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:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |

Научные основы получения плотных, пористых заполнителей и бетонов различного функционального назначения из природного и техногенного сырья кольского полуострова

-- [ Страница 4 ] --

зованных пеной на основе синтетического композиционного пенообразователя, и показана возможность для легкого бетона марок 75-50 сокращения расхода цемента на 11-15% и шунгизитового песка до 50%. Разработка по использованию синтетического пенообразователя на основе скрубберной пасты внедрена при производстве стеновых панелей в ПКПО «Апатитстройиндустрия».

Результаты проведенных исследований показывают, что имеются объективные условия для освоения местных сырьевых ресурсов, пригодных для получения пористых заполнителей, в первую очередь крупных залежей вспучивающихся сланцев на полуостровах Средний и Рыбачий. Обнаруженные проявления обеспечены прогнозными ресурсами, исчисляемыми более чем 600 млн м3, их добыча может быть осуществлена открытым способом, а перевозка до Мурманска - наиболее дешевым морским транспортом. Дальность транспортировки сланцев с наиболее крупного проявления Цыпнаволок (полуостров Рыбачий) до Мурманска водным путем составляет приблизительно 100 км, дальность перевозки шунгитовых сланцев из Карелии (Кондопожский шунгитовый завод) железнодорожным транспортом до Мурманска около 1000 км. Установлена технико-экономическая эффективность использования местных вспучивающихся сланцев для получения пористого заполнителя вместо привозного карельского шунгитсодержащего сырья. При годовой потребности в 120 тыс. т исходного сырья ожидаемый экономический эффект от сокращения транспортных затрат составляет 10.9 млн руб.

Глава 5 посвящена разработке эффективных видов вермикулитсодержащих теплоизоляционных, негорючих, огне- и жаростойких материалов, краткая характеристика которых дана ниже.

Теплоизоляционный негорючий вермикулитопенобетон для кровельных покрытий. Отказ от использования для кровельных покрытий горючих теплоизоляционных материалов, например широко применяющихся пенополистирольных плит, способствует повышению пожарной безопасности зданий и сооружений. Одним из прогрессивных видов негорючего утеплителя кровельных покрытий могут быть материалы на основе вспученного вермикулита и цемента, предварительно подвергавшихся высокотемпературной обработке и обеспечивающих полную несгораемость утеплителя при пожаре. Немаловажным аспектом при разработке вермикулитсодержащего материала является получение утеплителя низкой плотности во избежание превышения расчетной нагрузки покрытия на несущие конструкции; при этом должен быть обеспечен такой эксплуатационный показатель, как минимальная прочность при сжатии - 0.15-0.2 МПа.

Эффективным способом улучшения качества легкобетонных смесей, в том числе снижения плотности, является их поризация высокоустойчивыми пенами. В задачу исследований входила разработка на основе противопожарного пенообразователя, обеспечивающего получение высокократных, но малоустойчивых пен, пен с коэффициентом стойкости в цементном тесте не менее 0.9 для поризации вермикулитобетонных смесей.

Для проведения исследований был выбран широко используемый в пожаротушении пенообразователь ПО-6. С целью повышения устойчивости пен на основе ПО-6 вводились добавки водорастворимых полимеров, в частности, поливинилового спирта, поливинилацетатной дисперсии и карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ). Стабилизирующее действие этих добавок заключается в образовании высоковязких адсорбционных слоёв в средней части пенных пленок, замедляющих процесс стекания и разрушения.

Наиболее эффективным модификатором ПО-6 оказалась добавка КМЦ 2-3%-й концентрации, существенно влияющая на основные физико-химические свойства пены: кратность, устойчивость и степень синерезиса. Кратность пены из растворов ПО-6 3-6%-й концентрации, диспергированных в течение 1 мин., достигает 81-86 (при СПО-6 = 3-4% через 15-30 мин. с начала получения пены). Введение КМЦ позволяет получить пену требуемой для легкобетонных смесей кратности.

Установлено, что если время разрушения 20% объема пены на основе ПО-6 составляет 5 мин., то бинарная смесь пенообразователя позволяет увеличить этот показатель не менее чем в 3 раза. Если время разрушения 50% объема пены с ПО-6 (W50) не превышает 45 мин. (интервал 15-45 мин.), то W50 для композиционного пенообразователя увеличивается более чем в 4 раза (>180 мин.).

