Удосконалення технології виробництва теплоізоляційних матеріалів на основі гранульованих доменних шлаків для промислової ізоляції

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ»

УДК 691:699.86

05.23.05 - будівельні матеріали та вироби

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ НА ОСНОВІ ГРАНУЛЬОВАНИХ ДОМЕННИХ ШЛАКІВ ДЛЯ ПРОМИСЛОВОЇ ІЗОЛЯЦІЇ

Потійко Лілія Олександрівна

Дніпропетровськ - 2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Державному вищому навчальному закладі «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Дерев'янко Віктор Миколайович, Державний вищий навчальний заклад «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», професор кафедри технології будівельних матеріалів, виробів та конструкцій.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Вировой Валерій Миколайович, Одеська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедри виробництва будівельних виробів та конструкцій;

кандидат технічних наук, доцент Краснюк Андрій Віталійович, Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В.Лазаряна, декан факультету промислового та цивільного будівництва.

Захист відбудеться 21 квітня 2011 р. о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.085.01 при Державному вищому навчальному закладі «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ДВНЗ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24а.

Автореферат розісланий 17 березня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Т. С. Кравчуновська



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Енергоємність внутрішнього валового продукту на 1 кг умовного палива в Україні складає 0,89 кг у.п./дол. США, тоді як середні витрати у Франції - 0,34, Німеччині - 0,26, Угорщині - 0,3, Білорусі - 0,5. У зв'язку з цим економія енергетичних ресурсів є однією з найважливіших проблем енергетичної безпеки країни.

Питома вага енергоресурсів, що витрачаються на утримання та експлуатацію промислових підприємств, складає 20-40%. На виробництво будівельних матеріалів і конструкцій щорічно витрачається близько 50 млн. т у.п., наприклад: глиняна цегла - 50-80 кг у.п./т, керамзит - 200-270 кг у.п./т.

Технологія отримання ніздрюватих теплоізоляційних матеріалів включає різні методи, одним з яких є піногазовий, що дозволяє одержувати вироби з вищою пористістю і меншими енергетичними витратами, але змішаний (піногазовий) метод має свої значні недоліки, які стримують його широке застосування, а саме: підвищений вміст вологи, недосконалість технологічного процесу приготування формувальної суміші, тривалість процесу твердіння, нестабільність реологічних властивостей формувальної суміші.

Тому вдосконалення технологічного процесу виробництва теплоізоляційних матеріалів ніздрюватої структури для промислової ізоляції є актуальною темою наукових досліджень, вирішення якої дозволить зменшити капітальні витрати на виробництво матеріалів, розміри виробничих площ, виключити процес сушіння з технологічного процесу виготовлення штучних виробів, проводити випал не лише в заводських, але і в експлуатаційних умовах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась в Державному вищому навчальному закладі «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури» на кафедрі технології будівельних матеріалів, виробів та конструкцій з 2006 до 2010 р. у відповідності з планом науково-дослідних робіт: «Розробка нових ефективних матеріалів і виробів на основі вторинних продуктів різних галузей народного господарства» (№ держреєстрації 0104U000238, 2004-2010р., рівень участі дисертанта - виконавець), «Розробка енергозаощаджуючих технологій будівельних матеріалів і виробів на основі вторинних матеріальних ресурсів» (№ держреєстрації 106U002023, 2006 р., рівень участі дисертанта - виконавець).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є вдосконалення наукових основ технології виробництва теплоізоляційних матеріалів ніздрюватої структури для промислової ізоляції піногазовим методом.

Для досягнення мети необхідно було вирішити наступні завдання:

- проаналізувати та узагальнити раніше проведені дослідження технології виробництва ніздрюватих теплоізоляційних матеріалів, розробити теоретичні передумови вдосконалення технологічного процесу;

- провести теоретичні та експериментальні дослідження термодинаміки технологічного процесу формування виробів піногазовим методом, складів піноутворювачів та інтенсифікаторів твердіння, складів теплоізоляційного матеріалу;

- розробити технологію та провести експериментальні дослідження виготовлення теплоізоляційних матеріалів для промислової ізоляції;

- провести дослідно-промислову перевірку вдосконаленої технології та теплоізоляційного матеріалу.

