ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ
Придніпровська державна академія
БУДІВНИЦТВА та архітектури
Корецька Світлана Олександрівна
УДК 691.3:669.184.152.4
облицювальна плитка на основі концентрованої в'язкої силікатної суспензії і пилу газоочищення виробництва металевого марганцю
05.23.05 – Будівельні матеріали та вироби
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Дніпропетровськ-2001
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник – кандидат технічних наук, доцент,
Шпірько Микола Васильович,
Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, доцент кафедри технології будівельних матеріалів, виробів та конструкцій.
Офіційні опоненти:
- доктор технічних наук, професор Нікіфоров Олексій Петрович, ВАТ "Дніпропетровський науково-дослідний інститут будівельного виробництва", перший заступник голови правління;
- кандидат технічних наук, доцент Захарова Людмила Василівна, Український державний хіміко-технологічний університет, доцент кафедри хімічної технології в’яжучих матеріалів.
Провідна установа
Одеська державна академія будівництва та архітектури, кафедра виробництва будівельних виробів та конструкцій, Міністерство освіти і науки України (м.Одеса)
Захист відбудеться “21”червня 2001 року о 15оо годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.01 Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24-а, к. 202.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, а.
Автореферат розісланий “21” травня 2001 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Баташева К.В.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. В останні роки в Україні є актуальною проблема скорочення споживання паливно-енергетичних ресурсів, тому ведуться дослідження та розробка безопалювальних матеріалів, що не поступаються за якістю традиційним опалювальним. Так, розроблені принципово нові в'яжучі - концентровані в'язкі силікатні суспензії (КВСС).
Застосування технології виготовлення матеріалів на основі КВСС дозволяє в структурі собівартості знизити витрати з ряду статтей калькуляції. Як-от, з палива, основним і допоміжним матеріалам, витратам на утримання й експлуатацію устаткування, втратам від браку.
З огляду на той факт, що при виробництві продукції на основі КВСС потрібно тільки сушіння виробів, замість традиційного дворазового випалу, енергетичні витрати на виробництво матеріалів на основі КВСС знижуються на 30…40%.
Крім того, рівень використання промислових відходів в Україні у виробництві будівельних матеріалів нижчий від можливого. Тому стоїть задача розширювати випуск виробів із застосуванням вторинних сировинних ресурсів і відходів промислового виробництва. А технологію одержання КВСС і матеріалів на її основі можна повною мірою віднести до ресурсозберігаючої, тому що її використання є ефективним засобом зниження забруднення навколишнього середовища і дозволяє запобігти виснаженню непоновлюваних природних ресурсів. До того ж, застосування за сировину для КВСС кварцевого піску - відходів збагачення каоліну-сирцю Просянівського родовища та пилу газоочищення виробництва металевого марганцю – відходів Запорізького заводу феросплавів дозволить звільнити земельні угіддя, зайняті цими відходами, і, таким чином, поліпшити екологію регіону.
Інтерес, що виник останнім часом до використання тонкодисперсних відходів, в основному, продуктів пилоуловлювання, викликаний не тільки проблемою їхньої утилізації, але і здатністю цих речовин впливати на процеси структуроутворення будівельних матеріалів.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в Придніпровській державній академії будівництва та архітектури з 1994 по 1996 рр. за темою "Дослідження та розробка екологічно чистих оздоблювальних плит і других виробів з відходів промисловості" (№ ДР 0196U18365) у відповідності до напрямку 5 "Нові речовини та матеріали" Плану держбюджетних робіт Міністерства освіти України. Автор роботи був виконавцем.
Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка облицювальної плитки на основі концентрованої в'язкої силікатної суспензії (КВСС) та пилу газоочищення виробництва металевого марганцю (ПГВММ).
У відповідності до поставленої мети в дисертації вирішуються такі завдання:
1.
Проведено дослідження впливу кремнегелю, пилу газоочищення виробництва металевого марганцю на фізико-механічні властивості в'яжучого.
2.
Проведено дослідження впливу армування в'яжучого на його фізико-механічні властивості.
3.
Розроблено та оптимізовано склад матеріалу плитки із застосуванням математичного планування.
4.
Проведені експериментальні дослідження впливу основних технологічних параметрів на фізико-механічні властивості матеріалу плитки.
Об'єктом дослідження є облицювальна плитка на основі концентрованої в'язкої силікатної суспензії та пилу газоочищення виробництва металевого марганцю.
Предмет дослідження – концентровані в'язкі силікатні суспензії на основі кварцевого піску, склобою та пилу газоочищення виробництва металевого марганцю.
