Виталова нина михайловна эффективные строительные материалы на основе торфа с улучшенными теплотехническими свойствами
Скачать 273.46 Kb.
|
На правах рукописи __________________ ВИТАЛОВА НИНА МИХАЙЛОВНА ЭФФЕКТИВНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ТОРФА С УЛУЧШЕННЫМИ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ Специальность 05.23.05 – Строительные материалы и изделия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Иваново 2012 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет» (ИГАСУ) на кафедре «Производство строительных материалов и изделий». Н  аучный руководитель доктор технических наук, профессор Гуюмджян Перч ПогосовичФГБОУ ВПО «Ивановский государст- венный архитектурно-строительный университет» Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Христофоров Александр Иванович ФГБОУ ВПО «Владимирский государ- ственный университет» кандидат технических наук, доцент Цыбакин Сергей Валерьевич ФГБОУ ВПО «Костромская государст- венная сельскохозяйственная академия» Ведущая организация ФГБОУВПО «Ярославский государ- ственный технический университет» (ЯрГТУ) Защита состоится « 17 » февраля 2012 г. в 13.00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДМ 212.060.01 при ГОУВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 153037, г. Иваново, ул. 8 Марта, 20 (www igasu.ru). С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный архитектурно-строительный университет» Автореферат разослан «___»___________2012 г. Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент Н.В. Заянчуковская Общая характеристика работы Актуальность темы. Проблема производства строительных материалов с улучшенными физико-механическими и теплофизическими свойствами с использованием в качестве сырьевых компонентов некондиционных веществ и отходов промышленности была и остается объектом исследований видных ученых как нашей страны, так и зарубежных. Большинство материалов, применяемых в качестве теплоизоляции, производятся на основе полимеров. Полимерные теплоизоляционные материалы обладают рядом недостатков: невысокая долговечность при эксплуатации, невысокая адгезионная способность, они выделяют токсичные вещества при разложении и горении, а также имеют невысокую прочность при изгибе и при сжатии. При создании строительных материалов многофункционального назначения мало внимания уделяется их экологической безопасности. Однако, этот показатель является одним из важнейших при возведении зданий жилищного назначения. Учет экологической безопасности строительных материалов на стадиях их производства и эксплуатации, должен быть определяющим фактором. Наиболее предпочтительным сырьевым компонентом для производства экологически безопасных строительных материалов с высокими теплофизическими характеристиками является торф. Строительные материалы из торфа обладают рядом положительных свойств и могут с успехом применяться в строительстве. Непереработанный торф, торфяная крошка, а также торфяные гранулы используются в качестве заполнителя для получения легких бетонов. При изготовлении стенового материала для малоэтажного строительства – саманный камень, кирпич, теплоизоляционные перегородки – в качестве заполнителя также используется торф. Торф применяется для изготовления вяжущих веществ в качестве активного наполнителя. Сотрудниками Томского государственного архитектурно-строительного университета разработан торфодревесный теплоизоляционный строительный материал на основе активированного низинного торфа с пенообразующими и армирующими добавками. Но наиболее распространенным способом применения торфа в нашей стране является изготовление торфяных теплоизоляционных изделий в виде плит, скорлуп и сегментов, используемых для теплоизоляции поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре от -60 до +100 о С, а также в строительных конструкциях зданий-холодильников. Теплоизоляционные материалы на основе торфа применялись и применяются при строительстве жилых, общественных и промышленных зданий в городской и сельской местностях. Это плиты торфяные теплоизоляционные по ГОСТ 4861-74 (отменен), а также очень популярные в нашей стране торфодревесные блоки «Геокар». Анализ свойств торфа и строительных изделий на его основе показал перспективность применения этого природного материала в качестве сырья для производства. Расширение области применения торфа в качестве основного компонента при производстве строительно-теплоизоляционных материалов многофункционального назначения определило актуальность дальнейших исследований в данной области. Потребности массового жилищного строительства в эффективных утеплителях необходимо удовлетворять продукцией отечественных производителей. Госстроем России в рамках Федеральной целевой программы «Жилище» 2002-2012 