автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Управление микроструктурой керамики путем подавления массопереноса ионов щелочных металлов

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований.

1.1 Традиционные подходы в технологии керамики.

1.2 Научные основы формования керамических полуфабрикатов.

1.2.1 Стадия вылеживания глинистого сырья.

1.2.2 Коагуляционно-конденсационное структурообразование дисперсных систем.

1.2.3 Формование керамических полуфабрикатов пластическим способом.

1.2.4 Формование керамических полуфабрикатов полусухим способом.

1.2.5 Формование керамических полуфабрикатов методом «текучего клина».

1.3 Перспективные направления в процессах сушки и обжига.

1.4 Использование отходов и добавок при производстве строительной керамики.

1.4.1 Использование отходов и добавок с целью экономии топливных и энергетических ресурсов.

1.4.2 Использование отходов и добавок при производстве лицевого кирпича.

1.4.3 Получение лицевой керамики путем обжига в регулируемой парогазовой среде.

1.5 Теплофизические свойства стен из керамического кирпича.

1.6 Керамйка с пониженной плотностью.

1.6.1 Снижение плотности керамического кирпича.

1.6.2 Пенокерамика.

1.7 Снижение температуры спекания керамики.

1.8 Управление макро-, мезо- и микроструктурой керамики.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Характеристика исходных материалов, оборудования и методы исследований.

2.1 Глина.

2.2 Пекталловый.:.

2.3 Белый щелок.

2.4 Применяемое оборудование и методы исследований.

2.4.1 Теоретические и экспериментальные исследования.

2.4.2 Формование образцов.

2.4.3 Сушка образцов.

2.4.4 Обжиг образцов.

2.4.5 Исследование технологических свойств глинистых масс.

2.4.6 Исследование обжиговых свойств керамического кирпича.

2.4.7 Испытания образцов на сжатие.:.

2.4.8 Испытания образцов на изгиб.

2.4.9 Определение истинной плотности.•.

2.4.ЮОпределение средней плотности.

2.4.11 Определение водопоглощения.

2.4.12Контроль морозостойкости.

2.4.130пределение общей пористости.

2.4. НОпределение закрытой пористости.

2.4.15Определение коэффициента закрытой пористости.

2.4.160пределение коэффициента конструктивного качества.:.'.

2.4.17Испытания на теплопроводность.

Глава 3. Подавление массопереноса ионов щелочных металлов омыляемыми жирными кислотами в пластичных и твердых минеральных композициях при сушке и обжиге.

3.1 Теоретические исследования в области подавления массопереноса щелочей.

3.2 Экспериментальные доказательства подавления массопереноса ионов щелочных металлов.

3.2.1 Визуальный контроль.':.

3.2.2 Исследования с помощью РН-метрии.

3.2.3 Исследования с помощью рентгенофазового анализа.

3.2.4 Исследования с помощью измерения относительной электропроводности.

3.2.5 Исследование обжиговых и физико-механических свойств.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Исследование технологических и физико-механических свойств керамического кирпича при подавлении массопереноса ионов щелочных металлов.

4.1 Расчет соотношения компонентов шихты.

4.2 Планирование эксперимента.

4.2.1 Планирование пассивного эксперимента для исследования технологических свойств глинистых масс.

4.2.2 Планирование многофакторного эксперимента для исследования обжиговых и физико-механических свойств керамического кирпича.

4.3 Исследование формовочных свойств шихты.

Выводы по разделу 4.3.

4.4 Исследование сушильных свойств.

Вывод по разделу 4.4.

4.5 Исследование обжиговых и физико-механических свойств керамического кирпича.

4.5.1 Проведение экспериментов.

4.5.2 Первичная запись результатов экспериментов.!.

4.5.3 Построение точечных графиков.

4.5.4 Аналитическая обработка результатов многофакторного эксперимента с учетом физических характеристик изучаемого объекта.

4.5.5 Алгебраическое описание частных зависимостей.

4.5.6 Определение значений частных функций.

4.5.7 Определение значимости частных зависимостей.

4.5.8 Составление и проверка обобщенных уравнений.

4.5.9 Оптимизация входных параметров процесса.

4.5ЛООпределение значений выходных параметров процесса при оптимальных значениях входных параметров.'.

Выводы по разделу 4.5.

Глава 5. Свойства керамического кирпича.

5.1 Физико-механические свойства.

5.2 Свойства по отношению к воздействию воды и низких температур.

5.3 Теплотехнические свойства.

Выводы по главе 5.

Глава 6. Опытно-промышленное внедрение результатов исследований и их технико-экономическая оценка.

6.1 Опытно-промышленное внедрение.

6.2 Экономическая эффективность.

6.2.1 Стадия 1. Вылеживание сырья.

6.2.2 Стадия 2. Пластическое формование кирпича-сырца.

6.2.3 Стадия 3. Сушка кирпича-сырца.

6.2.4 Стадия 4. Обжиг керамического кирпича.

6.2.5 Экономия энергозатрат при эксплуатации зданий.

6.2.6 Технико-экономические показатели выпуска нового кирпича в ОАО «Загорское опытное предприятие».

6.3 Повышение конкурентоспособности.

6.3.1 Повышение уровня конкурентоспособности предприятия-изготовителя керамического кирпича.

6.3.2 Повышение конкурентоспособности традиционной технологии строительства - из керамического кирпича.

6.4 Макроэкономическая и социальная значимость.