Методи дослідження. У роботі використані стандартні методи за ДСТУ 8735-75 (для визначення властивостей піску), а також метод седиментаційного аналізу дисперсності КВСС (для визначення часток розміром 50…0,1 мкм); фотоколориметричний метод (для визначення змісту колоїдного компонента в КВСС); ситовий метод (для визначення часток розміром більше 50 мкм); метод математичного моделювання (для добору оптимального раціонального складу матеріалу плитки); метод кореляційного аналізу (для математичної обробки результатів експериментів). Визначення фазового складу новоутворень здійснювалося методами диференційно-термічного та ІЧ-спектрального аналізу. Визначення властивостей плитки проводилося за звичайними стандартними методиками відповідно до ДСТУ Б. А. 1. 1-14-94.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:
1.
Теоретично обгрунтоване підвищення міцності, морозостійкості матеріалу за рахунок введення до складу в'яжучого і матеріалу на його основі пилу газоочищення виробництва металевого марганцю.
2.
Встановлено необхідну раціональну частку сполучного компонента (кремнієвої кислоти та колоїдних часток), відповідального за характеристики міцності матеріалів на основі КВСС.
3.
Розроблено оптимальний склад концентрованої в'язкої силікатної суспензії і матеріалу на її основі, що містить кварцевий пісок, склобій, пил газоочищення виробництва металевого марганцю і мулітокремнеземисте волокно, та відрізняються достатньою міцністю і морозостійкістю.
4.
Проведеними фізико-механічними методами досліджень доведено, що підвищення міцності і морозостійкості відбувається за рахунок: а) формування нових зв'язків, що утворяться в результаті взаємодії оксиду марганцю з кремнеземом; б) зниження пористості; в) зменшення кількості капілярних пор.
5.
Запропоновано безопальну технологію виробництва облицювальної плитки на основі КВСС, кварцевого піску, пилу газоочищення виробництва металевого марганцю і мулітокремнеземистого волокна, що дозволяє одержувати матеріали при мінімальній кількості технологічних операцій.
Практичне значення отриманих результатів:
1.
розроблено склад і технологію виготовлення облицювальної плитки на основі концентрованої в'язкої силікатної суспензії, пилу газоочищення виробництва металевого марганцю, кварцевого піску і мулітокремнеземистого волокна;
2.
розширено сировинну базу і знижено собівартість виготовлення виробів.
3.
проведено дослідно промислове впровадження розробленої облицювальної плитки на підприємстві “Интервал” м. Дніпропетровська.
Особистий внесок здобувача полягає в:
1.
теоретичному обгрунтуванні й експериментальному підтвердженні підвищення міцності і морозостійкості за рахунок уведення до складу КВСС і матеріалу на її основі пилу газоочищення виробництва металевого марганцю;
2.
визначенні оптимальної кількості сполучного компонента в КВСС;
3.
розробці нового оптимального складу КВСС, а також матеріалів на її основі і дослідженні їх основних фізико-механічних властивостей.
Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на науково-технічних конференціях “Проблемы современного материаловедения” м. Дніпропетровськ, 1995-2001 р.р.; міжнародній науково-технічній конференції “Ресурсо- и энергосберегающие технологии в химической промышленности и производстве строительных материалов”, республіка Білорусь, м. Мінськ, листопад 2000 р.; на розширених засіданнях кафедр будівельних матеріалів та технології бетонів і вяжучих і на наукових семінарах для викладачів, співробітників, аспірантів і студентів в ПДАБтаА, 1994-2001 р.р.
Публікації. Основні наукові положення дисертації опубліковані у 5 статтях; отримано рішення про видачу патенту за заявкою № 2001021281 від 22.02.2001 р.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел, 2 додатків. Загальний обсяг становить 145 сторінок. Крім основного тексту, викладеного на 129 сторінках, дисертація містить 34 рисунки, 14 таблиць, список літературних джерел із 120 найменувань на 13 сторінках та 2 додатків на 3 сторінках.
основний ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету роботи, наведено найбільш важливі положення, які лягли в основу даних наукових досліджень і практичних розробок, показано новизну роботи, визначено практичну цінність результатів.
В першому розділі дається огляд відомих розробок, описаних у роботах Півінського Ю.Е., Розенталя О.М., Єфремова І.Ф., Мітякіна П.А. та ін., досліджень по створенню технологічних рішень і регулюванню властивостей концентрованих в'язких силікатних суспензій, що випускаються традиційно.
На підставі аналізу літературних джерел встановлено, що:
1.