определена следующая потребность в эффективных теплоизоляционных материалах для строительства: при объемах нового строительства 80 млн. м2 жилой площади в год и реконструкции 20 млн. м2 понадобится около 18 млн. м3 теплоизоляционных материалов. Тематика исследования данной работы соответствует перечню приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации от 20.05.2011 г. раздел «Рациональное природоиспользование». Реализация этого направления позволит повысить уровень и качество жизни населения за счет увеличения уровня экологической безопасности, восстановления и рационального использования ресурсов. Цель работы. Разработка эффективных строительных материалов на основе торфа с улучшенными теплотехническими характеристиками, позволяющими применять их при возведении зданий жилого назначения. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: - создание композиционного материала на основе торфа с высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками путем введения вяжущих веществ и заполнителей, обеспечивающих получение легких теплоизоляционных изделий плотностью не выше 500 кг/м3 и прочностью при сжатии не менее 5 МПа, а также конструкционно-теплоизоляционных изделий плотностью не выше 900 кг/м3 и прочностью при сжатии не менее 10 МПа с коэффициентом теплопроводности не более 0,08 Вт / м · К и классом горючести не ниже Г2; - исследование свойств строительных теплоизоляционных материалов на основе торфа, подбор состава и технологических параметров получения мелких и штучных изделий, с применением природных вяжущих веществ и заполнителей; - изучение физико-механических характеристик полученных строительных материалов и изделий: средняя плотность, прочность при сжатии и при изгибе, теплопроводность, морозостойкость и водопоглощение; - исследование влияния добавок, повышающих физико-технические свойства изделий из торфа. Повышение температуры воспламенения путем введения шунгита в состав композита; - разработка технологической схемы и технических условий производства теплоизоляционных строительных материалов и изделий из торфа для возведения зданий жилого назначения; - расчет экономической эффективности при выпуске продукции; - внедрение результатов теоретических и экспериментальных исследований в производство и выпуск опытной партии строительных материалов из торфа. Научная новизна - теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность создания строительных материалов и изделий из торфа; - исследовано влияние технических параметров компонентов и технологии изготовления на физико-механические свойства готовых изделий на основе торфа с целью их прогнозирования; - научно обоснована целесообразность использования вяжущих – гипса и цемента и заполнителя - шунгита для получения композиционных материалов на основе торфа с высокими строительно-эксплуатационными свойствами – прочностью, морозостойкостью, водопоглощением, огнестойкостью; - исследована структура разработанных композиционных материалов на основе торфа с целью прогнозирования физико-технических показателей (прочность, морозостойкость, водопоглощение). Практическая ценность - разработан высокоэффективный экологически безопасный и трудносгораемый теплоизоляционный строительный материал на основе торфа, обладающий плотностью не более 500 кг/м3, прочностью при сжатии не менее 5 МПа, который может быть использован в качестве утеплителя при возведении зданий жилого и сельскохозяйственного назначений, а также конструкционно-теплоизоляционный материал плотностью не выше 900 кг/м3, прочностью при сжатии не менее 10 МПа, коэффициентом теплопроводности до 0,08 Вт / м ∙ К, классом горючести Г 2, маркой по морозостойкости F15 и низким водопоглощением (коэффициент размягчения 0,5), который может быть использован в качестве стенового ограждения малоэтажных зданий; - предложены составы композиций для производства строительных изделий конструкционно-теплоизоляционного назначения из торфа с использованием в качестве вяжущих веществ гипса и цемента, а в качестве заполнителя – шунгита, который позволяет повысить огнестойкость материалов; - разработана технология производства торфяных штучных теплоизоляционных материалов с подбором необходимого оборудования для их выпуска, которая внедрена на существующей производственной базе ОАО «Южа – Торф» и позволяет получать материал с заранее заданными свойствами. Реализация результатов Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также техническое задание и технологическая схема с подбором необходимого оборудования внедрены в производство на ОАО «Южа - Торф» а также в ОАО институт «Ивановопроект» и ЗАО «Ивановский Проектный институт по градостроительству, промышленности и изысканиям №6», диссертант награждена дипломом IV Ивановского инновационного салона «Инновации – 2007». На защиту выносятся - результаты теоретических и экспериментальных исследований структурной модификации строительных материалов многофункционального назначения на основе торфа с использованием вяжущих веществ и заполнителей; - результаты исследования влияния состава торф - минеральное связующее - активный заполнитель на свойства строительных изделий конструкционно-теплоизоляционного назначения; - технологическая схема производства строительных материалов и изделий из торфа с подбором необходимого оборудования методом полусухого прессования без последующей термической обработки; - новый состав строительных материалов повышенной огнестойкости на основе торфа плотностью не более 900 кг/м3 и прочностью при сжатии до 10 МПа. Апробация работы Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских научно-технических конференциях: XI Международная научно –техническая конференция «Информационная среда вуза», г. Иваново 2005 г., XV Международная научно – техническая конференция «Информационная среда вуза», г. Иваново 2008 г., XVII Международная научно – техническая конференция «Информационная среда вуза», г. Иваново 2010 г., XVIII Международная научно – техническая конференция «Информационная среда вуза», г. Иваново 2011 г., V научая конференция аспирантов и соискателей ИГАСУ, г. Иваново, 2007. Публикации По результатам диссертационной работы опубликовано 14 печатных трудов, включая материалы вузовских, международно-технических конференций, а также 3 статьи в изданиях из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, определенных ВАК РФ. Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов, библиографического списка и приложения. Диссертация изложена на 165 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 29 таблиц и библиографический список из 157 наименований. Основное содержание работы. Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, научная новизна, практическая значимость выбранного направления. Первая глава посвящена обзору современного состояния применения торфа в качестве сырья для производства строительных материалов. Дана отраслевая классификация торфа с учетом его минералогического состава. Отмечено, что существенное внимание при производстве строительных материалов необходимо уделять изделиям, имеющим высокие теплофизические свойства и малую плотность. Повышенные требования, предъявляемые к теплоизоляционным и эксплуатационным свойствам строительных изделий стали основой для разработки целого ряда новых композиционных материалов как на минеральных, так и на органических вяжущих веществ. Над их созданием работали и продолжают работать такие видные научные деятели, как Ю.М. Баженов, К.Д. Некрасов, А.А. Христофоров, Б.А. Крылов, Е.М. Чернышов и ряд других исследователей. В последние годы появились исследования, посвященные разработке составов и технологий получения легковесных теплоизоляционных материалов из некондиционных сырьевых компонентов, в том числе и на основе торфа. Из торфа изготавливают теплоизоляционные плиты, входящие в ограждающие конструкции изотермических вагонов, трубопроводов, междуэтажных и чердачных перекрытий. Торфяные плиты по своим теплоизоляционным и звукоизоляционным свойствам превосходят многие материалы аналогичного назначения. Низкая водопроницаемость торфяных строительных материалов объясняется их водоотталкивающей способностью. Торф имеет структуру, при которой находящаяся в его порах вода им же вытесняется наружу. Однако, несмотря на ряд положительных качеств торфа, присущая ему горючесть ограничивает применение этого материала для изготовления строительных конструкций. На основании обзора литературных источников была сформулирована рабочая гипотеза, которая заключается в следующем: необходимо разработать строительные конструкционно-теплоизоляционные материалы и изделия с высокими эксплуатационными свойствами, огнестойкостью, а также разработать технологическую схему производства с подбором необходимого оборудования для ее осуществления. Во второй главе приведены краткие характеристики используемых материалов, приборов, методов экспериментальных исследований. Для получения строительных теплоизоляционных материалов из торфа в качестве вяжущих были использованы гипс Г6 – Г7 – полуводный сульфат кальция (Ca SO4 ∙ 0,5H2O) Пешеланского гипсового завода Нижегородской области ГОСТ 125-79, цемент производства ОАО «Мордовцемент» ГОСТ 31108-2003, тип ЦЕМ-1, класс прочности 42,5Б, цемент быстротвердеющий без минеральных добавок, содержание двухкальциевого силиката (3СаО ∙ SiО2 + 2СаО ∙ SiО2) в клинкере не менее 67%. Определение предела прочности образцов при сжатии проводилось на образцах размерами 40 × 40 × 40 мм в соответствии с ГОСТ 30144-2001, сроков схватывания – в соответствии с ГОСТ 