Сложившийся в среднем по России удельный расход энергоресурсов при эксплуатации промышленных и гражданских зданий и особенно жилья в три-четыре раза выше, чем в странах Западной Европы. .

Выравнивание в России уровня цен на топливо и электроэнергию по отношению к мировому привело к тому, что затраты на отопление жилых, промышленных и сельскохозяйственных зданий в совокупности с их обслуживанием составляют четвёртую часть бюджетов России и её регионов [80].

По городу Улан-Удэ эти расходы составляют 60% бюджета Республики Бурятия. .

Обследования и расчёты Академии коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова показали, что, например, только в трёх, городах России - Москве, Санкт-Петербурге и Челябинске из-за сложившейся узаконенной практики строительства жилых зданий с применением изделий и конструкций, не отвечающих современным требованиям по теплотехническим свойствам, перерасходуется 20 млн. т. условного топлива в год [81].

В настоящее время в России на отопление существующих зданий ежегодно расходуется около 240 млн. т. условного топлива или порядка 20% всех потребляемых энергоресурсов [32]. Их большой расход обусловлен, в основном, тем, что при проектировании применяются низкие нормативные показатели термического сопротивления ограждающих конструкций.

Нормативные значения термического соцротивления ограждающих конструкций в отечественной строительной практике последнего десятилетия изменились незначительно, тогда как в европейских зарубежных странах в конце 70-х - начале 80-х годов они существенно возросли и в настоящее время в 2-3 раза выше. Вновь построенные здания в средней полосе России требуют на нужды отопления в среднем на 1 м площади около 500 кВт-ч, в Германии -250, в Швеции и Финляндии - 135. .

По прогнозам на 1996-2000 гг. ожидается объём нового строительства 60 млн. м2 в год, а в период 2001-2065 гг. - 90 млн. м2 в год. При действовавших до 1996 года нормативах термического сопротивления ограждающих конструкций расход тепловой энергии на отопление вновь построенных зданий составил бы в 2000 году около 5 млн. т. условного топлива, а в 2005 году - 12 млн.т. условного топлива.

Постановление Минстроя России № 18-81 от 11.08.95 ввело в действие изменение № 3 в СНиП П-3-79* "Строительная теплотехника", которое предусматривает повышение термического сопротивления ограждающих конструкций с 1996 года в 1,7 раза, а с 2000 года - в 3,5 раза. Это потребует создания новых эффективных теплоизоляционных материалов и изделий.

Существенный резерв экономии топлива должны обеспечить широкомасштабные работы по реконструкции и модернизации морально и физически устаревших зданий. При их обновлении должны утепляться наружные стены. Утепление 2,2 млн. м2 наружных стен даст в среднем годовую экономию условного топлива в размере 0,15 млн.т.

При вводимых с 01.01.96 г. повышенных требованиях к теплозащите ограждающих конструкций использование традиционных стеновых материалов, таких как кирпич, лёгкий бетон и подобные им материалы, становится экономически нецелесообразным. Требуются конструкции, создаваемые с использованием высокоэффективных долговечных теплоизоляционных материалов, преимущественно волокнистых и пенопласта. Опыт стран Западной и особенно Северной Европы и США подтверждает целесообразность таких решений. В этих странах около 60% ограждающих конструкций зданий возводится с применением волокнистых утеплителей и примерно 20% с использованием пенопластов.

Для перехода на новые нормативы термических сопротивлений ограждающих конструкций потребность нового строительства в эффективных теплоизоляционных материалах составит на первом этапе 10 млн.м3 в год, на втором - 28 млн.м3 в год.

Принятые новые нормативы теплозащиты должны обеспечить снижение -на 40% удельного энергопотребления при эксплуатации зданий [80].

Для выполнения этих требований толщину наружных стен, например из керамзитобетона, следует увеличить с ныне практикуемых 30-35 см. до 50-70 см., а из рядового кирпича с 51-64 см. до 100-120 см. и более, что является не только нерациональным, но и практически невыполнимым требованием.

Необходимо отметить, что новые требования СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника" к нормируемым теплопотерям ограждающих конструкций зданий более чем в два раза выше по сравнению с требованиями нормативных документов, действующих в Белоруссии, Германии, Финляндии, , Швеции и других странах Западной Европы, •. что безусловно требует скорейшего наращивания выпуска эффективных стеновых и теплоизоляционных материалов.

В настоящее время требуется значительное расширение масштабов производства и применения теплоизоляционных и конструкционных изделий из газо- и пенобетона с плотностью от 200 до 600 кг/м3 [16, 17, 62] и пенокерамики. Их использование в сочетании- с высокоэффективными теплоизоляционными материалами, такими как минераловолокнистые, пенополимерные и др. будет способствовать не только выполнению новых , требований СНиП, но и позволит стать на уровень передовых зарубежных стран в области энергосбережения при эксплуатации зданий.

Наукой накоплен определённый потенциал в деле создания новых, видов эффективных материалов, расширения номенклатуры изделий на основе минеральной и стеклянной ваты, совершенствования технологических процессов и оборудования.