Альтернативою оздоблювальним керамічним матеріалам можуть служити оздоблювальні матеріали на зв'язці з КВСС, тому що за своїми фізико-механічними властивостями і структурі вони займають проміжне положення між дрібнозернистим бетоном і керамікою. Від бетону ці матеріали відрізняє те, що вони мають меншу пористість, більш високу водостійкість, а також малу усадку внаслідок утворення під час теплової обробки силоксанових зв'язків. А від керамічних матеріалів відрізняються тим, що їхнє виробництво не пов'язане з випалом, а теплова обробка може проводитися при температурі від 773 до 823 К. Це дозволяє скоротити енерговитрати на теплову обробку;
2.
Готування КВСС здійснюється помелом кварцевого піску або скла у кульовому млині до намелу необхідної кількості колоїдного компонента;
3.
Теоретичними основами одержання матеріалів на основі КВСС є реологія і колоїдна хімія дисперсних систем;
4.
Отримання у системі КВСС колоїдного компонента є функцією не тільки загальної дисперсності, але і часу;
5.
Матеріали на основі КВСС повинні мати поліпшені (у порівнянні з відомими даними) характеристики: мінімальну пористість і усадку при сушінні, високу механічну міцність і достатню рівнощільність;
6.
Недоліком матеріалів на основі КВСС є підвищена вимога до сировини: обмежене утримання домішок (чистота) і певний хімічний склад, зокрема, високий вміст SiO2 і обмежений CaО, MgО, Fe2O3, FeО, тому що наявність у великій кількості з'єднань кальцію і заліза призводить до коагуляції системи на стадії її готування.
Було встановлено, що при формуванні структури штучного каменю на основі КВСС утворюється недостатня кількість зв'язків типу SiOSi у контактних зонах часток різноманітного рівня. Тому не було досягнуто достатньої міцності матеріалів на основі КВСС. У зв'язку з цим нами була запропонована робоча гіпотеза, яка дозволяє підвищити міцність матеріалу на зв'язці з КВСС за рахунок уведення високодисперсної мінеральної добавки, що містить хімічний елемент перемінної валентності марганець.
За добавку був використаний пил газоочищення металевого марганцю, що містить, в основному, у своєму складі MnCO3 і Mn. Введення цієї добавки в КВСС на стадії готування не призводить до коагуляції суспензії і підвищує її міцність.
У другому розділі наведено характеристики сировинних матеріалів і методи дослідів.
За основний сировинний матеріал для одержання КВСС і дрібний заповнювач були використані відходи збагачення каоліну-сирцю Просянівського родовища - кварцевий пісок.
Для поліпшення фізико-механічних властивостей КВСС використовувалися такі сировинні матеріали: склобій віконний (ДСТУ 111-78) товщиною 2…3 мм; пил газоочищення виробництва металевого марганцю (ПГВММ) - відходи Запорізького заводу феросплавів і мулітокремнеземисте волокно (МКВ) - Сіверського доломітного комбінату.
Основні технічні характеристики даних сировинних матеріалів наведені в
таблиці 1.
Таблиця 1
Технічні характеристики застосовуваної сировини
Показник | Одиниці виміру | Характеристика
Хімічний склад кварцевого піску:
SiO2
Al2O3
Fe2O3
TiO2
Na2O
CaO
K2O | % щодо маси |
93…96
1…3
0,2…0,4
0,1…0,2
0,1…0,2
0,3…0,5
0,8…1,2
Хімічний склад МКВ:
SiO2+Al2O3
Fe2O3, CaO, MgO, R2O | % щодо маси |
98
2
Хімічний склад ПГВММ:
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Mn+MnO
С
Р
впп | % щодо маси |
6,0
1,2
0,8
0,5
0,5
32,1
8,4
0,15
50,35
Хімічний склад склобою віконного:
SiO2
Al2O3
Fe2O3
MgO
CaO
SO3
Na2O | % щодо маси |
71,01
1,14
1,12
4,82
7,98
0,77
13,16
Третій розділ присвячено дослідженням та розробці в'яжучих на основі концентрованої в'язкої силікатної суспензії.
Для виявлення внеску в міцність КВСС вмісту сполучного компонента (кремнекислоти та колоїдних часток) була досліджена модель КВСС, що складається з чистої кремнекислоти марки ЧДА (сполучний компонент), мікронаповнювача та води. За мікронаповнювач використовували мелений кварцевий пісок (S см2/г).
Виходячи з проведених досліджень, було визначено раціональний вміст сполучного компонента (кремнегелю) у твердій фазі КВСС, що складає 50%. Такий вміст сполучного компонента в КВСС дозволяє одержати штучний камінь достатньої міцності при її усадці менше 1%.
