авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Лёгкие бетоны с гранулированным органическим заполнителем, направленно изменяемой структурой и микроармирующими минеральными добавками

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ХРИТАНКОВ Владимир Фёдорович

ЛЁГКИЕ БЕТОНЫ С ГРАНУЛИРОВАННЫМ ОРГАНИЧЕСКИМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ,

НАПРАВЛЕННО ИЗМЕНЯЕМОЙ СТРУКТУРОЙ И МИКРОАРМИРУЮЩИМИ МИНЕРАЛЬНЫМИ

ДОБАВКАМИ

05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Новосибирск - 2009

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Новосибирский государственный аграрный университет» Министерства сельского хозяйства РФ

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Пичугин Анатолий Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Верещагин Владимир Иванович

доктор технических наук, профессор

Плетнев Петр Михайлович

доктор технических наук, профессор

Хозин Вадим Григорьевич

Ведущая организация: Томский государственный архитектурно-

строительный университет

Защита состоится «17» ноября 2009 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.171.02 при Новосибирском государственном архитектурно-строительном университете (Сибстрин) по адресу: 630008, г. Новосибирск, ул. Ленинградская, 113, НГАСУ (Сибстрин), учебный корпус, ауд. 239.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « ___» _____________ 200_ г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук А.Ф. Бернацкий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современные требования к теплотехническим и звукоизолирующим показателям ограждающих конструкций вызвали необходимость поиска путей улучшения этих свойств. Целесообразным является использование местного органического сырья в виде торфа, отходов деревообработки, камыша, соломы, коры и др. Осо­бого внимания заслуживает применение торфа, представляющего собой поч­венную массу с достаточно высокими теплоизолирующими свойствами. В строительстве торф применяется в основном в качестве теплоизоляционного материала в виде плитного утеплителя с достаточно вы­сокими теплофизическими характеристиками. Уникальные свойства торфа: низкая плотность (< 120 - 180 кг/м3), малая теплопроводность обусловливают целесообразность его использования в качестве крупного заполнителя легких бетонов. При опреде­ленных составах и технологических режимах может быть достигнуто не только улучшение структуры и снижение коэффициента теплопроводно­сти, но и увеличение звукопоглощающей способности легкого бетона. Кроме того, за счет впитывания заполнителем воды из бетонной смеси и после­дующего самоуплотнения при набухании могут быть созданы оптимальные условия формирования цементного камня, что позволяет снизить его пористость, повысить прочность и обеспечить минимальный расход вяжущего. Применение торфозаполнителя и другого растительного сырья ведет к получению экологически чистого материала.

Диссертационное исследование выполнялось по программе «Комплексное ис­пользование минерального сырья» в рамках общероссийской програм­мы 01.87.0.001.003 Минсельхоза Российской Федерации: тема ХIУ «Разработать методы повышения долговечности и эффективности ра­боты строительных конструкций сельскохозяйственных зданий и со­оружений», по программе 5.02 «Экология, охрана окружающей сре­ды Сибири» в период 1995-2007 гг. и в соответствии с научно-технической программой Новосибирского государственного аграрного университета «Создание и опытно-промышленное освоение новых энергосберегающих технологий и техники модульного исполнения для производства строительных материалов из местного сырья и промышленных отходов». Исследования проведены в на­учных лабораториях институтов СО РАН, Новосибирского государственного аг­рарного университета, НПО «СибГЕО», Испытательного центра «СибНИИстрой» и др.

Цель работы. Создание научных основ, разработка составов и технологии получения легких бетонов с повышенными звукопоглощающими и теплоизоляционными свойствами на основе гранулированного торфа и других органических заполнителей, являющихся местным сырьем и отходами производства, для использования в жилищном и промышленном строительстве.

Основные задачи работы. Отработать технологию регулирования свойств легкого бетона и, соответственно, его звукопоглощающей способности за счет оптимизации соотношения волокнистых составляющих и направленного изменения пористой структуры.

Установить закономерности влияния грануляции торфозаполнителя и другого органического сырья и способов защиты гранул на свойства легкого бетона и оптимизировать состав материалов.