В Министерстве Строительства РФ на заседании секции строительных материалов и изделий, технологии и механизации строительства научно-технического совета Минстроя России в 1995 году был рассмотрен вопрос

О применении теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях жилых зданий с целью повышения их теплозащиты". Институтом НИПИ-теплопроект подготовлен доклад, в котором был обобщён опыт работы ряда институтов (НИПИ-теплопроект, УралНИИстромпроект, ВНИИстром им. П.П.Будникова, ЦНИИСК им В.А.Кучеренко, ГИС Энергоатомпромстрой, АО "Новостром" и др.). В институтах и научных организациях разрабатывались новые принципы получения волокон из расплава, новая рецептура шихт, новые виды плавильных агрегатов, получены негорючие изделия из неволокнистых материалов с использованием нетрадиционных связующих, предложены эффективные ячеистые бетоны и др.

На заседании секции для реализации программы энергосбережения намечено провести ряд существенных мероприятий на основе отечественных и зарубежных технических достижений.

Главные из них:

- модернизация и техническое перевооружение ряда минераловатных заводов, нацеленные на изготовление высококачественного материала для термовкладышей трёхслойных панелей и для использования в монолитном домостроении, а также для устройства наружной дополнительной изоляции зданий;

- расширение производства рулонных материалов плотностью 25 о

150 кг./м ., толщиной 50 - 200 мм.;

- организация выпуска экологически чистых негорючих долговечных материалов на основе перлита, вермикулита, диатомитов, вспучивающихся глин;

- организация производства Bbic0K0Ka4ecfвенных плит из пенополистирола по экструдерной технологии, обладающих повышенной прочностью, химической стойкостью и долговечностью; организация производства эффективного утеплителя - минерального супертонкого волокна на ряде предприятий отрасли по новой энергосберегающей технологии.

В решении, принятом на заседании секции, было отмечено, что представленные на совете разработки соответствуют основным направлениям программы "Структурная перестройка производственной базы жилищного строительства" и направлены на практическую реализацию введённых в СНиП II-3-79 изменений в части повышения термического сопротивления ограждающих конструкций, нацеленных на энергосбережение при эксплуатации зданий и повышение комфортности проживания.

Решая задачу экономии энергоресурсов улучшением теплозащиты зданий, нельзя не учитывать затраты энергии на получение самой теплоизоляционной конструкции. Расчеты показывают [60], что только лёгкие высокоэффективные материалы (у =200 кг/м ; 2=0,06 Вт/(м К), энергоёмкость л конструкций из которых не превышает 10-15 кг. усл. топлива на 1 м , способны в течение 5-15 лет сэкономить ( компенсировать) энергозатраты на их производство и в дальнейшем приносить чистую экономию. Причём наиболее эффективными являются пенопласты и лёгкие эффективные материалы.

В реализации программы энергосбережения в строительстве наибольшую отдачу и в более короткие сроки даст улучшение теплозащитных свойств существующих зданий путём повышения термического сопротивления стен за счёт применения дополнительной теплоизоляции из эффективных материалов.

Большой объём работ по дополнительной изоляции в течение нескольких десятилетий ведётся в Западной Европе и в Америке. В этом направлении специализируются многие фирмы: "ХЕК" и "Агре-Штрабарг" (Германия); "Роквул" (Дания); "Суэнс Корнинг" (США); "Партек" (Финляндия); "Гунфибер" (Швеция) и др.

В России такие работы может выполнять концерн "СТЕПС", теплоизоляционные предприятия и базы которого имеются по всей стране.

Для решения задачи энергосбережения в строительстве необходимо использовать ограждающие конструкции на основе эффективных теплоизоляционных материалов - преимущественно пенопластовых и

ВОЛОКНИСТЫХ.

По приближённым оценкам [60], реализация достижений научно-технического прогресса в этой области может обеспечить к 2010 году экономию 40 млн. т. усл. топлива в год при ежегодном потреблении первичных энергоресурсов в стране 1300-1500 млн.т. усл. топлива.

Произведённый и пущенный в дело 1 м теплоизоляции обеспечивает в среднем экономию 1,45 т.усл. топлива в год. Промышленно развитые страны во время топливно-энергетического кризиса наращивали объёмы выпуска теплоизоляционных материалов (табл. 1).

Таблица 1

Страна Объём выпуска теплоизоляционных л материалов, м на 1000 жителей всего в т.ч. рулонных

США 496 • 238

Швеция 600 240

Финляндия 416 200

Япония 350 200

Россия 87 62

В Бурятии сложившаяся структура производства строительных материалов и их номенклатура не позволяет перейти на новые требования СНиП к теплозащите зданий без применения ввозимых из других регионов и импортных материалов, что в конечном итоге будет неизбежно приводить к повышенным затратам и сдерживанию развития строительного комплекса республики. Кроме того, переход на новые технологии строительства также приведёт к дальнейшему снижению объёмов производства строительных материалов, производящихся в настоящее время на местных заводах. Уровень загрузки производственных мощностей предприятий отрасли остаётся низким и без перехода на технологии, в которых применяются новые строительные материалы (табл. 2).

Таблица 2

Уровень загрузки производственных мощностей предприятий РБ по производству строительных материалов

Предприятие и вид производимой мощность Произведено Произведено Коэффициент продукции, единица измерения наО 1.01.99 за 1998 год за 1999 год загрузки мощностей

Тимлюйский цементный завод, цемент, тыс.т. 676 231,7 259,1 38,3

Тимлюйский АЦИ, листы асбо- 115 42,2 35,0 30,4 цементные, млн. уел .лист

ОАО Завод Железобетон, сборный 46 6,3 . 2,6 5,6 железобетон, тыс.м.куб.

ОАО Полистройдеталь, сборный 24,5 ' 4,5 4,6 18,9 железобетон, тыс.м.куб.