Пены на основе ПО-6, модифицированные добавкой КМЦ, характеризуются сравнительно медленным процессом синерезиса (рис. 11). Так, максимальная величина обезвоживания пен с использованием КМЦ через 5 мин. не превышает 20%, а через 15 мин. – 50%, в то время как степень синерезиса для пен на основе немодифицированного ПО-6 составляет не менее 80-95%. Показано, что для бинарного пенообразователя

  Изменение степени-11

Рисунок 11 – Изменение степени синерезиса пены во времени из раствора ПО-6 с добавкой КМЦ. Концентрация раствора ПО-6, %: А – 3; Б – 4; В – 5; Г – 6. Содержание КМЦ, %: 1 – 0; 2 – 2; 3 – 2.5; 4 – 3

коэффициент стойкости пены в цементном тесте за счет модификации ПО-6 существенно возрастает с 0.7-0.8 до 0.9-0.98. Оптимальный состав композиционного пенообразователя повышенной стойкости для поризации вермикулитобетонных смесей может быть представлен следующей бинарной смесью: 3-5%-й раствор ПО-6 с добавкой 2-3% КМЦ.

Учитывая высокую стойкость разработанного пенообразователя, опробован одностадийный способ получения вермикулитопенобетонной смеси с использованием высокоскоростного смесителя, отличающийся от традиционного способа получения легкобетонных поризованых смесей по двухстадийной схеме, когда отдельно приготавливается пена (пеномешалка, пеногенератор) и подаётся в получаемую в смесителе вермикулитобетонную смесь. Этот способ является практически единственным при получении поризованных смесей в роторных мешалках, например широко используемых РМ-750, где ротор находится в цилиндрической части на значительной высоте от дна мешалки – выше ее конусной части. В рассматриваемом нами варианте в смеситель сначала заливается необходимое для приготовления замеса количество воды, затем добавляется раствор пенообразователя и осуществляется за счет вращения ротора взбивание пены, далее в смеситель подается цемент (при необходимости тонкомолотые минеральные добавки) и в последнюю очередь - вермикулит, что предохраняет его от интенсивного разрушения. Следует отметить, что при наличии высокостойкой пены не происходит оседания на дно мешалки цемента, как наиболее тяжелой составляющей смеси, и он равномерно распределяется в пеномассе.

На рис. 12 приведены зависимости плотностей вермикулитопенобетонной смеси (подвижность 12-14 см), вермикулитопенобетона и прочности при сжатии от расхода цемента. При расходе основных компонентов на 1м3 бетона в пределах 140-180 кг возможно получение вермикулитопенобетона с заданными свойствами: плотностью 330-390 кг/м3 и пределом прочности при сжатии 0.2-0.4 МПа. Коэффициент теплопроводности при этих плотностях составляет 0.1-0.115 Вт/(м·К). Огневые испытания подтвердили, что бетон относится к группе негорючих материалов.

  Изменение плотности бетонной-12 Рисунок 12 – Изменение плотности бетонной смеси (1), плотности бетона (2) и прочности его при сжатии (3) в зависимости от расхода цемента. Соотношение цемент : вермикулит – 1:1 по массе. Концентрация ПО-6 – 3%, количество КМЦ – 2%

  Конструкция покрытия: 1 –-13

Рисунок 13 – Конструкция покрытия: 1 – профилированный настил, 2 – пароизоляция из слоя армогидробутила, 3 – утеплитель из вермикулитопенобетона, 4 – стяжка из цементно-песчаного раствора, 5 – гидроизоляционный ковер из двух слоев армогидробутила

На рис. 13 представлена конструкция кровельного покрытия с теплоизоляционным слоем из вермикулитопенобетона, опытно-промышленная проверка устройства которого осуществлялась на одном из крупных энергетических объектов Мурманской области. Объект относится к помещениям с избыточным тепловыделением и «сухим» влажностным режимом (влажность внутреннего воздуха в среднем 30%). Теплотехническим расчетом кровельного покрытия, выполненного совместно с отделом покрытий и кровель ЦНИИПромзданий с учетом требований СНиП II-3-79**, было установлено, что при плотностях вермикулитопенобетонного утеплителя 300, 350 и 400 кг/м3 его толщина должна составлять 7, 7.5 и 8 см.

