автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Теплоизоляционные материалы на основе модифицированного жидкого стекла с повышенной водостойкостью

Список условных обозначений

Введение

1. Аналитический обзор информации по теплоизоляционным материалам на основе жидкого стекла

1.1 Жидкое стекло, структура и свойства

1.2 Производство жидкого стекла

1.3 Физико-химические основы структурообразования композиций на основе жидкого стекла

1.4 Влияние наполнителей и модификаторов на формирование структуры и свойств жидкостекольных композиций

1.5 Технологии производства теплоизоляционных материалов на основе жидкого стекла

Выводы по главе "

2. Применяемые материалы, цель и методы исследования

2.1 Цель и задачи исследования

2.2 Применяемые материалы

2.3 Методы исследования

2.3.1 Методика изготовления образцов теплоизоляционных материалов на основе жидкого стекла

2.3.2 Методы исследования

3. Исследование свойств и модифицирование составов теплоизоляционных материалов

3.1 Выбор способа получения жидкостекольных теплоизоляционных материалов

3.2 Выбор наиболее оптимального температурного режима для получения теплоизоляционных материалов на основе жидкого стекла

3.3 Оптимизация параметров теплоизоляционных материалов на основе жидкого стекла

3.4 Комплексное термографическое исследование жидкостекольных теплоизоляционных материалов

3.5 Рентгено-фазовый анализ наиболее оптимальных композиций

4. Модифицирование жидкостекольных материалов с помощью окислительно-восстановительных реакций

4.1 Теоретическое обоснование необходимости применения окислительно-восстановительных механизмов при модификации теплоизоляционных материалов на основе жидкого стекла

4.2 Экспериментальное применение окислительно-восстановительных механизмов для получения теплоизоляционных материалов

4.3 Изучение состава полученных материалов при помощи рентгенофазового анализа и инфрокрасной спектрометрии

5. Состав и технология приготовления жидкостекольных теплоизоляционных материалов с новыми модификаторами

5.1 Производство теплоизоляционных изделий на основе жидкого стекла, основные технологические параметры и технология производства

5.2 Основные экономические параметры производимых материалов

5.3 Применение теплоизоляционных материалов на основе жидкого стекла

5.4 Применение защитных покрытий и пропитка гидрофобизационными составами для увеличения водостойкости жидкостекольных теплоизоляционных материалов 125 Основные выводы по работе 127 Список использованной литературы 129 Приложение

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ТИМ - теплоизоляционный материал; ЖС - жидкое стекло;

ТИМ-ЖС - теплоизоляционные материалы на основе жидкого стекла;

ФХМА - физико-химические методы исследования;

ДТА - дифференциально-термический анализ;

РФА - рентгено-фазовый анализ;

ИКС - инфрокрасная спектрометрия;

ХК - хлорид кальция;

Ц - цемент;

БЦ - белый цемент;

КФН - кремнефтористый натрий;

Б - бура(тетраборат натрия);

И - известь(гашеная);

А1 - алюминиевая пудра; рН - водородный показатель (характеристика кислотности)

Еп - окислительно-восстановительный потенциал при заданных условиях, Вольт;

В настоящее время вопрос о производстве теплоизоляционных материалов, конкурентоспособных с западными аналогами встает достаточно остро. Это объясняется тем, что наша строительная индустрия придавала теплоизоляции жилых и хозяйственных помещений второстепенную роль. Во времена существования СССР, когда приоритетным для страны было производство дешевой энергии, что являлось политикой государства, проблема энергосбережения отходила на второй план, а следовательно, не было необходимости создания эффективных теплоизоляционных материалов. В последние десять лет проблема энергосбережения становилась все актуальней и актуальней. Появился дефицит эффективных теплоизоляционных материалов, которые были бы конкурентноспособны по сравнению с западными аналогами. В условиях резкого повышения цен на энергоносители и введения новых требований к теплоизоляции зданий и сооружений, большинство отечественных теплоизоляционных материалов оказались слишком дорогими и неэффективными.

Именно поэтому проблеме поиска новых энергосберегающих технологий производства теплоизоляционных материалов, равно как и разработке составов новых теплоизоляционных материалов в последние годы уделяется огромное внимание.