ОАО Каменский ЗЖБИ, сборный 29 1,4 . 1,7 5,9 железобетон, тыс.м.куб.

Улан-Удэнский ПСК АО Бурят- 72 - - сельстрой, тыс. кв.м. жилья в год

ОАО Завод КПД-2, тыс кв.м. жилья в 160 - ■ - год

ОАО Загорское опытное предприятие, кирпич глиняный, млн. 40 6,3 ■. 5,9 14,8 шт.усл. кирпича

ОАО Загорск, кирпич глиняный, млн. 20 5,2 3,9 19,5 шт. усл. кирпича

ОАО Керамика, кирпич глиняный, 40 10,6 8,6 • 21,5 • млн. шт. усл. кирпича

ОАО Силикат, кирпич силикатный, 31 3,7 3,4 10,9 млн. шт. усл. кирпича

Анализ данных таблицы 2 показывает: падение производства сборного железобетона по республике составляет более 95 %, а по стеновым материалам из сборного железобетона - 100% ; падение производства по силикатному кирпичу -более 90%; самый низкий уровень падения производства наблюдается по керамическому кирпичу - 82%. Это объясняется тем, что глиняный кирпич остаётся основным стеновым материалом в Бурятии,

Актуальность. Анализ развития научно-технического прогресса в технологии производства керамического кирпича и эксплуатации конструкций из него позволяет сделать следующее заключение.

Повышение теплозащитных свойств ограждающих конструкций вновь возводимых и эксплуатируемых зданий путём использования традиционных строительных материалов, таких, как кирпич,. лёгкие бетоны и т.п., экономически нецелесообразно. Такой путь потребует дополнительного производства сотен миллионов тонн этих материалов, а энергозатраты на их производство сведут на нет экономию энергоресурсов, получаемую за счёт повышения теплозащиты зданий при их эксплуатации.

Тем не менее, керамический кирпич остается одним из главных конструкционных материалов, и потребность в высококачественном кирпиче с повышенными теплотехническими и физико-механическими свойствами возрастает.

Свойства керамического кирпича формируются на всех стадиях жизненного цикла: заготовка глинистого сырья, вылеживание, формование, сушка, обжиг, устройство конструкций и их эксплуатация.

Одной из главных задач является повышение механических свойств керамического кирпича при одновременном повышении его теплозащитных свойств. Эти свойства рассматриваются как взаимоисключающие, и традиционные подходы основаны на компромиссе между прочностью и тепловым сопротивлением кирпича. .

В настоящее время в ИПМех РАН разработан способ изготовления керамического кирпича с упрочненными стенками, пор путем ввода плавней (солей) в выгорающие добавки (опилки) и последующего смешивания их с гидрофобным веществом (битумом при температуре 160 С) для изоляции плавней от воды при затворении глины. При обжиге плавни, сосредоточенные внутри выгорающих добавок, оплавляют стенки пор. Это позволяет добиться снижения плотности при одновременном повышении прочности кирпича.

Метод располагает большими возможностями в случае применения его не на макро-, а на мезо- или микроуровне, но возможность его применения на этих уровнях ограничена вследствие крупноразмерности частиц (опилок) и необходимости их гидрофобизации. Гидрофобизация разогретым битумом значительно усложняет технологию и ставит под вопрос возможность промышленного применения. Тем не менее, предложенный способ следует рассматривать как перспективный с научной точки зрения.

Поэтому в настоящей работе поставлена задача и найден химический способ подавления плавней и, в частности, щелочей, что позволило воздействовать на микроуовне на структуру керамики.

В теории и практике задача подавления массопереноса щелочей ' химическим путем даже не ставилась, т.к.' сложившиеся научные представления предполагают повышенную активность ионов щелочных металлов в процессах массопереноса, а также отсуствие химических соединений, подавляющих массоперенос.

Экономически и технологически очень выгодно подавить массоперенос щелочей - равномерное распределение щелочей в глинистом сырье позволит увеличить скорость его распускания, снизить формовочную влажность и энергозатраты на формование, повысить формуемость масс, ускорить процессы сушки и обжига, снизить температуру спекания, повысить физико- " механические свойства кирпича. Управление микроструктурой керамики позволит получать легковесные упрочненные изделия с широким спектром свойств.

Цели задачи диссертации. Главной целью настоящей диссертации является исследование механизма регулирования физико-механических свойств керамического кирпича на микроуровне и получение керамического кирпича с регулируемыми на микроуровне улучшенными физико-механическими свойствами.

Для достижения этой цели решаются следующие задачи:

- ретроспективный анализ производства и применения керамического кирпича в строительстве; .

