Эффективные строительные материалы на основе торфа с улучшенными теплотехническими свойствами (стр. 2 )

- 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 , , 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 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 № 000 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

Способ перемешивания	Средняя плотность, кг/м3	Влажность готовых изделий после сушки, %	Прочность, МПа
при изгибе	при сжатии
(Торф + вода) + гипс (Гипс + вода) + торф (Торф + гипс) + вода (Торф + вода) + (гипс + вода)	580 610 590 620	13 13 17,5 16,5	0,62 0,52 0,78 0,75	0,90 0,88 0,98 1,32

Изготавливались образцы составом торф:гипс 1:1,5, естественная влажность торфа 55%, водогипсовое отношение В/Г 0,5. Время перемешивания определялось экспериментально – до получения однородной смеси. Перемешивание производилось в лопастных мешалках принудительного действия. Для каждого варианта перемешивания изготавливались по 12 образцов-кубов с размерами 40×40×40 мм и балочек с размерами 40×40×160 мм. Образцы получали методом прессования с усилием 0,8 МПа. Испытания проводились после сушки при температуре 50…75о С, относительной влажности 50…60% в течение 1 часа.

Увеличение или уменьшение оптимального времени и интенсивности перемешивания приводит к ухудшению качества композиционной смеси, что в итоге влияет на физико-механические свойства торфогипсового камня. Кроме этого, на прочностные свойства торфогипсового камня оказывает влияние метод формования. Так как в большинстве случаев для получения штучных изделий применяется метод виброформования, нами также использован данный метод получения торфогипсовых изделий.

Рис.1. Пресс-форма для изготовления образцов:1- матрица; 2- пуансон; 3- поддон; 4- пресс-масса

Экспериментально установлено, что существует связь между количеством воды затворения и прочностью торфяного камня. Увеличение содержания торфа приводит к снижению плотности и прочности торфогипсового камня как при изгибе, так и при сжатии (табл. 2). Одновременно повышается влажность образцов.

Таблица 2

Физико-механические свойства торфогипсового композита

Содержание торфа и гипса, % по массе торф/гипс	Средняя плотность, кг/м3	Влажность после распалубки, %	Предел прочности, МПа
при изгибе	при сжатии
10/90 20/80 30/70 40/60 50/50 60/40 70/30 80/20 90/10	1180 1090 906 838 670 593 521 450 368	27,0 32,0 37,5 41,2 46,2 41,4 44,9 53,9 57,0	4,1 3,2 2,06 1,92 1,10 0,36 0,28 0,20 0,13	5,8 4,6 3,2 2,91 1,41 0,70 0,54 0,30 0,32

Основными требованиями, предъявляемыми к составу торфогипсового вяжущего, являлись: минимальная плотность при максимальных теплоизоляционных показателях, прочность при сжатии для обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик. Экспериментальные исследования показали, что при плотности гипсового камня 500…800 кг/м3 изменения его прочности не наблюдается. Структурообразование торфогипса сопряжено с двумя противоположно направленными процессами. С одной стороны протекают конструкционные процессы, связанные с твердением гипсового камня, а с другой наблюдаются деструкционные явления, характеризуемые свойствами торфа. Таким образом, механические свойства торфогипсового композита зависят не только от особенностей гипсового вяжущего, но и от его количества.