Отримання необхідної кількості кремнекислоти та колоїдної фракції потребує тривалості помелу, і, безумовно, веде до підвищення вартості КВСС. Тому було доцільним уведення до складу КВСС, для збільшення змісту сполучного компонента, добавки - сировини склобою, яка містить SiO2 = 71,01% і Na2O = 13,16%, підвищує рН середовища та активізує помел.
У результаті досліджень складів КВСС на основі кварцевого піску та на основі склобою фотоколориметричним методом, за основу було прийнято склад КВСС, одержаний у результаті помелу в рівних кількостях кварцевого піску та склобою. рН середовища регулювали додаванням рідкого натрієвого скла в кількості 0,05% від маси початкового завантаження сировини.
При дослідженні в'яжучого на основі КВСС фізико-хімічним методом (термічним) було встановлено, що найбільше зміцнення в'яжучого на основі КВСС досягається в результаті його сушіння при 573 К за рахунок полімеризації кремнекислоти та поліконденсації колоїдного кремнезему (рис.1).
Рис.1. Термограми в'яжучого на основі КВСС
Для підвищення міцності в'яжучого на згин вводилася тонкодисперсна мінеральна добавка - пил газоочищення виробництва металевого марганцю. Пил газоочищення металевого марганцю (ПГВММ) містить Mn, MnCO3. MnCO3 дисоціює при температурі вище 573 К на MnО і CO2, а Mn окисляється в MnО. Далі, у процесі нагрівання (до 873 К) частина вільного MnО переходить з двох- у чотирьохвалентний стан і взаємодіє з кремнеземом КВСС, утворюючи додаткові зв'язки (рис.2), що спричиняє за собою підвищення міцності.
Рис. 2. Типи зв'язків, що впливають на фізико-механічні властивості матеріалу на основі КВСС і ПГВММ
Марганець зв'язує як частки розміром менше 0,1 мкм, так і частки більші 0,1 мкм (рис.2).
Вищеописані процеси підтверджуються результатами ІЧ-спектроскопічного аналізу. Розкладання карбонату марганцю добре виявляється по ІЧ-спектрам, зразків в'яжучих, знятих при різноманітних температурах. Так, у ІЧ-спектрах зразків термооброблених при 623 К, добре помітні характерні для карбонату смуги поглинання в діапазоні від 1400 до 1480 см-1 (рис.3), у той час, як на ІЧ-спектрах зразків, оброблених при 823 К, вони відсутні. Проте, на ІЧ-спектрах зразків в'яжучих з ПГВММ, оброблених при 823 К, з'являється нова смуга поглинання в межах від 600 до 610 см-1 (рис.3), характерна для коливань -Mn-O-, що свідчить про утворення вищенаведеного типу зв'язку.
Проведені дослідження показали, що введення до раціонального складу в'яжучого на основі КВСС пилу газоочищення виробництва металевого марганцю (ПГВММ) у кількості 10% призводить до підвищення межі міцності на згин після термообробки при 823 К на 35% із 7,8 до 12 МПа (рис.4).
З метою збільшення міцності на згин в'яжучого його армували дискретним мулітокремнеземистим волокном (МКВ). Було визначено, що армування в'яжучого на основі КВСС і ПГВММ 10% мулітокремнеземистого волокна підвищує його міцність на згин на 30% із 12 до 15 МПа (рис.5) і знижує усадку при нагріванні до 823 К на 80% із 0,25 до 0,05%.
Рис. 3. ІЧ-спектри в’яжучого на основі КВСС і ПГВММ:
1 – 623 К; 2 – 823 К
Рис. 4. Залежність міцності в'яжучих від температури термообробки:
1 - в'яжуче на основі КВСС; 2, 3, 4 - в'яжучі, які додатково містять ПГВММ, понад 100% від першого, відповідно 2, 6 і 10%
Рис. 5. Залежність міцності в'яжучих від вмісту волокна:
1 - КВСС+МКВ; 2 - КВСС+ПГВММ+МКВ
На підставі проведених результатів фізико-механічних досліджень було визначено оптимальний склад армованого в'яжучого, що включає компоненти в такому співвідношенні, мас. %: кварцевий пісок - 40%; склобій - 40%; пил газоочищення виробництва металевого марганцю - 10%; мулітокремнеземисте волокно - 10%, при В/Т=0,33.
Четвертий розділ дисертації містить дослідження та розробку матеріалу для плитки.
Одним із шляхів зменшення усадки та підвищення міцності матеріалів на згин є підвищення міцності адгезії, обумовленої молекулярними силами взаємодії, на межі контакту заповнювач-в'яжуче. За рахунок максимального наповнення заповнювача у формувальній масі відбувається зменшення дефектів макроструктури матеріалу, усадочних напруг і т.д., внаслідок зменшення обсягу в'яжучого. Крім того, у результаті подрібнення частини піску при змішуванні КВСС з дрібним заповнювачем на свіжоутвореній поверхні з'являється більша кількість активних центрів, що покриваються гідроксильними групами. Нагрівання штучного каменю вище температури
473 К призводить до видалення гідроксильних груп і “відкриття” активних центрів на поверхні заповнювача (рис. 6).