Об'єкт дослідження - термодинамічні процеси, які відбуваються при твердінні формувальної суміші теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури, а також процеси структуроутворення матеріалу при першому нагріванні. піногазовий інтенсифікатор теплоізоляційний термодинаміка

Предмет дослідження - технологія виготовлення теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури для промислової ізоляції.

Методи дослідження: стандартні методи досліджень для визначення властивостей розробленого теплоізоляційного матеріалу згідно ДСТУ Б В. 2.7-38-95; математичне моделювання (для підбору оптимального складу ніздрюватого теплоізоляційного матеріалу); кореляційний аналіз (для математичної обробки результатів експериментів); визначення фазового складу сировини і новоутворень, структури матеріалів, виконувалося методами диференціально-термічного та рентгенофазового аналізів, методами світлової і електронної мікроскопії; вивчення термодинамічних процесів проводилося калориметричними методами; реологічні властивості формувальної суміші вивчались стандартними і спеціальними методами, початкова в'язкість піномаси визначалася за допомогою методу падаючої кульки, вимірювання модуля пружності (Юнга) формувальної суміші в процесі газоутворення проводилися за допомогою низькочастотного ультразвукового резонансного методу.

Наукова новизна одержаних результатів:

- дістали подальший розвиток теоретичні уявлення про процеси твердіння формувальної суміші за рахунок тепла екзотермічних реакцій при введенні до складу піномаси інтенсифікаторів твердіння, які сприяють прискоренню процесів гідратації в'яжучих і випаровуванню вільної вологи, що забезпечують максимально можливий ступінь перетворення реагентів в продукти реакції і теплові ефекти. Встановлено, що для отримання матеріалу з монтажною міцністю 0,4-0,6 МПа і залишковою вологістю 10-12% потрібно 393486 кДж на 1 м3 теплоізоляційного матеріалу густиною 360-400 кг/м3;

- встановлено механізм підвищення стійкості технічної піни на основі піноутворювача СИНТЕТИК в лужному середовищі суміші розчину за рахунок введення лужного компоненту NаOH, який сприяє підвищенню лужності піноутворювача та обумовлює концентрацію молекул поверхнево-активних речовин у поверхні ламели таким чином, що заряд на поверхні повітряної бульбашки відповідає лужному середовищу;

- виявлено та обґрунтовано закономірності впливу реологічних властивостей формувальної суміші на формування структури готового напівфабрикату теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури з густиною 360-400 кг/м3. Для отримання стабільного структурного каркасу необхідно використовувати формувальну суміш з в'язкістю 11-13 Па?с і модулем пружності 500…600 МПа;

- розроблено математичну модель залежності властивостей теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури від співвідношення компонентів формувальної суміші;

- вперше запропоновано номограму розподілу температури в товщі теплоізоляційного шару і на його поверхнях в процесі експлуатації при різних температурах теплоносія, що є паралельно розташованими прямолінійними залежностями товщини теплоізоляційного шару від температурних полів, побудованих на основі закону Ньютона-Ріхмана;

- удосконалено технологію виробництва ніздрюватого теплоізоляційного матеріалу для промислової ізоляції, що дозволяє досягти монтажної міцності 0,4-0,6 МПа на ранніх термінах (20-25 хвилин), яка полягає в змішуванні інтенсифікатора твердіння з сухими компонентами, подальшому їх змішуванні з рідкою фазою і піною, прискореному формуванні структури і наступному випалі.

