Структура и свойства модифицированных безобжиговых глиносодержащих материалов и композитов на их основе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат технических наук Мухамбеткалиев, Кайрат Куаншкалиевич

• Мухамбеткалиев, Кайрат Куаншкалиевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мухамбеткалиев, Кайрат Куаншкалиевич

Введение.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ.

Теоретические предпосылки развития технологии безобжиговых 1.1 глиносодержащих вяжущих и композитов на их основе. 2 Физико-химические основы формирования структуры глиноцементных композитов.

1.3 Структура воды и способы ее активации. ^ Анализ представлений механизма действия органических добавок.

Выводы по 1 главе.

ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Применяемые материалы.

2.2 Методы исследований.

Выводы по 2 главе.

СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ ГЛИНОСОДЕРЖАЩИХ ВЯЖУЩИХ И КОМПОЗИТОВ НА PIX ОСНОВЕ.

2 j Исследование адсорбционных процессов в глинистом сырье методами РФ А, ДТА и ИК-спектроскопии. 2 Определение роли влияния ЭХА водно-солевых растворов на структурообразование глиноцементных композитов. ^ Зависимость показателя адсорбции и емкости катионного обмена глин от добавки АЦФ.

2 ^ Влияние ЭХА воды на свойства цементного теста. ^ Механизм гидратации цемента в присутствие ЭХА водносолевых растворов и добавки АЦФ.

Выводы по 3 главе.

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГЛИНОЦЕМЕНТНЫХ СИСТЕМ.

Исследование физико-механических свойств глиноцементных 4.1 систем в зависимости от влияния дисперсности компонентов вяжущего. ^ Влияние давления прессования на ранние этапы структурообразования глиносодержащих вяжущих.

4.3 Влияние состава заполнителя на свойства глиносодержащего вяжущего.

4.4 Определение оптимальной влажности смеси.

4.5 Безобжиговые составы глиноцементо-древесных композитов.

Выводы по 4 главе.

5 ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТАВОВ ГЛИНОСОДЕРЖАЩЕГО

ВЯЖУЩЕГО, РЕКОМЕНДОВАННЫХ К ПРОИЗВОДСТВУ.

5.1 Оптимизация составов глиносодержащих композитов.

5 2 Физико-механические характеристики глиносодержащих составов.

5.3 Разработка технологического процесса.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структура и свойства модифицированных безобжиговых глиносодержащих материалов и композитов на их основе»

Актуальность работы. Строительная отрасль успешно развивается в условиях повышения качества, расширения номенклатуры и снижения стоимости строительных материалов и изделий, при комплексном использовании материалов из местного сырья и отходов.

К числу важнейших направлений инвестиционных процессов в России относится развитие жилищного строительства, о чем свидетельствуют федеральная целевая программа «Жилище» на 2002-2010 годы. Для развития жилищного строительства необходимо обеспечить модернизацию и обновление оборудования, повышение эффективности технологий строительства и производства строительных материалов. Реализация этих программ в значительной мере основана на использовании средств граждан. Для создания условий экономической доступности жилья для граждан предусмотрены правовые, финансовые и организационно-технические мероприятия. Так, согласно приказа Министерства регионального развития Российской Федерации от 30 сентября 2010г. №438 определена среднерыночная стоимость 1 м общей площади по субъектам Российской Федерации (на 4 квартал 2010г. - 23 250 руб. для Саратовской области и 29 900 руб. для Волгоградской области).

Указом Президента Республики Казахстан Н. А. Назарбаева от 20.08.2007г. №383 в рамках Государственной программы жилищного строительства утверждена стоимость 1 м общей площади по республике в сумме не более 56 515 тенге (порядка 12 000 руб.). Данные показатели могут быть достигнуты только при существенном снижении цен на материалы, изделия и готовую строительную продукцию.

Зарубежный опыт показывает целесообразность использования в малоэтажном строительстве возведения зданий с применением эффективных материалов и изделий из местных сырьевых ресурсов. Технология производства, при этом, отличается меньшей энергоемкостью, небольшим расходом вяжущего, широкой сырьевой базой и более простой технологией изготовления с конкурентоспособными показателями.