Разработать методы нейтрализации редуцирующих веществ и вредного воздействия органических компонентов, выделяемых из торфа и растительного сырья, на цементный камень, а также варианты технологической пластификации составов легкобетонных смесей.

Отработать способы упрочнения цементного камня введением микроармирующих минеральных добавок в составе легкого бетона с использованием в качестве крупного заполнителя торфа и других природных органических материалов.

Разработать методы расчета теплофизических и звукопоглощающих свойств легкого бетона с направленно изменяемой гранулометрией крупного заполнителя.

Определить показатели водостойкости, влагонасыщения и набухания торфозаполнителя в легком бетоне и разработать методы регулирования этих свойств.

Определить эксплутационные свойства по результатам испытаний в лабораторных и производственных условиях и осуществить прогноз эксплуатационной стойкости легкобетонных изделий и стен с улучшенными теплофизическими и шумопоглощающими характеристиками.

Разработать схемы производства легкого бетона с торфозаполнителем и другими органическими заполнителями растительного происхождения по заводской и монолитной технологиям; разработать нормативно-техническую документацию и осуществить технико-экономическую оценку работы по результатам производственного внедрения.

Научная новизна. Разработаны теоретические положения по формированию легких бетонов на гранулированном органическом крупном заполнителе с направленно изменяемой структурой, эффективно снижающие шумы одновременно на низких, средних и высоких звуковых частотах.

Установлены закономерности влияния количества торфозаполнителя и другого органического сырья на акустические характеристики материала и его звукопоглощающие свойства за счет изменения технологического режима получения гранулированного торфозаполнителя, заключающегося в регулировании давления прессования и содержания органического волокнистого компонента.

Установлено, что для получения легкого бетона с плотностью до 550 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности менее 0,20 - 0,30 Вт/(м.оС) необходимо введение в его состав не менее 60 % по объему торфа или растительного сырья. Для использования в качестве заполнителя легких бетонов предложено гранулирование торфа и других дисперсных волокнистых материалов растительного происхождения с обеспечением плотности гранул не более 300 кг/м3 и прочности их при сжатии более 1,5-2,0 МПа; при этом, давление прессования при гранулировании должно составлять не менее 15 МПа. Оптимальное соотношение количества портландцемента и гранулированного торфо- или органического заполнителя в легких бетонах составляет (по массе) 1,0 : 0,6 - 0,8.

Установлено, что для предотвращения отрицательного действия на процесс гидратации цемента выделяемых из гранул крупного органического заполнителя веществ целесообразно нанесение на их поверхность гипсоизвестковой композиции при соотношении гипса и извести (% мас.) 90-75 : 10-25 или полимерсиликатной композиции из натриевого жидкого стекла и ПВА при соотношении (% мас.) 60-75 : 25-40. Использование такого покрытия позволяет снизить водоцементное отношение на первом этапе твердения за счет водопоглощения крупного заполнителя. В последующем за счет набухания гранул создается избыточное давление, обеспечивающее уплотнение цементного камня. Применение гипсоизвесткового покрытия обеспечивает упрочнение структуры, повышение микротвердости цементного камня в зоне его контакта с гранулами торфа. Использование полимерсиликатной композиции приводит к консервации гранул и снижению отрицательного влияния редуцирующих веществ на свойства легкого бетона.

Установлено, что для повышения качества композиционных материалов, включающих минеральные вяжущие вещества, целесообразно введение в их состав дисперсных микроармирующих кальцийсодержащих добавок, таких как, волластонит и диопсид. Введение в состав бетонных смесей этих соединений взамен 20-40% цемента обеспечивает упрочнение структуры, повышение механической прочности и водостойкости продуктов гидратационного твердения, что обусловлено действием адсорбционного энергетического поля вводимых добавок при формировании органоминерального композита и микроармированием цементного камня.

Установлено, что применение гранулированного органического материала в качестве крупного пористого заполнителя легких бетонов позволяет получать изделия с плотностью до 550 кг/м3, пределом прочности при сжатии от 2,5 до 5,0 МПа, коэффициентом водостойкости 0,85-0,92, коэффициентом теплопроводности от 0,14 до 0,31 Вт/(м.оС) и коэффициентом звукового поглощения от 0,3 до 0,7. Использование гранулированного торфа и органического сырья в качестве заполнителя легких бетонов позволяет значительно улучшить его звукоизолирующие свойства во всех диапазонах звуковых волн за счет формирования направленно изменяемой структуры, а также вследствие повышенной пористости самого органического материала, его природы и волокнистого строения торфа и другого растительного сырья.