Большой интерес представляют теплоизоляционные материалы на основе жидкого стекла, которые привлекают внимание технологической простотой производства и дешевизной (что особенно важно, учитывая необходимость теплоизоляции жилых зданий).

Широкий диапазон применения жидкого стекла объясняется его коллоидной природой [1]. Разнообразные химические свойства жидкого стекла проявляются при взаимодействии со многими веществами. Известно, что материалов, не реагирующих с жидким стеклом, меньше, чем вступающих с ним в химическое или даже просто физическое взаимодействие. При этом образуются новые вещества, представляющие как практический, так и теоретический интерес.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы является разработка эффективных теплоизоляционных материалов на основе жидкого стекла повышенной водостойкости, с комплексом заданных свойств, получаемых посредством управления процессами стру ктурообразования.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучение закономерностей структурообразования модифицированных ТИМ-ЖС;

- разработка эффективных составов модифицированных жидкосте-кольных композитов, обладающих повышенными строительно-эксплуатационными и функциональными свойствами;

-выбор оптимальных температурных режимов отверждения ТИМ-ЖС;

- изучение динамики увеличения и потери массы жидкостекольных материалов в зависимости от времени выдержки в воде;

- теоретическое обоснование и экспериментальная апробация методики повышения строительно-эксплуатационных и функциональных качеств ТИМ-ЖС, основой которой являются окислительно-восстановительные процессы, протекающие при добавлении определенных модификаторов в жидкостекольные композиции;

- повышение водостойкости путем пропитки или нанесения на поверхность теплоизоляционных материалов гидрофобизирующих составов;

- апробация составов и технологии модифицированных ТИМ-ЖС в производственных условиях.

Научная новизна работы. Выявлены закономерности структурообразования теплоизоляционных материалов, основой ячеистого каркаса которых является модифицированное жидкостекольное связующее. Рассмотрены механизмы повышения водостойкости жидкостекольных композитов за счет введения ряда модификаторов, позволяющих получать нерастворимые или малорастворимые конечные продукты. Экспериментально апробирован метод повышения прочности и водостойкости ТИМ-ЖС путем расчета физических и химических превращений, происходящих при отверждении жидкостекольных композитов. Установлена микронаполняющая и каталитическая функция модификаторов в контактно-конденсационном и коллоидно-коагуляционном механизмах твердения жидкостекольных композиций, обеспечивающих формирование новообразований, которые в свою очередь при термоударе способствуют образованию гетерогенной структуры теплоизоляционных материалов с заданными показателями плотности, прочности, теплопроводности и водостойкости.

Новизна технических решений, положенных в основу исследований защищена патентом.

Практическая значимость. Разработаны эффективные составы модифицированных ТИМ-ЖС с заданными строительно-эксплуатационными свойствами. Оптимизированы технологические режимы приготовления жидкостекольных композиций и способы их температурной обработки. Разработаны технологические рекомендации производства плитного материала для теплоизоляции зданий и сооружений. Экспериментально апробированы варианты повышения водостойкости разработанных ТИМ-ЖС за счет применения дополнительной обработки их поверхности гидрофобизирующими составами.

Реализация работы. По результатам работы подготовлены предложения по производству ТИМ-ЖС повышенной водостойкости, которые рекомендованы к внедрению на ФГУП "Завод ЖБИиК N 509 при

Спецстрое России". Материалы выполненных исследований рекомендовано использовать в учебном процессе при чтении лекций и проведении практических занятий по курсу «Теплоизоляционные и гидроизоляционные материалы».

Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций» (Волгоград, 1998); на V и VII Академических чтениях РААСН (Воронеж: 1999, Белгород 2001); на международной научно-практической конференции «Рациональные энергосберегающие конструкции, здания и сооружения в строительстве и коммунальном хозяйстве» (Белгород, 2002); на всероссийской научно-технической конференции «Проблемы строительного материаловедения» (Саранск, 2002).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, приложений и содержит 137 страниц, включая 22 таблицы, 34 рисунка, список литературы из 101 наименования.

1. Тотурбиев Б.Д. Строительные материалы на основе натриевых композиций, М., Стройиздат.- 1988. -208с.

2. Корнеев В.И. Производство и применение растворимого стекла. Жидкое стекло. Л.:Стройиздат. —1991. -176с.