В работе использован принцип направленного регулирования свойств глины с целью обеспечения оптимальных условий для направленного формирования структуры композита, путем введения в систему добавки портландцемента. Однако, количество добавки цемента, ее целесообразность и эффективность зависит от минералогического состава глинистого сырья, поэтому проблема модификации глин в настоящее время остается актуальной. Среди многочисленных способов модификации свойств исследуемой системы наибольшее распространение получили физические, химические и комбинированные методы воздействия, однако отсутствие достаточной информации о их разработанности предопределяет необходимость проведения исследований в этой области. На основании вышеизложенного, автором были сформулированы цели и задачи исследования.

Цель и задачи исследования. Целью настоящих исследований является обоснование способов получения безобжиговых материалов на основе глиноцементных композиций модифицированных продуктами электрохимически активированных (ЭХА) водно-солевых растворов в комплексе с ацетоноформальдегидными смолами (АЦФ).

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи: проведение анализа существующих безобжиговых технологий и различных физико-химических методов модификации глиносодержащих композиций; изучение закономерностей структурообразования глиноцементных составов; определение роли структурообразующих факторов (глиноцементное соотношение, вид и количество добавки), влияющих на формирование структуры глиноцементных систем и материалов на их основе; разработка составов глиноцементных композитов, рекомендованных к производству и апробирование результатов исследования в производственных условиях.

Научная новизна работы:

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- обоснована возможность интенсификации процессов гидратации и твердения цементной компоненты в глиносодержащем композите;

- определены механизмы модифицирующего воздействия продуктов ЭХА обработки водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ на поверхность частиц глины, определяемые изменением внутренних сил дисперсной системы за счет Ыа+ катионного обмена, приводящее к самодиспергированию глинистых минералов, увеличению межпакетного пространства с интеркаляцией молекул АЦФ в структуру слоистого силиката; установлены особенности процессов твердения безобжиговой модифицированной глиноцементной композиции;

- определена закономерность технологического процесса получения глиноцементной композиции модифицированной продуктами ЭХА водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ.

Основные положения выносимые на защиту:

- разработанные составы безобжиговых глиноцементных материалов, модифицированных продуктами ЭХА водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ;

- механизмы модифицирующего воздействия продуктов ЭХА обработки водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ на поверхность частиц глины; экспериментально установленные зависимости, связывающие свойства компонентов безобжиговых глиноцементных материалов и влияния модифицирующих добавок, между свойствами и соотношением компонентов, их технологическими характеристиками; результаты промышленных испытаний опытной партии безобжигового глиносодержащего кирпича в заводских условиях.

Практическая значимость. Практическая значимость диссертационной работы направлена на развитие энерго- и ресурсосберегающих технологий безобжиговых глиносодержащих стеновых материалов и определяется возможностями: расширения области знаний по регулированию свойств глиносодержащих материалов и композитов на их основе;

- определения оптимальных технологических составов и параметров изготовления безобжиговых глиноцементных композиций модифицированных продуктами ЭХА обработки водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ для рекомендации к заводскому способу производства; разработки новых составов на основе безобжиговых модифицированных глиноцементных композитах (подана заявка на патент № 2010114995 с приоритетом от 20.05.2010).

Реализация работы. Результаты диссертационной работы подтверждены промышленными испытаниями и использованы при выпуске опытной партии модифицированного продуктами ЭХА обработки водно-солевых растворов безобжигового глиноцементного кирпича в комплексе с добавкой АЦФ в заводских условиях (АО «Западно-Казахстанская корпорация строительных материалов» г.Уральск, Республика Казахстан).

Апробация работы. Апробация работы осуществлена на 4 конференциях и 1 симпозиуме: «Актуальные вопросы строительства» ( Саранск, 2007), «Прогрессивные материалы и технологии в строительстве» (г.Новосибирск, 2008), «Экономическое, социальное и культурное развитие Западного Казахстана.», (г.Уральск Республика Казахстан, 2008), «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий», (Саратов, 2009), «Социально-экономические проблемы жилищного строительства и пути их решения в период выхода из кризиса» (Саратов, 2010).