30744-2001. В качестве мелкозернистого заполнителя использовался молотый шунгит ГОСТ 9757-90, предварительно измельченный в мельнице ударного принципа действия. Тонкость помола определялась с применением контрольного сита № 009 по ГОСТ 6613. Теплофизические свойства торфогипсовых и торфоцементных образцов определялись на измерителе теплопроводности марки ИТП-МГ4-100 по стандартной методике. Образцы изготавливались из торфа месторождения Ивановской области предприятия «Южа-Торф» низинного типа со степенью разложения 44,5% и естественной влажностью 55%. Третья глава посвящена разработке композиционного материала из торфа с использованием при этом гипсового вяжущего. Необходимым условием при подборе состава было получение композиционного материала заданной плотности и прочности. С учетом этого основополагающим фактором при выборе оптимальных технологических параметров получения композита было обеспечение относительно высоких механических характеристик и минимальной средней плотности изделий. Прочность композиционного материала определяется по формуле Келли-Орована   (3.1)где G – удельная свободная поверхностная энергия, Н/м2 на 1 м2 ; Е – модуль упругости, Н/м2; k – коэффициент, учитывающий переход от хрупкого к вязкому разрушению; l0 – межатомное расстояние, м; (δ/δ*)n - отношение толщин плёнок среды и вяжущего вещества; n – показатель степени, зависящий от плотности упаковки микрочастиц вяжущего вещества; r/rо – отношение межмолекулярных расстояний в микроструктуре вяжущего вещества соответственно в моменты разрушения и отталкивания; ρ – показатель пористости структуры, %; ℓк – суммарная величина дефектов, способствующих концентрации напряжений, определяемая из теории Гриффитса. Исследование влияния способа перемешивания компонентов на физико-механические характеристики торфогипсового композита проводилось с целью выяснения способности составляющих композиционного материала взаимодействовать между собой. Исследовались следующие варианты процесса перемешивания компонентов торфогипсовой смеси (табл.1). Таблица 1
| ||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Композиционные материалы Будет максимальное использование отходов различных производств, отработавших изделий, местного и домашнего мусора. Строительные материалы... | | Композиционные материалы Будет максимальное использование отходов различных производств, отработавших изделий, местного и домашнего мусора. Строительные материалы... |
| Кириченко Н. Б. К431 Автомобильные эксплуатационные материалы: Учеб... К431 Автомобильные эксплуатационные материалы: Учеб по собие для сред проф образования / Нина Борисовна Кири ченко. — М.: Издательский... |  | Системы технологий промышленности. Строительные материалы Основные виды строительных материалов, их классификация и применения в строительстве |
| 1. Цель и задачи изучения дисциплины (учебного курса) В. 3 «Строительные материалы при усилении, восстановлении и реконструкции зданий и сооружений» | | Программа вступительного экзамена в аспирантуру по специальности... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Конспект занятия «Знакомство со свойствами бумаги» Методические материалы для студентов дневного отделения | | «Строительные машины» ... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... В состав мо входят восемь учителей: Ирина Борисовна учитель информатики, Эльвира Равильевна учитель математики, Ольга Евгеньевна... | | Реферат по материаловедению Тема: Теплоизоляционные материалы Целью работы является ознакомление со свойствами теплоизоляционных материалов, их использованием и предназначением |
| Федоренко Людмила Михайловна Учитель моу сош №47, г. Хабаровск. Кривонос... Цель урока: ознакомить учащихся с понятиями: «силуэт», «стиль в одежде», с видами женского легкого платья, с эстетическими, гигиеническими... | | План реферата по курсу «Местные строительные материалы» анализ сырьевой... Кузнечевский кскм, Завод силикатного кирпича, Уемский керамический комбинат, «Росснор», лесозавод |
| Методическая разработка проектная работа в урочной и внеурочной деятельности... Обращение к школьникам города: девчонкам и мальчишкам, подросткам, старшеклассникам, всем и каждому | | Программа вступительного экзамена по направлению подготовки Направление... Строительные материалы. Под общей ред. В. Г. Микульского и Г. П. Сахарова М.; Изд-во асв, 2007 |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... О событиях военных лет очень много рассказано в книгах, показано в фильмах. Люди, которые жили в западной части нашей страны, своими... | | Урок «Химические вещества как строительные и поделочные материалы» Цель урока: Формирование знаний о химических веществах ( мел, мрамор, известняк, стекло, цемент), как о строительных и поделочных... |