Практичне значення одержаних результатів:

- удосконалено технологію виробництва ніздрюватого теплоізоляційного матеріалу для промислової ізоляції на основі гранульованого доменного шлаку, що дозволяє проводити процес випалу як в заводських умовах, так і при виведенні теплотехнічного обладнання на робочий режим. В результаті від удосконаленої технології отримано економічний ефект 34560 грн. на 1000 м3;

- розроблено склад теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури для промислової ізоляції густиною 360-400 кг/м3 і міцністю напівфабрикату до 0,4-0,6 МПа;

- розроблено режим випалу на основі результатів диференціально-термічного аналізу теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури та розроблено номограму залежності товщини шару теплоізоляційного матеріалу від температури теплоносія, що дозволяє проектувати товщину теплоізоляційного шару залежно від температурного режиму експлуатації обладнання;

- визначено оптимальний склад інтенсифікатора твердіння, компонентами якого є алюмінієва пудра, їдкий натр і рідке скло, що дозволяє досягти необхідних технологічних параметрів формування суміші: час екзотермічної реакції 5-15 хвилин; час початку прискорення швидкості екзотермічної реакції до 5 хвилин; час кінця прискорення швидкості екзотермічної реакції 6-10 хвилин; максимальна температура тепловиділення 80-900С.

Особистий внесок здобувача в наукові праці, опубліковані у співавторстві:

- теоретичне обґрунтування та експериментальне підтвердження механізму підвищення міцності і зниження густини теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури для промислової ізоляції за рахунок введення технічних пін і інтенсифікатора твердіння [1, 3, 4, 5, 14];

- теоретичний і експериментальний аналіз термодинаміки хімічних реакцій, що відбуваються при введенні різних видів інтенсифікаторів твердіння [2, 6];

- проведення експериментальних досліджень, обробка отриманих результатів і їх аналітичне обгрунтування [7, 9, 11, 15];

- дослідження термодинаміки технологічного процесу формування виробів піногазовим методом [8, 13, 16];

- аналіз і узагальнення раніше проведених досліджень технології виробництва ніздрюватих теплоізоляційних матеріалів [10, 12, 14].

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідалися на III, IV Міжнародних науково-практичних конференціях студентів, аспірантів та молодих вчених «Хімія та сучасні технології» (м. Дніпропетровськ, 2007 р., 2009 р.); IX, X Українських науково-практичних конференціях «Якість житлового середовища» (м. Дніпропетровськ, 2009 р., 2010 р.); XVI, XIX Міжнародних науково-технічних конференціях «Стародубовські читання» (м. Дніпропетровськ, 2006 р., 2009 р.); II, III, IV Всеукраїнських наукових конференціях студентів, аспірантів та молодих вчених «Хімічні проблеми сьогодення» (м. Донецьк, 2008 р., 2009 р., 2010 р.); 47-му міжнародному семінарі «Моделювання та оптимізація композитів» (м. Одеса, 2008 р.); IV Міжнародному науково-практичному семінарі «Теорія і практика виробництва та використання ніздрюватого бетону в будівництві» (смт. Місхор, 2009 р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 16 праць, з них 10 статей у наукових фахових виданнях, включених до переліку, затвердженого ВАК України, і 6 тез доповідей.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та двох додатків. Робота викладена на 151 сторінці, в тому числі основний текст - 129 сторінок, містить 18 таблиць, 31 рисунок. Список використаних джерел включає 144 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету і завдання досліджень. Наведено наукову новизну, практичне значення одержаних результатів, інформацію про апробацію та публікації.

Перший розділ присвячений огляду стану проблеми удосконалення технології виробництва ніздрюватих теплоізоляційних матеріалів для промислової ізоляції і визначенню теоретичних передумов досліджень.

З аналізу праць видатних вчених А.І. Августиника, Р.А. Андріанова, А.Т. Баранова, П.І. Боженова, Ю.Л. Боборова, П.П. Будникова, Ю.І. Бутта, А.В. Волженського, Ю.П. Горлова, К.Е. Горяйнова, А.І. Жиліна, А.В. Жукова, А.Ю. Камінскаса, І.І. Китайгородського, В.А. Китайцева, Г.Я. Куноса, А.П. Меркіна, Н.А. Попова, Б.М. Румянцева, Б.Г. Скрамтаєва, В.І. Соломатова, В.В. Тімашева, В.Н. Сокова, М.І. Хігеровича, В.М. Вирового, Л.Й. Дворкіна, П.В. Кривенка, В.І. Мартинова, В.О. Мартиненка, Р.Ф. Рунової та інших встановлено взаємозв'язок між фізико-механічними властивостями теплоізоляційних матеріалів, їх структурою і складом сировинних компонентів.