Публикации. По теме диссертации имеется 9 публикаций, в том числе 2 из них в журналах рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 141 странице машинописного текста, содержит 26 рисунков, 51 таблицы и списка литературы из 147 наименований.

Заключение диссертации по теме «Строительные материалы и изделия», Мухамбеткалиев, Кайрат Куаншкалиевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

1. Разработанные составы модифицированных безобжиговых глиноцементных композиций обладают стабильными физико-механическими характеристиками, позволяющие использовать их в строительстве малоэтажных жилых и сельскохозяйственных зданий.

2. Доказано, что продуктами ЭХА обработки водно-солевых растворов в комплексе с добавкой АЦФ достигается стабильная структура безобжигового глиноцементного композита за счет модификации поверхности частиц глины. Модифицирование происходит за счет диспергирования поверхности глинистых частиц ионами Ыа+, входящих в продукты ЭХА обработки водно-солевых растворов, и увеличения межпакетного пространства глинистых минералов с интеркаляцией молекул АЦФ в структуру слоистого силиката.

3. Результаты экспериментов по изучению физико-химических процессов, происходящих в модифицированной глиноцементной композиции показывают, что АЦФ является полифункциональной добавкой как для глины, так и для цемента. Основной технологической задачей при этом является оптимальный подбор количественного сочетания глины (с учетом их адсорбционной активности, минералогического и гранулометрического составов), продукта ЭХА, добавки АЦФ, добавки цемента, наличия заполнителей и параметров прессования.

4. Установлены основные зависимости, связывающие свойства компонентов безобжиговых глиноцементных материалов и влияния модифицирующих добавок, между свойствами и соотношением компонентов, их характеристиками. На их основе определены оптимальные параметры и составы за счет использования комплексной активизации и модификации композита.

5. Для достижения эффективной интенсификации процесса твердения безобжиговой глиноцементной композиции модифицирующее воздействие необходимо осуществлять перед добавкой цемента. Предложенный способ регулирования структурообразования глиноцементного композита, заключающийся в модифицировании поверхности глинистых частиц органоминеральными образованиями в определенных интервалах (при содержании цемента 10% от массы глины, удельном давлении прессования 20-ЗОМПа, содержании кварцевого песка, Мк=1,5 — 20-30%, В/Т=0,12-0,14) интенсифицирует рост кристаллогидратов цементной составляющей и выражается в повышении функциональных свойств материала.

6. Разработанные составы модифицированного безобжигового глиноцементного композита (глина 60% по массе, цемент 10% по массе; АЦФ 3% от массы цемента, кварцевый песок Мк=1,5 30% по массе, давление прессование 20 МПа, удельная поверхность глины 2500—3200 см2/г; жидкость затворения католит, влажность смеси 14% по массе) позволят получить энергоэффективные и ресурсосберегающий строительный материал с заданными физико-механическими характеристиками.

7. Результаты исследований промышленных испытаний опытной партии безобжигового глиносодержащего кирпича подтверждают результаты экспериментов. Изделия соответствуют марке 125 и удовлетворяют требованиям ГОСТ 6133-99. Экономический эффект от внедрения результатов исследований составит порядка 8 млн. рублей (в базисных ценах 2008 года) при производстве 5 млн. усл. кирпича в год.

126

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мухамбеткалиев, Кайрат Куаншкалиевич, 2011 год

1. Арбузова Т.Б. Технология композиционных материалов общестроительного и специального назначения//Строительные материалы. 1998. №8. С.10-12.

2. Адсорбция на глинистых минералах/Ю.И. Тарасевич. Киев, 1975. 351с.

3. Андреев Е.И. Малоцементные песчаные бетоны в производстве стеновых камней / в сб.: Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии. Белгород, 1991. С.116.

4. Антонченко В.А. Основы физики воды. Киев, 1991. 668 с.

5. Аяпов У.Н. Электролиты, как ускорители твердения портландцемента// Вестник АН Казахской ССР. Алма-Ата, 1956. № 12. С. 23-68.С.

6. Баженов Ю.М. Технология бетона: учебник. М.: Изд-во АСВ, 2003. 500 с.г

7. Баженов Ю.М. Модифицированные высококачественные бетоны. М.-: АСВ, 2006. 368с.