Рис.6. Типи зв'язків, що утворюються при температурі менше 573 К
Взаємодія чотирьохвалентний оксид марганцю (при температурі вище 573 К) з цими центрами призводить до утворення зв'язків (див. рис.2) між поверхнею заповнювача і поверхнею часток в'яжучого, що, в остаточному підсумку, підвищує адгезію між зв'язкою та заповнювачем.
Для встановлення раціонального вмісту в'яжучого в штучному камені досліджувався вплив вмісту КВСС у формувальній масі на його фізико-механічні властивості. Було встановлено, що раціональний вміст КВСС у формувальній масі складає 35%, а заповнювача 65%.
З метою поліпшення фізико-механічних властивостей матеріалу нами було прийнято рішення про введення до складу формувальної маси ПГВММ і МКВ (1:1). Із застосуванням сімплекс-гратчастого методу планування експерименту отримана математична модель, що описує залежність міцності штучного каменю від його складу, що має такий вигляд:
Rзгин=7,5Х1+4,8Х2+0,7Х3+27,4Х1Х2+4,8Х1Х3-1,4Х2Х3.
З діаграми “склад-міцність”, розрахованої та побудованої за отриманою моделлю, виявлена ділянка раціональних складів штучного каменю, що містить компоненти в таких межах: КВСС - 28…34%, ПГВММ+МКВ - 6…12%, кварцевий пісок - 60…62%.
Введення до складу штучного каменю ПГВММ+МКВ підвищує міцність на згин на 35% із 8,4 до 13 МПа.
Дериватографічним і дилатометричним аналізами встановлено, що при нагріванні розроблювального штучного каменю в інтервалі температур від 473 до 573 К відбувається дегідроксилювання поверхні кремнеземистих часток різноманітного рівня з наступним його ущільненням і утворенням зв'язків SiOSi. При температурі 623 К розкладається MnCO3 із наступним окислюванням Mn2+ 4+ (рис.7) і ущільненням структури з утворенням додаткових зв'язків (див. рис.2). Найбільш інтенсивно ці процеси відбуваються в інтервалі температур від 623 до 823 К, у результаті чого спостерігається значне підвищення міцності штучного каменю.
Проведеними експериментальними дослідженнями були визначені оптимальні технологічні параметри для виготовлення матеріалу плитки:
1.
час помелу сировини - 5 годин, при рН середовища - 10…11;
2.
тиск пресування 40 МПа;
3.
режим теплової обробки:
-
підняття температури сушіння до 573 К -1 година;
-
ізотермічна витримка при 573 К - 1 година;
-
підняття температури до 823 К - 1 година;
-
ізотермічна витримка при 823 К - 2 години.
Оптимальний склад розробленої плитки та фізико-механічні властивості розроблених плиток подані в таблицях 2 і 3.
Рис.7. Термограми ПГВММ та в'яжучого на основі КВСС з ПГВММ:
1 – ПГВММ; 2 – в'яжуче з ПГВММ
Таблиця 2
Раціональний склад розробленої плитки
№№ | Найменування компоненту | Склад, мас. %
1 | Кварцевий пісок (на КВСС + на заповнювач) | 16+60
2 | Склобій | 16
3 | Пил газоочищення виробництва металевого марганцю | 4
4 | Мулітокремнеземисте волокно | 4
5 | В/Т | 0,33
Таблиця 3
Фізико-механічні властивості розробленої плитки
Фізико-механічні властивості | Показники
Усадка, % | 0,075
Водопоглинання, % | 8,4
Механічна міцність на згин, МПа | 13
Морозостійкість, цикл | 35
Пятий розділ присвячено розробці технології виробництва облицювальної плитки з заданими характеристиками структури та фізико-механічними властивостями.
Технологія виготовлення облицювальної плитки на основі КВСС і ПГВММ складається з наступних операцій.
Готування концентрованої в'язкої силікатної суспензії (КВСС). Дозування піску, склобою, ПГВММ, МКВ і води здійснюється на дозаторах заводу. Помел компонентів у кульовому млині заводу до залишку на ситі № 0063 не більше 5%. Стабілізація КВСС у стабілізаторі (обертовому барабані) заводу. Готування КВСС =1,7...1,8 кг/л. рН=10…11 регулюється добавкою рідкого натрієвого скла в кількості 0,05% від маси початкового завантаження сировини. Водотверде відношення 0,3...0,4. Запас матеріалів перед млином повинен складати не менше 2 робочих годин.