3. Рыжков И.В., силикат- Толстой B.C. Физико-химические основы формирования свойств смесей с жидким стеклом. Харьков, «Вища школа». 1975,-140с.

4. Гордон Д. Органическая химия растворов электролитов.М.: Мир. —1979.—283с.

5. ЕгороваЕ.Н. Методы выделения кремниевой кислоты и аналитического определения кремнезема, М.: Изд-во АН СССР.- 1959. 149с.

6. Фишман И.В. Современные способы производства хидкого стекла.// Технология, экономика, организация производства и управления. Сер.8.37.М.: 1987.-с. 140.

7. Корнеев В.И. Яковлева ЖПХ., 1982. -№7. 154.

8. КукуйД.М., Милов A.M., Дмитрович A.M..// Литейное производство. -1980.- №8 10.

9. Агафонов Г.И., Корнеев В.И. Журнал ВХО им. Д.И. Менделеева. -1988.-№1 -С.53. Л

10. Агафонов Г.И. Одляницкая B.C. Ицко Э.Ф. и др.// Лакокрасочные материалы и их применение. -1985. №4. 44.

11. Климанова Е.А., Барщевский Ю.А., Жилкин И.Я. краски.- М.: Стройиздат, 1968. 85с.

12. Григорьев П.Н. Промиздат, М.: 1956. -444с. 13. А.В.Горемыкин "Технология экологически безопасного Матвеев М. А. Растворимое стекло. М.: Силикатные производства строительных материалов", 1997,4, 7-9.

13. Везенцев А.И., Коломыцев Е.Е., Беседин П.В., Везенцев А.А., "Возможности применения жидкого стекла, изготовлекнного по новой энергосберегающей технологии."- Строительные материалы., 1994, №10, с. 11-12.

14. Карнаухов Ю.П., Шарова В.В., "Жидкое стекло из отходов кремниеволго производства для шлакощелочных и золощелочных вяжущих." Строительные материалы., 1994, №11, с. 14-15.

15. Иванов Н.К., Радаев С, Шорохов СМ. "Структурообразование в системах на основе жидкого стекла и опалловых пород." Строительные материалы., 1998, №8, с. 24-25.

16. Сычев М.М. Неорганические клеи. Л.: Химия,1977, —216с.

17. Рояк М.,Рояк Г.С. Специальные цементы. М.:Стройиздат, 1969-254 с.

18. Ржаницын Б.А. "Химическое закрепление грунтов в строительстве" М.: Стройиздат, 1986 -226с.

19. Карпенко Ю.В., Нефедов В.Н., Молоков В.Ф., Павшенко Ю.Н. "СВЧустановка для производства теплоизоляционных плит." Строительные материалы., 1996, №8, с. 30-31. 83. А.С. N 2134668 А1 РФ "Способ изготовления пористых силикатных материалов"// Брыков СИ. -1999.08.20 84. А.С. N 2134667 А1 РФ "Масса для изготовления пористого силикатного материала под действием сверхвысокочастотного излучения"// Ненарокова Н.И. -1999.08.20

20. Горемыкин А.В., Пасечник материалы., 1997, №4, с. 7-9.

21. Горемыкин А.В., Пасечник И.В., Козлов В.Е., Пискунов В.М. "Новый эффективный теплоизоляционный неорганический материал." Строительные материалы., 1997, №4, с. 12-13.

22. Генералов Б.В., Крифукс О.В., Малявский Н.И. "Бисипор новый эффективный минеральный утеплитель." Строительные материалы., 1999, №1,с. 7-9.

23. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Л. «Химия».- 1978,392 с.

24. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия. М: Высшая школа.- 1999.- 253.

25. Химическая энциклопедия. М: Большая Российская энциклопедия.1992.-C.220.

26. Коган В.Б., Фридман В.М., Караров В.В. Справочник по растворимости.- М: Изд-во АН СССР.- 1961.-т. 1.-кн. 1.

27. Гордон А., Форд Р. Спутник химика.- М: Мир.- 1976.- 541С.

28. Вредные веш;ества в промышленности. Т.

29. Неорганические и элементорганические соединения.(под ред. Лазарева Н.В.) Ленинград,"Химия".- 1977.- 607С. 101. В.И.Ладыгин ЖОХ,2001 г -i