8. Баличев Т.Г., Масленникова И. С. О взаимодействии каолина с водой и влияния на него природы различных активаторов / в кн. Проблемы современной химии координационных соединений. Л., 1983. Вып. 7. С. 29-57.

9. Батраков В.Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика: 2-е изд., перераб. и доп. М.,1998. 768 с.

10. Бахир В.М. Активированные вещества. Некоторые вопросы теории и практики / Изв. Акад. наук Узб. ССР: Сер. техн. наук. Ташкент, 1981. № 5. С.68-72.

11. Бахир В.М. О природе электрохимической активации сред / Докл. Аккад, наук СССР. М.,1986. Т. 286. № 3. С. 663-666.

12. Бахир В.М. Электрохимическая активация: история, состояние,перспективы. М.: ВНИИИМТ, 1999. 256 с.

13. Безрук В.М. Основные принципы укрепления грунтов. М.: ТранспортД987. 280 с.

14. Безрук В.М. Современные методы строительства дорожных оснований и покрытий из грунтов, укрепленных цементом, известью, битумом, дегтем: учеб. пособие. М.: Автотрансиздат, 1960. 364 с.

15. Безрук В.М. Укрепление грунтов в дорожном и аэродромном строительстве. М., 1971. 426 с.

16. Ваганов В.П. Экспериментальное изучение физико-химических закономерностей формирования кристаллизационных контактов при срастании отдельных кристаллов: автореферат дисс. . канд. техн. наук: спец. 05.17.11. М., 1975. 22 с.

17. Вагнер Г.Р. Физико-химия процессов активации цементных дисперсий. Киев: Наукова думка, 1980. 200 с.

18. Величко Е.Г., Белякова Ж.С. Физико-химические и методологические основы получения многокомпонентных систем оптимизированного состава// Строительные материалы. 1996. № 3. С.27-30.

19. Вернигорова В.Н., Макридин Н.И., Соколова Ю.А. Современные методы исследования свойств строительных материалов: учебное пособие. М.: АСВ, 2003. 240 с.

20. Вишневская Г.П. Проявление жидкостных и твердотельных свойств растворов по данным электронной релаксации парамагнитных ионов. Немарковские процессы // Физика твердого тела. М.) 2002. Т.44. Вып. 6. С.1011-1016.

21. Власов В.К. Об истинном В/Ц бетона и водопотребности заполнителя // Бетон и железобетон. 1991. №3. С.28-29.

22. Волженский A.B. Смешанные портландцементы повторного помола и бетоны на их основе. М., 1961. 106 с.

23. Глекель Ф.Л. Физико-химические основы применения добавок к минеральным вяжущим. Ташкент: Изд-во Фан, 1975. 200с.

24. Глуховский В.Д. Вяжущие композиционные материалы контактного твердения. Киев, 1991. С. 44-100.

25. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. М.: Стройиздат, 1971.300 с.

26. Горькова И.М. Структурообразование в глинах и его исследование в инженерной геологии / в кн. Исследование и использование глин. Львов,1958. С. 22-30.

27. Головлева В.К. Исследование электрофизических характеристик воды под воздействием СВЧ-излучения/ матер. Росс, научн.-техн. конф. по дифрак. и распростр. волн. Улан-Уде, 1996. с. 174-178.

28. Горькова И.М. Физико-химические исследования дисперсных осадочных пород в строительных целях. М.: Стройиздат, 1975. 150 с.

29. Горшков B.C. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ: учеб. пособие. М.,1981. 334 с. (Высшая школа).

30. Гранковский И.Г. Электрообработка жидкостей. Л.: Химия, 1976. 158с.

31. Грим P.E. Минералогия и практическое использование глин. М.: Мир, 1967.511с.

32. Грунтоведение / Е.М. Сергеев и др.. М.,1983. 388 с.

33. Гуменский Б.М. Основы физико-химии глинистых грунтов и их использование в строительстве. М., 1965. 255 с.

34. Дворкин Л.И, Кизимов В.П. Эффективные литые бетоны. Львов, 1986. 114 с.( Высшая школа).