- исследование известных методов регулирования свойств керамического кирпича;

- выбор направления дальнейших исследований;

- теоретические исследования в области массопереноса щелочей при сушке минеральных и органических композиций и теоретический поиск нейтральных к массопереносу химических элементов, веществ, соединений, которые могли бы обладать более сильной химической связью, чем ионы щелочных металлов с ионами гидроксидной группы;

- экспериментальные исследования в области массопереноса ионов щелочных металлов для проверки теоретических положений;

- исследование влияния количества добавки на формовочные свойства керамических масс, сушильные свойства полуфабрикатов, обжиговые, физико-механические свойства керамического кирпича;

- получение кирпича с улучшенными технологическими, физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

Научная новизна работы:

- исследован механизм регулирования технологических и физико-механических свойств керамики на молекулярном уровне путем подавления массопереноса ионов щелочных металлов, в основу которого положена концепция замещения гидроксидной группы органическими катионами, не участвующими в процессах массопереноса при сушке и обладающими более сильной химической связью с ионами щелочных металлов, чем гидроксидная группа. Ионы щелочных металлов, являющие плавнями, равномерно распределяются органическими катионами в глинистой массе, в результате чего происходит пластификация шихты на стадии подготовки сырья. На стадии сушки органические катионы не участвуют в процессе массопереноса, остаются равномерно распределенными в теле полуфабриката и удерживают от массопереноса ионы щелочных металлов. На стадии обжига органические катионы выгорают, оставляя микропоры с упрочненной плавнями поверхностью;

- рассмотрены физико-химические процессы и явления, протекающие на стадиях подготовки сырья, формования, сушки и обжига при подавлении массопереноса ионов щелочных металлов:

- научно обоснована и экспериментально подтверждена гипотеза о возможности регулирования технологических и физико-механичеких свойств керамики путем подавления массопереноса ионов щелочных металлов;

- теоретически и технологически обосновано получение керамических материалов с одновременно улучшенными технологическими и физико-механическими свойствами.

Практическое значение:

- получен керамический кирпич с регулируемыми на микроуровне физико-механическими свойствами. При средней плотности 1,55 г/см3 прочность кирпича возросла в 1,5 раза, морозостойкость - до 40 циклов, коэффициент теплопроводности снизился в 2 раза. Полупромышленные испытания кирпича осуществлены на кирпичном заводе ОАО «Загорское опытное предприятие» в г.Улан-Удэ;

- возможна утилизация пека таллового и щелочных отходов цеха каустизации и регенерации извести, образующихся при производстве целлюлозы щелочным способом, в частности, на Селенгинском Целлюлозно-картонном комбинате (п.Селенгинск, Бурятия).

Реализация работы. Полупромышленные испытания шихты для изготовления керамического кирпича с использованием добавки в виде омыленного щелочью пека таллового Селенгинского Целлюлозно-картонного комбината в количестве 5% от массы глины проведены в период с 15 января по 10 февраля 2000 года на кирпичном заводе ОАО «Загорское опытное предприятие» (г. Улан-Удэ).

Полупромышленные испытания показали технологическую эффективность применения добавки. Повышалась пластичность и формуемость шихты, снижалось время распускания сырья, уменьшилась формовочная влажность с 18 до 15%, снизилось время сушки и обжига в тоннельной печи с 6 до 5 суток и температура с 1000° С до 950° С, снизилось трещинообразование. Марка кирпича возросла с М75 до Ml25. Повысилась интенсивность и ' равномерность обжига.

Разработана проектно-технологическая документация по производству микропористого керамического кирпича с упрочненными стенками пор. Реализация по разработанной технологии принята на ОАО «Загорское опытное предприятие», Гусиноозерском кирпичном заводе «Керамика» и др.

Апробация работы. Основные положения настоящей диссертации докладывались и были опубликованы,

-на научно-методической конференции ВСГТУ «Актуальные проблемы • развития творческих способностей студентов» (г. Улан-Удэ, 1999 г.); на научно-практических конференциях ВСГТУ г.Улан-Удэ, 1998-2002 г.);

- на межрегиональной научно-практической конференции «Строительный комплекс России: Проблемы, перспективы, кадры» (г. Улан-Удэ, 1999 г.);

-на научно-практических конференциях ВСГТУ (г. Улан

Удэ, 1998-2002 г.)

19

-в информационном листе Бурятского центра научно-технической информации №09-017-01 [24] «Технология производства керамических изделий с подавлением массопереноса ионов щелочных металлов на стадиях сушки и обжига». .

- в сборнике научных трудов ВСГТУ, 2002. - вып 8. - Т. 1. - С. 30-33. «Оптимизация материальных потоков при переработке сырья».

На защиту выносятся:

- теоретические положения регулирования технологических и физико-механических свойств керамики на микроуровне путем подавления массопереноса ионов щелочных металлов; .

- теоретические исследования и экспериментальная проверка физико-химических процессов, происходящих на стадиях подготовки сырья, формования, сушки и обжига кирпича;

- состав сырья, технологические режимы и свойства керамического кирпича;

- результаты полупромышленных испытаний.

Основные выводы.

1. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено ранее неизвестное явление подавления массопереноса ионов щелочных * • | металлов, предварительно связанных реакцией. омыления с жирными кислотами, ' в пластичных и твердых минеральных композициях, заключающееся в * образовании-, в результате реакции омыления поверхностно-активных веществ, связанных коллоидными связями и не участвующих, в отличие от воды, в процессах массопереноса при сушке, а также в присоединении ионов щелочных металлов к минеральной части композиций при выгорании анионов жирных кислот при обжиге. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено ранее неизвестное явление подавления массопереноса ионов щелочных металлов, предварительно связанных реакцией омыления с жирными кислотами, в пластичных и твердых минеральных композициях, заключающееся в образовании в результате реакции омыления поверхностно-активных веществ, связанных коллоидными связями и не участвующих, в отличие от воды, в процессах массопереноса при сушке, а также в присоединении ионов щелочных металлов к минеральной части композиций при выгорании анионов жирных кислот при обжиге.

2. Ионы щелочных металлов, присутствующие в составе поверхностно-активных веществ, переходят в процессе обжига в нерастворимые в воде стекла, стойкие к воздействию воды.