Экспериментально установлено, что стены зданий, возведенные из легкого бетона с гранулированным торфозаполнителем и другими растительными материалами, сформированными по принципу направленно изменяемой структуры, теплее обычных легкобетонных стен в среднем на 5,0-5,5 оС, а влажность материала на внутренней поверхности ограждения ниже в 1,3-1,4 раза, что свидетельствует об осушающем действии природного органического сырья в бетоне и улучшении микроклимата в помещениях в целом. При равной толщине стен термическое сопротивление ограждений возрастает в 1,8-2,1 раза, сокращается их масса на 40-60 % и повышается шумозащита в 2-3 раза.

Практическая значимость результатов работы.

1. Разработаны составы бетона и технология производства легкобетонных стен на крупных органических заполнителях с высокими коэффициентами поглощения шума в широком диапазоне звуковых частот и повышенными физико-механическими показателями.

2. Разработана методика расчетной и экспериментальной оценки шумопоглощающих характеристик легких бетонов на органических заполнителях, что позволяет проектировать и изготавливать материалы с заданной структурой и шумопоглощающими свойствами.

3. Предложены способы гранулирования торфа и другого растительного сырья с защитой поверхности его частиц гипсоизвестковой композицией или полимерсиликатным составом, обеспечивающие использование органических материалов в качестве пористого заполнителя легких бетонов.

4. Предложены составы легких бетонов с гранулированным торфозаполнителем и другими растительными материалами, имеющие прочность при сжатии 2,5-5,7 МПа, коэффициент теплопроводности 0,14-0,31 Вт/(м.оС) и повышенные звукопоглощающие свойства за счет формирования направленно изменяемой структуры.

5. Разработаны монолитная и заводская технологии производства легкобетонных стен и изделий с гранулированным органическим заполнителем. Подготовлены и утверждены временные технические условия ВТУ-1950-310-003-06, ВТУ-1950-310-004-08 «Блоки стеновые из легких бетонов с направленно изменяемой пористой структурой», а также «Рекомендации по изготовлению легкого бетона на гранулированном торфозаполнителе и органическом сырье с улучшенными теплофизическими и акустическими показателями».

6. Разработанные материалы и технологические процессы внедрены при строительстве жилых и хозяйственных зданий в Куйбышевском, Чановском, Барабинском районах Новосибирской области. Многолетнее наблюдение за состоянием эксплуатируемых объектов показало высокие эксплутационные показатели легкого бетона с гранулированным органическим заполнителем при формировании направленно изменяемой структуры, а также высокую экономическую эффективность от их использования.

Апробация работы. Отдельные разделы диссертационной работы докладывались на международных, всесоюзных, всероссийских, региональных, межвузовских и внутривузовских научных конференциях, семинарах, совещаниях в г.г. Новосибирске, Барнауле, Владивостоке, Москве, Челябинске, Бийске, Красноярске, Казани, Томске, Одессе, Полтаве, Харькове, Тарту и других городах России, стран СНГ и Прибалтики с 1990 по 2009 гг.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано свыше шестидесяти научных работ, включая три монографии и патенты на изобретения, в том числе в реферируемых и рекомендованных ВАК России изданиях с внешним рецензированием - 10 статей.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов по работе и приложений; содержит 278 страниц текста, 54 рисунка, 43 таблицы и список литературы из 267 наименований.