Схема получения вермикулитопенобетонных плит приведена на рис. 14. Средний расход материалов для приготов­ления 1 м3 смеси требуемого качества, исходя из результатов экспериментальных работ, составлял по массе 1:1:0.02:0.08:2.3 (цемент : вермикулит : ПО-6 : 10%-й раствор КМЦ : вода). Отдозированные на замес вода, пенообразователь и КМЦ (заранее готовился 10%-й раствор) подавались в скоростную

мешалку РМ-750, где за счет вращения ротора в течение 4-5 мин. взбивалась пена. Затем в мешалку последовательно и равномерно вводились цемент и вермикулит в течение 2-3 мин. каждый. Приготовленная смесь (подвижность по конусу ПГР 12-14 см)

  Технологическая схема-14

Рисунок 14 – Технологическая схема получения вермикулитопенобетонных плит

через патрубок в днище мешалки подавалась в металлическую разъемную форму-кассету размером ячейки 50х50х7.5 см (объем 18.75 л), рассчитанную на получение 16 плит из одного замеса. Предварительная выдержка плит составляла 3-4 ч, после чего изделия подвергались тепловлажностной обработке по режиму: 3-4 ч – подъем температуры до 85-90°С, 6-7 ч – изотермическая выдержка; после отключения подачи пара – остывание плит в форме до температуры 30-35°С, распалубка. Затем плиты торцом устанавливались на стеллажи, где подвергались сушке до постоянной массы с помощью агрегата АО-6.3. Средняя плотность высушенных плит 340 кг/м3, прочность при сжатии 0.3 МПа.

Опытная партия плит в количестве 80 шт. использована в качестве теплоизоляционного слоя кровельного покрытия, конструкция которого приведена на рис. 13. Перед укладкой плит на поверхность пароизоляции наносился тонкий выравнивающий слой вермикулитсодержащего раствора (аналогичного состава, использованного для получения плит), с помощью которого осуществлялась заделка швов между плитами. Поверх плит наносился слой выравнивающей стяжки из цементно-песчаного раствора М50 толщиной 5-10 мм. После затвердевания на поверхность раствора наклеивался кровельный ковер из армогидробутила. Пятнадцатилетний срок эксплуатации опытного участка площадью 20 м2 показал надежность разработанного варианта кровельного покрытия с теплоизоляционным слоем из вермикулитопенобетона.

Жаростойкий конструкционно-теплоизоляционный вермикулитобетон. Основной задачей исследований являлось получение жаростойкого вермикулитсодержащего конструкционно-теплоизоляционного бетона с наименьшей плотностью, обеспечивающего регламентируемый ГОСТом 20910-90 предел прочности при сжатии не менее 1.5 МПа и максимально возможную температуру применения. Для получения жаростойкого бетона использовался вермикулит ОАО «Ковдорслюда» фракции менее 4 мм средней насыпной плотностью 150 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности 0.063 Вт/(м·К). В качестве вяжущего применяли портландцемент М300 Пикалевского завода. Тонкомолотой добавкой, которую вводят в жаростойкие бетоны на портландцементе для связывания СаОсв при нагревании, являлась золошлаковая смесь (ЗШС) Апатитской ТЭЦ. По химическому составу ЗШС относятся к кислым золам (модуль основности менее 0.1), имеют среднюю насыпную плотность 1030 кг/м3, удельную поверхность 258 м2/кг, содержание частиц золы и шлака размером менее 0.315 мм более 85%.

Как следует из рис. 15, с увеличением доли ЗШС (от 10 до 30% по массе) в золоцементном вяжущем и повышением температуры обжига содержание СаОсв снижается. Наиболее активно СаОсв связывается в области высоких температур, достигая максимума при 1000С. Рентгенометрические исследования подтвердили, что при использовании смешанного вяжущего содержание СаОсв уменьшается. Результаты испытаний золоцементного вяжущего с различным содержанием ЗШС на высокотемпературном микроскопе МНО-2 показали, что форма образцов без оплавления углов сохраняется до 1200С.