3. Явление подавления массопереноса ионов щелочных металлов в пластичных и твердых минеральных композициях может быть использовано в отраслях науки, где прямо или косвенно изучаются процессы, связанные с массопереносом (миграцией) щелочей, свойства поверхностно-активных веществ, коллоидных растворов и пластичных композиций, а так же в теории старения пластмасс.

4. Технические проблемы,, которые можно решить с использованием предполагаемого открытия, находятся в различных отраслях промышленного производства и экологии.

В частности в области производства строительной керамики. Подавление массопереноса ионов щелочных металлов позволяет значительно улучшить формовочные обжиговые и физико-механические свойства кирпича и керамзита. Повышается пластичность и формуемость шихты, уменьшается температура и время спекания, возрастает прочность и снижается водопоглощение. При изготовлении "керамзита снижается температура вспучивания и повышается коэффициент вспучивания.

5. Подавление массопереноса ионов щелочных металлов позволяет значительно улучшить формовочные, обжиговые, физико-механические свойства кирпича и керамзита. Повышается пластичность и формуемость шихты, уменьшается температура и время спекания, возрастает прочность и снижается водопоглощение.

6. Результаты экспериментов показали, что при воздействии на микроструктуру керамики ее изотропные свойства улучшаются, вследствие чего возрастают и ее физико-механические свойства при снижении плотности. ф «

7. Изготовленный в лабораторных условиях при оптимальных параметрах технологического процесса керамический кирпич обладает повышенными физико-механическими свойствами. Прочность на сжатие и изгиб возросла в 1,5 раза, морозостойкость - с 25 до 40 циклов,

197 коэффициент закрытой пористости - в 1,5 раза, коэффициент размягчения снизился - в 1.1 раза. »

8. Получен ранее не достигавшийся в производстве керамического кирпича результат - при плотности 1,55 г/см3, повышенных показателях прочности и сопротивляемости по отношению к действию воды и низких температур коэффициент теплопроводности снизился в 2 раза.

1. Августиник А.И. Керамика. JL: Стройиздат, 1975.

2. Альперович И.А. Керамические стеновые и теплоизоляционные материалы в современном строительстве. // Строительные материалы. 1997. -№2 - с.12-14. :

3. Альперович И.А. Керамические стеновые и теплоизоляционные материалы в современном строительстве. // Строительные материалы 1997. -№6 - с.17 - 19.

4. Альперович И.А. Керамические стеновые и теплоизоляционные материалы в современном строительстве. 1997. - №12 - с. 17-19.

5. Альперович И.А. % Керамические стеновые и теплоизоляционные материалы в современном строительстве. 1998. - №2 - с.22-23.

6. Ананьев А.И., Тихонов В.К. Физические основы нормирования теплотехнических свойств керамического кирпича и камня.// Строительные материалы. 1997. - №9 - с.2-4.

7. Андреев Е.И., Усманов С.М. Малоцементные песчаные бетоны в. производстве стеновых камней.// Физико-хим. Проблемы материаловедения и новые технологии. Белгород: 1991. - с. 116. ' •

8. Ашмарин И.П., Васильева Н.Н., Амбросов В.А. Быстрые методы статистической обработки и планирования эксперимента. JL, Изд. ЛГУ, 1971.

9. Белостоцкая Н.С. Влияние геля кремниевой кислоты.// Стекло и керамика. 1993. - №9 - с.22-25.

10. Беляков А.В., Бакунов B.C. Процессы, происходящие при разрушении керамики.// Стекло и керамика. 1997. - №9. - с. 15-19.

11. Беляков А.В., Комиссаров С.А., Корчуганова Т-.М. Утилизация осадков сточных вод кожевенных заводов в производстве строительной керамики.// Стекло и керамика. 1998, - №3 - с.3-6. .

12. Беляков А.В., Лукин Е.С., Власов А.С., Тарасовский В.П. Принципы выбора добавок при получении прозрачной керамики. // МХТИ им. Д.И. Менделеева. 1981. - Вып.-l 18. - с.78-79.

13. Беляков А.В., Лукин Е.С. Физико-химические основы получения порошков твердых растворов и сложных оксидов.// Тр. института/ МХТИ им. Д.И. Менделеева. 1987. - Вып.147. - с.5-12.

14. Вакалова Т.В. Природа сухарности и йластичности огнеупорных глин трошковского месторождения.// Стекло и керамика. 1997. -JVol 1 - с.23-26.

15. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. М.: Наука, 1989 - 261с.

16. Воробьев Х.С. Стеновые материалы и оборудование для их производства в современных условиях.//Строительные материалы. 1992. №9 -с.24-26.

17. Воробьев Х.С., Филиппов В.Е., Тальков Ю.Н. Технология и оборудование для производства изделий из ячеистого бетона автоклавного твердения.// Строительные материалы. 1995. №2 -с.7-10.

18. Гельфанд И.М., Глаголева И.Г., Шноль Э.Э. Функции и графики. М., «Наука», 1973.

19. Годовиков А.А. Минералогия. М.: Недра, 1975-520с.

20. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. М.: Стройиздат, 1979. - 304с.

21. Григорьев В.М. Метод самостоятельного аналитического поиска знаний на примере разработки новых технологий.// Сборник научно-методических статей. Вып. 6: Сб./ВСГТУ. Улан-Удэ, 1999. - 276с.

