magnetic field is used for direct structure forming. Convertibility and mobility of device creating dissimilar magnetic field showes that is reasonable to use this kind of magnetic field in industry.

The produotion teste of technology of magnetic influense on struoture forming of cement sistem were conducted in th conditions of Jarkurgan conorete plant where the P-15-8 cover plates were produced, in the conditions of Namangan joinh-stock company "Olmos" and Kitab factory of consumer goods, to produce floor coverings in prodiction shops. The expected economic savings from using of new device will be 298,37 sume per one P-15-8 plate and 55 per one sg. metre.

Соискатель

P.A. KtoHeB