Основною характерною властивістю теплоізоляційних матеріалів є теплопровідність, яка згідно ГОСТ 16381-77 не повинна перевищувати 0,175 Вт/м?К. Вирішальний вплив на теплопровідність здійснює пористість, оскільки повітряні прошарки внаслідок низької провідності повітря є ефективним бар'єром на шляху теплового потоку. Підвищення пористості є найбільш радикальним методом зниження теплопровідності. Теплоізолююча здатність матеріалу залежить не лише від пористості, але і від характеру пор, їх розподілу, розмірів, чи є вони відкритими або замкнутими.

Основними чинниками, що впливають на робочі властивості ніздрюватого теплоізоляційного матеріалу, є його компонентний склад, мікро- і макроструктура матеріалу, технологія його виробництва.

Ефективність виробництва теплоізоляційних матеріалів ніздрюватої структури багато в чому визначаються вибраним способом поризації, раціональність якого можна оцінити за наступними показниками:

- спроможністю формування в матеріалі високого ступеня пористості з мінімальною дефектністю структури;

- технологічністю процесів приготування піномаси і формування виробів.

На основі проведеного аналізу та попередніх експериментальних досліджень запропоновано наукову гіпотезу, яка полягає в удосконаленні технології виготовлення теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури з необхідною легкоукладальністю і ранніми термінами твердіння суміші, а також достатньою монтажною міцністю виробів на ранніх термінах твердіння шляхом управління термодинамікою хімічних реакцій за рахунок введення інтенсифікатора процесу твердіння і поліпшення реологічних властивостей модифікацією матричного складу.

У другому розділі наведено відомості про методи дослідження та обґрунтовано вибір сировинних матеріалів, їх основні властивості, а також методи досліджень.

При проведенні досліджень в якості сировинних матеріалів використовувалися наступні компоненти:

- глина чорна пластинчата з кар'єрів ГЗК м. Марганець Дніпропетровської області використовувалась в якості керамічної зв'язки. Число пластичності від 12,8. Мінералогічній склад включає: гідрослюду, дикіт, кремнезем, карбонат кальцію. Глина легкоплавка з температурою випалу 850-920°С;

- шлак гранульований доменний, металургійного заводу ім. Петровського м. Дніпропетровськ, модуль Мо = 1,1 та модуль активності Ма = 0,18;

- глиноземистий цемент (ГОСТ 969-91) використовувався як отверджувач рідкого скла і як компонент, що підвищує міцність матеріалу;

- рідке скло - розчин склоподібних лужних силікатів натрію або калію (ГОСТ 13078-81), силікатний модуль 2,6 - 3, використовувалось в якості в'яжучого на ранніх термінах твердіння ;

- їдкий натр (луг натрієвий) (ГОСТ 2263-79) використовувався як каталізатор хімічної реакції;

- інтенсифікатор твердіння - алюмінієва пудра, (ГОСТ 5494-95);

- для приготування піни використовувалися наступні піноутворювачі: СИНТЕТИК (виробництво Росія), ТЕАС (ПО-6) (ГОСТ 6948-81), клеєканіфольний піноутворювач (ГОСТ 2067-80) і піноутворювач БМК (ГОСТ 30266-95).

У третьому розділі відповідно науковій гіпотезі містяться теоретичні та експериментальні дослідження вдосконалення технології виробництва теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури на базі існуючої технології: отримання якісної піни, інтенсифікація процесів твердіння, які сприяють стабілізації структурного каркасу на ранніх термінах, а також контроль та управління реологічними властивостями формувальної суміші. Проводились дослідження з вибору поризатора, розробки інтенсифікуючого комплексу та оптимальних складів теплоізоляційного матеріалу.