  Зависимость содержания-15

Рисунок 15 – Зависимость содержания оксида кальция от температуры нагрева при различном содержании ЗШС в золоцементном вяжущем, мас.%: 1 – 10; 2 – 20; 3 – 30

При плотности вермикулитозолобетона 600 кг/м3 (в сухом состоянии) обеспечивается требуемый для класса В1 предел прочности при сжатии – 1.66 МПа. Остаточная прочность после нагрева соответствует требованиям стандарта для данного вида бетона на портландцементе, т.е. более 30%, а показатель термостойкости – 60 воздушных теплосмен – значительно превышает регламентируемую марку Т225. Деформация под нагрузкой после нагрева при 1000С составила 3.6%; 4%-й деформации соответствует температура 1010С. Таким образом, разработан жаростойкий конструкционно-теплоизоляционный вермикулитозолобетон, обеспечивающий класс И10 по предельно допустимой температуре применения.

Вермикулит как минерал слоистого строения анизотропен и имеет высокую отражательную способность от поверхности зёрен, что сказывается на характере теплопередачи вермикулитсодержащего материала. Исследования теплопроводности вермикулитобетона различной плотности показали, что использование вермикулита по сравнению с другими высокопористыми материалами, не содержащими заполнителей слоистого строения, способствует снижению коэффициента теплопроводности бетона.

На рис. 16 приведены расчетная (сплошная) линия и экспериментальная (пунктирная) линия, соответствующая вермикулитобетону (с хаотическим расположением вермикулитового заполнителя) с плотностью в диапазоне 540-660 кг/м3. Эксперимен-

  График соответствия-16

Рисунок 16 – График соответствия экспериментальной и расчетной теплопроводности вермикулитобетона различной плотности, кг/м3: 1 – 540; 2 -550; 3 – 608; 4 – 650; 5 - 660

тальные значения коэффициента теплопроводности вермикулитобетона оказались меньше расчетных, их разница составляет в среднем 0.007 Вт/(мК), т.е. снижается на 5.3%. Таким образом, в связи с дополнительным сопротивлением теплопередаче вследствие слоистого строения вермикулита, уточненная формула для определения коэффициента теплопроводности вермикулитобетона может быть представлена в следующем виде:

= 0.95(0.032+0.12+0.112),

где – плотность вермикулитобетона, г/см3.

Достаточно высокая предельно допустимая температура применения жаростойкого вермикулитозолобетона (класс И10) открывает широкие возможности использования изделий из таких бетонов для высокотемпературной изоляции различных тепловых агрегатов: печей, миксеров, котельного оборудования, алюминиевых электролизеров и т.д. Расчеты, выполненные в Институте экономических проблем КНЦ РАН (научный сотрудник С.В.Бритвина), показали, что применение мелкоразмерных блоков из жаростойкого вермикулитозолобетона для футеровки ванн электролизеров экономически выгодно, особенно для алюминиевых заводов Северо-Запада России, по сравнению с шамотным огнеупорным кирпичом (поставка из Боровичей) и вариантом изоляции керамовермикулитовыми изделиями марок КВИ-500 и КВИ-600 по ТУ 21-129-88, выпускаемых научно-проектно-производственным предприятием «Техносервисвермикулит» (поставка из Уфы) и рекомендуемых для изоляции ванн электролизеров. Так, рассчитанный экономический эффект для Кандалакшского алюминиевого завода от замены применяемого для футеровки катодного кожуха электролизеров шамотного кирпича на вермикулитозолобетонные блоки составляет около 110 млн руб. (в ценах 1996 г.).

Выполнен расчет толщины изоляционного слоя из жаростойкого вермикулитозолобетона оптимального состава с плотностью 600 кг/м3 класса И10. Для варианта, когда температура на наружной поверхности изоляционного слоя 45 и 60С, толщина слоя вермикулитозолобетона составляет 0.57 и 0.30 м соответственно.

Проведена экспериментальная проверка динамики изменения температуры вермикулитозолобетона при различной толщине изоляции (от 0.05 до 0.35 м) при температуре на горячей стороне изоляции 1000С (рис. 17). При толщине изоляции 0.35 м не позднее чем через 2.5 ч достигается полная стабилизация теплопереноса и температура на наружной стороне изоляции составляет 52С. Этот результат согласуется с расчетными данными.

  Изменение температуры на-17

Рисунок 17 – Изменение температуры на наружной поверхности изоляции в зависимости от времени испытания и толщины вермикулитозолобетона, м: 1 – 0.05; 2 – 0.15; 3 – 0.25; 4 – 0.35



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |
 





 
© 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.