22. Даценко Б.М. Исследование структурообразования при спекании композиций глинистых минералов в . системе каолинит-гидрослюда-монтмориллонит.// Вопросы химии и химической технологии. Харьков -1983. - №71 - с.98-103. •

23. Диопсовые породы уникальное сырье для производства керамических и других силикатных материалов.// В.И. Верещагин, Ю.И. Алексеев, В.М. Погребенников и др.// Промышленность строительных материалов: Аналитический обзор ВНИИ ЭСМ, 1991. - Вып.2 - 60с.

24. Дукарский О.М., Закурдаев А. Г. Статистический анализ и обработка данных на ЭВМ «Минск-22». М., «Статистика», 1971.

25. ДуманскийА.В. ДАН СССР.- 1949.-Т.44.

26. Дюге Д. Теоретическая и прикладная статистика. М., Наука, 1972.

27. Залыгина О.С., Баранцева С.Е. Использование избыточного активного ила городских очистных сооружений в производстве строительной керамики.//Стекло и керамика. 1998 - №5 - с.31-3

28. Зонтаг Г., Штренге К. Коагуляция и устойчивость дисперсных систем. JL: Химия, 1973.

29. Информация из министерства строительства . РФ. Необходима эффективная теплозащита жилых зданий.// Строительные материалы. 1996. -№1 с.ЗО.

30. Камская М.С., Долин А.И., Колотий П.В. Новые методы контроля переработки керамических масс. Киев: Будгвельник, 1975, - 66с.

31. Кашка;ев И.О., Никитин И.А., Володина Н.Н. Производство лицевых керамических изделий. М.: Стройиздат, 1977.

32. Келер Э.К., Леонов А.И. ДАН СССР. 1953. - Т.91. - №3.

33. Кереев. В. А. Курс физической .химии. Для химических специальностей вузов. Изд. 3-е, перераб. и доп. М., "ХИМИЯ",. 1975 775 с.

34. Кингери У.Д. Введение в керамику. М.: Изд-во литературы по строительству, 1967.

35. Кривокорытов Е.В., Гурьев А.Г., Поляк Б.И. Высокоуглеродистые связующие в технологии огнеупорных изделий и коррозионно-стойкой керамики.// Стекло и керамика. -1998. №5 - с. 12-15.

36. Круглицкйй Н.Н. -Киев: Наукова думка, 1972.

37. Крупа А.А., Гордонов B.C. Химическая технология керамических материалов: Учебное пособие. Киев: Выща шк., 1990. - 399с.

38. Крючков Ю.Н. Определение газосодержания керамических материалов.// Стекло и керамика. 1997. - №9 - с.24-25.

39. Комиссаров С.А., Корчуганова Т.М., Беляков А.В. Строительные материалы и использование отходов кожевенного производства.// Стекло и керамика. 1994. - №1 - с.20-22.

40. Королев Н.Е., Зубкин В.Е. Формование «нагнетанием» кирпича, строительных, огнеупорных изделий из полусухих порошкообразных масс.// Строительные материалы. 1977. - №11 - с. 20-21.

41. Куколев В.Г. Химия кремния и физическая химия силикатов. М.: Стройиздат, 1972.

42. Королев Н.Е. Опыт бетонорования • сборных железобетонных изделий. Новое в технологии формования бетонных и железобетонных изделий. Материалы семинара. М.: МДНТП, 1977. . •

43. Куликов В. А. Способ увеличения прочности пористого керамического кирпича. // Строительные материалы. 1995. - №11 - с. 18-19.

44. Ломтадзе В.Д., Физико-механические. свойства горных пород. Методы лабораторных исследований. Л.: Недра, 1990. - 328с. .

45. Лотов В.А. Влияние влагопроводных свойств керамических масс на процесс пластического формования.// Стекло и керамика. -1984. №4 - с.23-28.

46. Лукин Е.С., Адрианов Н.Т. Технический анализ и контроль, производства керамики. -М.: Стройиздат, 1986. -27J2c.

47. Малышев В.П. Математическое планирование металлургического эксперимента. Алма-Ата. Наука. КазССР, 1977.

48. Махальчиков Н.И. Ввод влаги при тонкодисперсном состоянии в зоне высоких температур при обжиге керамических изделий. М.: Промстройиздат, 1957.

49. Махальчиков Н.И. Пути дальнейшего совершенствования технологии производства керамических стеновых и кровельных материалов. -М.: Промстройиздат, 1960.

50. Мчедлов-Петросян О.П. Химия неорганических строительных материалов. -М.: Стройиздат, 1971. -224с. .1. ЧУ

51. Нехорошев А.В. Исследования по технологии глиана. Йошкар-Йола: Марийское кн. Издательство, 1963.

52. Никифоров К.А., Жадамбаа Ц., Хантургаева Г.И., Цыремпилов А.Д. Теория и парогазовая технология получения силикатной керамики. Улан-Удэ: Изд-воБНЦ СО РАН, 1999.- 176с. ' .

53. Ничипоренко С.П. О формовании глинистых масс в ленточных прессах. Киев: Изд-во АН УССР. 1971. - 179с.

54. Ничипоренко С.П. Физико-химическая' механика дисперсных систем в технологии керамики. Киев: Наукова думка, 1968. - 76с.

55. Новая технология керамических плиток./ Под ред. В.И. Добужинского. -М.: Стройиздат, 1977.- 228 с.