Автор защищает:

- теоретическое и экспериментальное обоснование по получению легких бетонов на органическом крупном заполнителе с направленно изменяемой структурой, эффективно снижающих шумы во всем диапазоне звуковых частот;

- взаимосвязь между технологическими особенностями процесса гранулирования торфа и другого растительного сырья для их использования в качестве крупного заполнителя легких бетонов и структурными параметрами, позволяющими регулировать звукопоглощающие свойства легких бетонов;

- методы нанесения и составы защитных покрытий на гранулах органического заполнителя, обеспечивающие нейтрализацию отрицательного действия на процесс гидратации цемента органических соединений, выделяющихся из торфа и других материалов растительного происхождения;

- результаты исследования упрочняющего действия микроармирующих дисперсных минеральных добавок (волластонит, диопсид) в составе композиционных материалов, содержащих вяжущие вещества;

- технологические схемы изготовления легких бетонов на основе торфа и других органических заполнителей (представляющих собой отходы производства и местное сырье), обладающих повышенным звукопоглощением;

- методы расчета звукопоглощающей способности легких крупнопористых бетонов с гранулированным органическим крупным заполнителем с направленно изменяемой структурой и результаты определения свойств легких бетонов на основе торфа и других органических заполнителей;

- результаты производственного опробования и внедрения разработанных составов по заводской и монолитной технологиям, технико-экономическую оценку разработанной технологии легких бетонов с улучшенными акустическими свойствами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность проведенного исследования, сформулированы цель и задачи работы, приведены научная новизна и практическая значимость выполненных исследований, а также перечислены основные положения и результаты, выносимые автором на защиту.

Первая глава (Анализ состояния вопроса и проблемы исследований) посвящена анализу роли акустических материалов в решении проблемы борьбы с шумом и в создании благоприятных санитарно-гигиенических условий в жилых и общественных зданиях.

Звукопоглощающие материалы находят применение в большинстве случаев защиты от шума. Существенную роль играет структурный фактор материалов, неразрывно связанный с его пористостью. Сообщающаяся пористость чрезвычайно важна для процесса поглощения звука. Обобщая экспериментальные данные по звукопоглощению акустических материалов различной структуры, следует отметить, что наиболее эффективными для целей звукопоглощения являются материалы волокнистой структуры. При проектировании новых видов материалов, важной функцией которых является гашение шума разнополосных частот, целесообразно в качестве основного сырья использовать тонкодисперсные волокна. Форма пор оказывает заметное влияние на звукопоглощение особенно при низкой пористости. Однако и эти материалы обладают низкой поглощающей способностью звуковых волн на низких частотах (от 16 до 500 Гц).

Значительные трудности в технологии легких бетонов с органическими заполнителями связаны со стабилизацией цементной связки, обеспечением процесса единой работы её с заполнителями. В качестве нейтрализаторов редуцирующих веществ применяют целый ряд соединений: жидкое стекло, лакокрасочные составы и полимерные смолы, а также отходы химических производств, содержащие пленкообразующие вещества.

В настоящее время не уделяется должного внимания научным исследованиям и практическому использованию органоминеральных бетонов, многообразные специфические свойства которых позволяют существенно расширить их эффективное применение. Необходимы работы по использованию камыша, торфа, соломы, опилок в технологии строительных материалов в связи со значительным объемом выхода этих сырьевых ресурсов как побочного продукта деревообработки и сельского хозяйства и необходимостью решения экологических проблем их использования. Получение легких бетонов для стен зданий, работающих в суровых климатических условиях, особенно актуально для сибирских и северных территорий. На основе анализа литературных данных сформулированы цель и задачи исследований.

Вторая глава (Материалы для создания звукопоглощающего легкого бетона и методы исследования его свойств) посвящена методологии исследования, характеристике сырья и материалов, выбору аналитической аппаратуры для оценки их структуры и свойств. Для исследования происходящих процессов на микро- и макроуровнях использовались физико-химические методы и математическое моделирование структур и процессов. В опытах применялись следующие сырьевые материалы.

Торф представляет собой почвенную массу с достаточно высокими теплоизолирующими свойствами, низкой плотностью (менее 120 – 180 кг/м), малой теплопроводностью, доступностью и технологичностью при переработке. Прямое использование торфа ограничено большим количеством редуцирующих веществ и высокой кислотностью. По компонентному составу органическая часть торфа представляет собой набор следующих веществ (% мас.): лигнин - 5… 20; гуминовые кислоты - 12…15; целлюлоза - 4…10; битумы - 2…8; водорастворимые компоненты - 1…5. Используемый в исследованиях торф, расположенный на территории Новосибирской области, является низинным. К этому типу относится более 61 % его месторождений.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.