Для вибору ефективного поризатора були проведені дослідження властивостей пін на основі наступних піноутворювачів: СИНТЕТИК, ТЕАС (ПО-6), клеєканіфольний піноутворювач, БМК. Після аналізу отриманих результатів досліджень та виходячи з первинної оцінки якості піноутворювачів, а також вартісного показника, можна зробити висновок, що оптимальним варіантом піноутворювача в співвідношенні якість/ціна є піноутворювач СИНТЕТИК.

У зв'язку з тим, що в суміші розчину теплоізоляційного матеріалу підвищена лужність, то недоліком піноутворювача СИНТЕТИК є його низький рівень рН=6, що призводить до руйнування вже готової піни при змішуванні з сумішшю розчину. Це пояснюється тим, що на пінотворюючу здатність і стійкість піни негативно впливає зміна рН водної фази. Тому рівень рН піноутворювача доводився до рівня рН суміші шляхом його модифікації за рахунок введення лугу. В результаті при введенні лугу в піноутворювач до рівня рН = 10-11 кратність його піни (при вмісті піноутворювача 1,5%) дорівнює 19-20, а густина 40-45 кг/м3.

Згідно з метою роботи для отримання теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури з високою міцністю на ранніх термінах твердіння передбачалося введення в піномасу інтенсифікатора твердіння.

Для проведення експериментальних досліджень з отримання оптимального складу інтенсифікуючого комплексу розроблявся симплекс-решітчатий план експерименту, де в якості вхідних факторів прийнято: рідке скло - Х1, алюмінієва пудра - Х2, луг натрієвий - Х3. За вихідні параметри приймалися: час екзотермії (фекз), час початку прискорення швидкості екзотермічної реакції (фппр), час кінця прискорення швидкості екзотермічної реакції (фкпр), максимальна температура тепловиділення (tтепл).

За результатами даних експерименту одержані математичні моделі, які описують залежність досліджуваних властивостей від складу маси:

фекз= 3Х1+17,25Х2+ 9,5Х3-34,5Х1Х3-19 Х1Х3-19,5Х2Х3;

фппр = 47Х1+43Х2+ 13Х3+12Х1Х2-80 Х2Х3-8Х1Х3;

фкпр = 55Х1+403Х2+120Х3-484Х1Х2+202Х1Х3+594Х2Х3;

tтепл = 25Х1+93Х2+98Х3-120Х1Х2-10Х1Х3+58Х2 Х 3.

Аналіз рівнянь показує загальну тенденцію збільшення часу реакції екзотермії при зменшенні вмісту лугу і збільшенні кількості алюмінієвої пудри. Із збільшенням вмісту лугу від 1 до 27% час початку прискорення швидкості екзотермічної реакції різко знижується від 48 хвилин до 6 хвилин за рахунок підвищення рівня рН.

При взаємодії алюмінієвої пудри і їдкого натру (табл. 1) відбувається утворення NaAlO2 з виділенням водню. Ця хімічна реакція характеризується високою теплотворною здатністю і є екзотермічною, оскільки при утворенні NaAlO2 виділяється 1133 кДж/моль тепла. Із збільшенням вмісту алюмінієвої пудри і лугу температура реакції збільшується. В результаті хімічної реакції виділяється до 41170 Дж/кг, що дозволяє випаровувати приблизно 90% вологи і отримувати залишкову вологість матеріалу 10-12%.

Таблиця 1 - Тепловиділення екзотермічних реакцій інтенсифікаторів твердіння

Найменування інтенсифікатору твердіння	Реакція інтенсифікатора твердіння	Теплота утв. реакції, ?Н0298,утв, кДж/кг	К-ть тепла на вип.вол., Qвип.вол., кДж/кг (з урах. 30% втрат в навк.сер.)	К-ть вип.вол., mвип.вол., кг	Зал. вол. мат. %
Феросиліцій (Fe2Si)	Fe2Si + 2NaOH + 7H2O > 2Fe(OH)3v + Na2SiO3 + 5H2^	4713	66919	25	66,3
Пергідроль (2H2O2)	2H2O2 > 2H2O + O2^	5811	88853	34	64
Алюмінієва пудра (Al)	2Al + 2NaOH + H2O > 2NaAlO2 + 2H2^	41770	674921	261	10,2