56. Овчаренко Е.Г., Петров-Денисов В.Г., Артемьев В.М., Основные направления развития производства' эффективных теплоизоляционных материалов. // Строительные материалы. -1996. №6 - с.2-3.

57. Оганесян Р.Б., Виноградов Б.Н., Фадеева B.C. Высокопрочные керамические материалы из легкоплавких глин./ Строительные материалы. -1979. №5 с. 12. ' '

58. Паплавски Я.М., Эвинг П.В., Селезский А.И., Кучихин С.М., Лашков С.А. Предпосылки дальнейшего производства и применения ячеистого бетона в современных условиях. //Строительные материалы. 1996. №3 - с.2-6.

59. Промышленность строительных материалов. Серия 4. Промышленность керамических стеновых материалов и пористых заполнителей. 1982. -Вып.5.

60. Протодьяконов М.М. Составление горных норм и пользование ими. М. Л. - Новосибирск, ГИТГИ, 1932.

61. Протодьяконов М.М., Тердер Р.И. Методика рационального планирования эксперимента. М., Наука, 1970.

62. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика. М.: Знание, 1958.

63. Сиськов В.И. Корреляционный анализ в ' экономических исследованиях. М., «Статистика», 1975.

64. Стороженко Г.И., Болдырев Г.В. и др. // Строительные материалы. -1997. №8-с. 19-20.

65. Стороженко Г.И., Заводский В.Ф., Горелов В.В., Аллануров В.М., Пашков А.В. Технология производства и сравнительный анализ пресс-порошков для строительной керамики из механоактивированного сырья.// Строительные материалы. 1998. - № 12 - с. 6-7.

66. Таргаевский И.А., Марченко Г.Н. Биосинтез и структура целлюлозы. М.: Наука, 1985. - ,280с.

67. Тацки J1.H., Лахова Н.А., Макарова И. А. Активация вспучиваемости глинистого сырья предварительно окисленной органической добавкой.// Строительные материалы. 1997. - №11 - с.24-25.

68. Темникова Т.И., Днепровский А.С. Теоретические основы*органической химии: Строение', реакц. способность и механизмы реакции орган, соединений: Учебник для хим. вузов. 2-е изд., перераб. - Л.: Химия . Ленингр. отделение, 1991. - 559 с.

69. Тимашев В.В. и др. Агломерация порошкообразных материалов. М.: Стройиздат, 1978.

70. Уоррел У. Глины и керамическое сырье. '-М.: Мир, 1978.

71. Урьев Н.Б. Высококонцентрированные дисперсные системы. М.: Химия, 1980.

72. Фадеева B.C. Формирование структуры пластичных паст строительных материалов при масштабной переработке. М.: Госстройиздат, 1972.-220с. ' ' '

73. Фадеева B.C. Формирование структуры пластичных паст строительных материалов при машинной переработке. М: Госстройиздат, 1984,- 263с.

74. Федорова Т.П., Иванова Л.И., Титова Н.В. Метод предварительного прогнозирования регламента • технологического процесса при полупромышленных испытаниях сырья.// Сб. трудов ВНИИстрома. М.: 1980. Вып. 43.

75. Физическая химия силикатов./ Под ред. Чл.-кор. АН УССР А.А. Пащенко-М.: Высшая школа, 1986". t

76. Филиппов Е.В. Выбор направления.// Строительные материалы. 1997.-№11-с.12-15.

77. Фомин И.А. Строительная газета. 1994. №50

78. Хейгерович М.И., Байер В.Е. Производство глиняного кирпича. -М.: Стройиздат, 1984.

79. Чентемиров М.Г., Давидюк чА.Н., Зарубин И.В., Тамов М.Ч. Технология производства нового пористого керамического материала.// Строительные материалы 1997. -№11.

80. Черняк Л.П. Исследование влияния электромагнитной обработки воды на структурообразование и свойства ^ некоторых видов строительной керамики: Автореф. канд-. дис. -М., 1973.

81. Чинарьян Р.А., Виземанн. В. Новый материал для нового строительства от ЗАО «Победа-Кнауф».// Строительные материалы. 1997. -с.12-13.

82. ГОСТ 379-90 Кирпич и камни силикатные. Технические условия. М.: Государственный комитет по делам строительства. Издание официальное.

83. ГОСТ 6133-84 Камни бетонные стеновые. Технические условия. М.: Государственный комитет по делам строительства. Издание официальное.

84. ГОСТ 7025-91. Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости. М.: Государственный комитет по делам строительства. Издание официальное.

85. ГОСТ 8462-85. Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе. М.;. Государственный комитет СССР по делам строительства. Изд. Официальное.

86. ГОСТ 530-95. Кирпич и камни керамические. М.: Государственный комитет по делам строительства. Издание официальное.

87. СНиП 11-3-79* Строительная теплотехника. Минстрой России, М.:1995.

88. Busagh F. Koll. Zeit. 1929: - №47. - S. 283-288.

89. Faber K.T., Evans A.G., Drori M.D. Crack peefletion as a Toughening Vtchanism.//Frakture Mechanics of Ceramiks . N.Y.: Plenum, 1986.-V.6-P. 77-91.•206 •

90. Staassinopoulos E. N., Older I./ Umber die Migration von Alralien und SO3 in Zementpasten und Morteler. О миграции щелочей и SO3 в цементных пастах и растворах. // TIZ- Fashber/ ROHST. Eng- 1982. №5.-РР-327-328,300.

91. Wolf F., Hille I. Silikatechik, №11, 1959. P. 11.