Готування формувальної маси. Дозування КВСС, піску-заповнювача та води - на дозаторах заводу. Змішування компонентів у мішалці. В/Т=0,3…0,4. Тривалість перемішування не менше 10 хвилин.
Формування виробів. Дозування формувальної маси - на дозаторі заводу. Завантаження маси - в матриці преса. Пресування виробів - під тиском 40 МПа.
Сушіння виробів. Відформовані плитки укладаються на полиці в камерному сушилі. Сушіння плиток здійснюється в сушилі по режиму:
- підняття температури сушіння до 573 К - 1 година;
- ізотермічна витримка при 573 К - 1 година;
- підняття температури до 823 К - 1 година;
- ізотермічна витримка при 823 К - 2 години.
Фізико-механічні властивості виробів, виготовлених у промислових умовах, наведені у таблиці 4.
Таблиця 4
Фізико-механічні характеристики оздоблювальних плиток
Характеристика | Показник
Розмір виробів, мм | 120х65х7
Водопоглинання, % | 8...9
Середня щільність, кг/м3 | 1950...2050
Морозостійкість, цикл | 35
Межа міцності на згин, МПа | 13
ВИСНОВКИ
1.
У результаті аналізу літературних джерел, теоретичних передумов та узагальнення отриманих експериментальних даних вирішені такі науково-технічні задачі:
-
подані основні принципи вдосконалення й оптимізації технології виготовлення КВСС і матеріалів на її основі;
-
розроблені технологічні основи ефективного використання техногенних продуктів, що забезпечують зниження собівартості, трудових і енергетичних витрат при високій якості виробів на основі КВСС.
2.
Сформульовано основні принципи технології виготовлення облицювальної плитки на основі КВСС і ПГВММ. Ці положення дозволяють обгрунтувати енергозберігаючу технологію виготовлення виробів на основі КВСС. На базі виконаних розрахунків і розробок реалізована ефективна безопальна технологія виготовлення матеріалів на основі КВСС, що забезпечує використання техногенних відходів.
3.
Фізико-механічними методами визначені основні характеристики вихідних сировинних компонентів для КВСС.
4.
Проведеними дослідженнями визначено раціональний вміст сполучного компонента (кремнегелю) у твердій фазі КВСС, що складає 50%.
5.
У результаті досліджень складів КВСС фотоколориметричним методом за основу був прийнятий склад КВСС, одержуваний помелом в рівних кількостях кварцевого піску та склобою.
6.
На основі комплексних досліджень фізико-хімічних та механічних властивостей у системі “КВСС-ПГВММ+МКВ-кварцевий пісок” встановлено залежності, що забезпечують розробку безопальної технології виробництва облицювальних плиток.
7.
Методом математичного планування експериментів визначені раціональні склади матеріалу для облицювальних плиток, що містять компоненти в таких межах: КВСС - 28…34%, ПГВММ+МКВ - 6…12%, кварцевий пісок - 60…62%.
8.
Проведеними дослідженнями встановлено, що введення до складу КВСС, ПГВММ і МКВ в оптимальних кількостях призводить до підвищення міцності на згин в'яжучого на 30% (із 12 до 15 МПа) та матеріалу на 35% (із 8,4 до 13 МПа) при нагріванні до 823 К.
9.
Фізико-хімічними методами досліджень (термічним, ІЧ-спектроскопічним) встановлено, що підвищення міцності в'яжучого та матеріалу на основі КВСС при нагріванні до 573 К здійснюється за рахунок полімеризації кремнекислоти та поліконденсації колоїдного кремнезему, а при нагріванні вище 573 К (до 873 К) у результаті утворення додаткових зв'язків (див. рис.2) за рахунок часткового переходу катіонів марганцю Mn2+ Mn4+.
10.
Проведеними експериментальними дослідженнями були визначені оптимальні технологічні параметри виготовлення матеріалу плитки на основі КВСС і ПГВММ: час помелу сировини - 5 годин, при рН середовища - 10…11, тиску пресування 40 МПа, режим теплової обробки:
-
підняття температури сушіння до 573 К - 1 година;
-
ізотермічна витримка при 573 К - 1 година;
-
підняття температури до 823 К - 1 година;
-
ізотермічна витримка при 823 К - 2 години.
11.
Розроблений склад і технологія виготовлення облицювальних плиток на основі КВСС і ПГВММ забезпечують одержання виробів із такими властивостями: водопоглинання - 8…9%, середня щільність - 1950…2050 кг/м3, морозостійкість - 35 циклів, межа міцності на згин - 13 МПа.