35. Дерягин Б.В. Вода в дисперсных системах. М.: Химия, 1989. 288 с.

36. Детье, Ж. Глиняная архитектура: будущее старой продукции. М., 1981. 180 с.

37. Дистлер Г.И., Кобзарева С.А. Дальнодействие поверхностных сил твердых тел / в кн.: Исследования в области поверхностных сил. М.: Наука, 1967. С.17-35.

38. Доржиев П.А. Безобжиговые цементно-глиняные стеновыематериалы: дисс. . канд. техн. наук: спец. 05.23.05. Улан-Уде, 2004.130 с.

39. Еремина А.Н. Влияние активированной жидкости затворения на гидравлическую активность и твердение цементных систем автореф. дисс. . канд. техн. наук: спец. 05.17.11. Томск, 2002. 21 с.

40. Ефремов И.Ф. Влияние электрохимической активации воды затворения на структурообразование в неорганических дисперсиях // Журн. прикл. химии. М.,1988. Т.П. №2. С.303-306.

41. Зацепина Г.Н. Свойства и структура воды. М.: Изд-во МГУ,1974. С.35-44.

42. Зевин JI.C., Хейкер Д.М. Рентгеновские методы исследования строительных материалов. М.: Стройиздат, 1965. 361с.

43. Зедгенидзе И.Г. Планирование эксперимента при исследовании многокомпонентных смесей. М.: Наука, 1976. 390 с.

44. Злочевская Р.И. Общие представления о процессе гидратации глинистых грунтов / в кн. Вопросы инженерной геологии и грунтоведения. Вып. 2. М., 1968. С.55-80.

45. Злочевская Р.И. Связанная вода в глинистых грунтах. М., 1969. 176 с.

46. Злочевская Р.И. Состояние воды в глинистых породах // Вестник МГУ. М., 1986. №6. С.39-53

47. Кальчик Г.С. Ионизированная вода в технологии приготовления бетона // Строительные материалы и конструкции. Киев: Будивельник, 1996. №3. с.30-31.

48. Касторных Л.И. Добавки в бетоны и строительные растворы: учебно-справочное пособие. Ростов-на-Дону: Феникс, 2005. 221с.

49. Карбаинов Ю.А. Электрохимическая активация водных сред в новых ресурсосберегающих технологиях // Соровский образовательныйчжурнал. 1999. № 10. С.51-54.

50. Каушанский В.Е. Роль свойств жидкой фазы в процессе гидратации вяжущих материалов // Журн. прикл. химии. 1982. Т. 55. № 9. С. 19341939.

51. Классен В.И. Вода и магнит. М.: Наука, 1973. 112 с.

52. Клубова Т.Т. Роль глинистых минералов в преобразовании органического вещества и формировании порового пространства коллекторов. М.: Наука, 1965. 105 с.

53. Кнатько В.М. Теория синтеза вяжущих как научная основа химических методов укрепления дисперсных грунтов // Вестник Ленинград, госуд. ун-та. 1983. №24. С.5-11.

54. Комохов П.Г. Применение электрогидравлического эффекта для активирования воды затворения бетона // Строительные материалы из попутных продуктов промышленности.1987. С. 63-67

55. Коллоидная химия / Е.Д. Щукин и др.: 4-е изд. испр. М., 2006. 444 с. (Высшая школа.).

56. Кузнецова Т.В. Физическая химия вяжущих материалов: учебник для хим.-технол. спец. вузов. М., 1989. 384 с.(Высшая школа).

57. Кульчицкий Л.И. Вода в глинах и её роль в формировании инженерно-геологических свойств глинистых грунтов. М.: Недра, 1975. С. 22-31.

58. Кульчицкий Л.И. Роль воды в формировании свойств глинистых пород. М.: Недра. 1975.212 с.

59. Красильников К.Г. Скоблинская Н.Н. Сорбция воды и набухание монтмориллонита / в кн.: Связанная вода в дисперсных системах. Вып. 2. М.: Изд-во МГУ. 1972. С. 44-49.

60. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы/Ю.Г. Фролов. М.: Химия,1982. 400 с.62.