12.
Дослідно-виробнича перевірка результатів дослідження розробленої плитки показала її високу якість і практичну надійність в експлуатації.
Основні положення дисертації викладено в працях
1.
Шпирько Н.В., Корецкая С.А., Шпирько Д.Н. Исследование влияния кремнегеля на физико-механические свойства искусственного камня //Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури.-Дніпропетровськ: Gaudeamus, 2000.-№6.-С.55-60. (Встановила раціональне утримання кремнегелю в концентрованій в'язкій силікатній суспензії).
2.
Корецкая С.А. Развитие технологии получения концентрированных вяжущих силикатных суспензий //Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури.-Дніпропетровськ: Gaudeamus, 2000.-№9.-С.45-50.
3.
Шпирько Н.В., Корецкая С.А. Подбор состава концентрированной вяжущей силикатной суспензии и определение оптимального состава камня на ее основе //Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури.-Дніпропетровськ: Gaudeamus, 2000. -№10.-С.40-45. (Розробила состав концентрованої в'язкої силікатної суспензії і штучного каменю на її основі).
4.
Корецкая С.А. Экспериментальные исследования влияния основных технологических параметров на свойства материала на основе концентрированной вяжущей силикатной суспензии и кварцевого песка //Сб. научн. тр.: Строительство. Материаловедение. Машиностроение; Вып.11. -Дн-ск: ПГАСиА, 2000.-С.111-116.
5.
Корецкая С.А. Исследование влияния пыли газоочистки производства металлического марганца на физико-механические свойства вяжущего на основе концентрированной вяжущей силикатной суспензии//Вопросы химии и химической технологии, -Днепропетровск: УДХТУ, 2001.-№1.-С.65-68.
АНОТАЦІЇ
Корецька Світлана Олександрівна. Облицювальна плитка на основі концентрованої в'язкої силікатної суспензії і пилу газоочищення виробництва металевого марганцю. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05. - Будівельні матеріали та вироби. - Придніпровська державна академія будівництва та архітектури. Дніпропетровськ, 2001.
В роботі теоретично обгрунтована та практично підтверждена можливість підвіщення міцності та морозостійкості за рахунок використання техногенних відходів промисловості (пилу газоочищення виробництва металевого марганцю (ПГВММ) і кварцевого піску) як компонентів концентрованої в'язкої силікатної суспензії (КВСС) для створення безвипалюваної облицювальної плитки з високими експлуатаційними характеристиками та розширення сировинної бази будівельних матеріалів.
У результаті дегідроксилюваня поверхні часток КВСС при нагріванні в'яжучого в інтервалі від 473 до 873 К КВСС набуває негативний заряд, тому підвищити міцність в'яжучого можливо за рахунок введення до його складу часток позитивно заряджених у зазначеному інтервалі температур. За такі частки нами запропоновано використовувати пил газоочищення виробництва металевого марганцю, що містить металевий марганець і карбонат марганцю, а також оксид кремнезему. Карбонат марганцю при температурі вище 573 К розкладається з виділенням оксиду марганцю, а металевий марганець окисляється в MnО. При подальшому нагріванні (до 873 К) вільний марганець частково переходить Mn2+ 4+, частки набувають позитивного заряду, взаємодіють з частками КВСС та утворюють додаткові зв'язки, що підвищують міцність матеріалу.
Досліджено властивості техногенної сировини, розроблено оптимальні склади КВСС та облицювальної плитки на їхній основі, до складу яких входять кварцевий пісок, склобій, пил газоочищення виробництва металевого марганцю і мулітокремнеземисте волокно. Вивчено фізико-механічні характеристики отриманої концентрованої в'язкої силікатної суспензії та облицювальної плитки на її основі.
Ключові слова: техногенна сировина, концентрована в'язка силікатна суспензія, пил газоочищення виробництва металевого марганцю, мулітокремнеземисте волокно.
Корецкая Светлана Александровна. Облицовочная плитка на основе концентрированной вяжущей силикатной суспензии и пыли газоочистки производства металлического марганца. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05. - строительные материалы и изделия. – Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры. Днепропетровск, 2001.
Диссертация посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию получения безобжиговой облицовочной плитки на основе концентрированной вяжущей силикатной суспензии (КВСС) с высокими эксплуатационными характеристиками и расширением сырьевой базы строительных материалов за счет использования техногенных отходов промышленности (пыли газоочистки производства металлического марганца (ПГПММ) и кварцевого песка) как компонентов КВСС.
Впервые установлена и доказана возможность применения ПГПММ при получении материалов на основе КВСС (получено решение о выдачи патента по заявке
№ 2001021281 от 22.02.2001 г).
Изучены физико-механические свойства, химический и минералогический составы техногенных продуктов промышленности.
Установлено, что в результате дегидроксилирования поверхности частиц КВСС, при нагревании вяжущего в интервале от 473 до 873 К, КВСС приобретает отрицательный заряд. В связи с этим повысить прочность вяжущего возможно за счет введения в его состав частиц положительно заряженных в указанном интервале температур. В качестве таких частиц нами предложено использовать пыль газоочистки производства металлического марганца, которая представлена, в основном, металлическим марганцем и карбонатом марганца, а также оксидом кремнезема. Карбонат марганца при температуре выше 573 К разлагается с выделением оксида марганца, а металлический марганец окисляется в MnO. В процессе дальнейшего нагревания (до 873 К) свободный марганец частично переходит Mn2+ Mn4+, частицы приобретают положительный заряд, и, взаимодействуя с частицами КВСС, образуют дополнительные связи, которые повышают прочность материала.
Определено рациональное содержание связующего компонента (кремнегеля) в твердой фазе КВСС, которое составляет 50%.
Определен оптимальный состав концентрированной вяжущей силикатной суспензии, содержащий 50% связующего компонента, получаемый в результате помола в равных количествах кварцевого песка и стеклобоя.
Изучены физико-механические характеристики полученной концентрированной вяжущей силикатной суспензии.
Установлено, что введение в состав КВСС пыли газоочистки производства металлического марганца и муллитокремнеземистого волокна в оптимальных количествах приводит к повышению прочности при изгибе вяжущего на 30% и материала на 35% при нагревании до 823 К.
С использованием метода математического планирования эксперимента определили оптимальные составы искусственного камня, который содержит: кварцевый песок – 60...62%, концентрированная вяжущая силикатная суспензия – 28...32%, пыль газоочистки производства металлического марганца с муллитокремнеземистым волокном (1:1) – 6...12%.
Определены оптимальные технологические параметры изготовления материала плитки на основе КВСС и ПГПММ: время помола сырья – 5 часов при рН среды = 10…11 и давлении прессования 40 МПа; режим тепловой обработки: подъем температуры до 573 К - час; изотермическая выдержка – 1 час; подъем температуры до 823 К – час; изотермическая выдержка –2 часа.
Изучено влияние состава материала для облицовочных плиток на основе КВСС и ПГПММ на его физико-механические свойства (прочность при изгибе, водопоглощение, морозостойкость, плотность, пористость, усадку).
Ключевые слова: техногенное сырье, концентрированная вяжущая силикатная суспензия, пыль газоочистки производства металлического марганца, муллитокремнеземистое волокно.
Koretskaya Svetlana. Facing tile on a base of concentrated binding silicate suspension and dust of gas purifying of production of metal manganese. - Manuscript.
Thesis on Competition of a Scientific Degree of the Candidate of Tecnical Science on a Speciality 05.23.05. - Building Materials and Articles. - Pridneprovsk State Academy of Building and Architecture. Dnepropetrovsk, 2001.
In thesis is deals with the problem of use of a manufacturing raw materials (dust of gas purifying of production of metal manganese (DGPPMM) and quartz sand), as components of concentrated binding silicate suspension (CBSS) for creation of with don’t need to be burned facing tile with high production characteristics and spreading of a source of raw materials of building materials.
In result dehydroxylation of surface of CBSS particles at heating up astringent in interval of 473 … 873 К CBSS acquires the negative charge.
In this connection it is possible to increase hardness of astringent for the sake of introduction in his composition of alternate corpuscles, charged positively in indicated range of temperatures. As such alternate corpuscles it is offered by us to use dust of gas purifying of production of metal manganese, which is mainly introduced, by metal manganese and carbonate of manganese, and also by oxide of silicon dioxide. The carbonate of manganese at the temperature of higher than 573 К is decomposed with excretion of a manganese oxide, the metal manganese acidifies in MnO. During further heating up free manganese fractionally passes Mn2+ 4+, the alternate corpuscles acquire positive charge and, interreacting with alternate CBSS corpuscles, form padding links, which rises hardness of material.
The properties of manufacturing raw materials are investigated, the optimal compositions binder and facing tile on their basis are developed into composition which goes into quartz sand, battered glass, dust of gas purifying of production of metal manganese and mullte-siliceous fiber. The physical-mechanical performances of received concentrated binding silicate suspension and facing tile on its base are learnt.
Key words: manufacturing raw materials, concentrated binding silicate suspension, dust of gas purifying of production of metal manganese, mullte-siliceous fiber.