На основі результатів даних експерименту за допомогою ЕОМ були побудовані діаграми взаємного впливу рідкого скла, лугу і алюмінієвої пудри на властивості, що досліджувалися. На підставі експериментальних даних і побудованих діаграм визначався склад інтенсифікуючого комплексу, який забезпечує необхідні властивості, а саме: час екзотермії більше 5 хвилин, час початку прискорення швидкості екзотермічної реакції менше 5 хвилин, час кінця прискорення швидкості екзотермічної реакції більше 6 хвилин, максимальна температура тепловиділень більше 90°С.

На основі проведених експериментів з розробки складів інтенсифікуючого комплексу та піноутворювача в роботі проводились дослідження з розробки оптимальних складів теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури за допомогою симплекс-решітчатого методу планування експерименту. На підставі літературних даних для виробництва теплоізоляційного матеріалу запропоновано наступні компоненти: шлак і глина - Х1, глиноземистий цемент - Х2, рідке скло - Х3. За вихідні параметри прийнято: час початку прискорення швидкості екзотермічної реакції, час кінця твердіння, максимальна температура тепловиділень, середня густина матеріалу, дійсна густина, пористість, коефіцієнт теплопровідності, міцність при стисканні, міцність, при вигині, температура спікання, а також фізико-механічні властивості після випалу.

Для дослідження була вибрана область складів в системі шлак і глина - глиноземистий цемент - рідке скло з вершинами в точках 1 (2,77), 3 (34,19), 5 (51,45). Сума компонентів в кутах трикутника складає 98%, оскільки сумарний вміст лугу, алюмінієвої пудри і піноутворювача приймався у кількості 2% та був фіксованою величиною для кожного складу. Вода в склад вводилася в кількості, необхідній для отримання суміші з необхідною легкоукладальністю.

На основі результатів даних експерименту за допомогою ЕОМ були побудовані діаграми взаємного впливу компонентів, а також розроблені математичні моделі з визначення основних властивостей суміші композиційного теплоізоляційного матеріалу для промислової ізоляції: часу початку твердіння фтв = 50Х1 + 47Х2 + + 276Х3 + 142Х1Х2 - 340Х1Х3 - 242Х2Х3, міцності при стисканні готового виробу Rст = 0,034Х1 + 0,034Х2 + 1,55Х3 - 0,056Х1Х2 + 0,392Х1Х3 - 0,364Х2Х3, густина с0 = 350Х1 + 394Х2 + 845Х3 - 328Х1Х2 + 786Х1Х3 + 682Х2Х3, теплопровідності л = 350Х1 + 394Х2 + 845Х3 - 328Х1Х2 + 786Х1Х3 + 682Х2Х3.

Діаграма (рис. 1б) показує, що для досягнення часу кінця твердіння сирцю менше 50 хвилин треба використовувати максимальну кількість шлаку і цементу при вмісті рідкого скла від 19 до 27%. Таку залежність можна легко пояснити. Твердіння рідкого скла відбувається головним чином унаслідок його дегідратації в повітряному середовищі, що приводить до агрегації молекул силікатів натрію і, як результат, утворення твердої міцної речовини. У зв'язку з тим, що одним з компонентів суміші є луг натрієвий, то це призводить до активації гідравлічних властивостей тонкомеленого шлаку, саме тому із збільшенням його вмісту час кінця твердіння скорочується (рис. 1б), що дозволяє отримати високу міцність напівфабрикату на ранніх термінах.

а) б)

в) г)

Рис.1. Вплив вмісту компонентів на:

а) час початку прискорення екзотермічної реакції, хв.; б) час кінця твердіння, хв.; в) середню густину після випалу, кг/м3; г) середню густину до випалу, кг/м3.

Процеси гідратації цементного каменю супроводжуються виділенням тепла. Наприклад, при гідратації трьохкальцієвого силікату виділяється близько 500 кДж/кг тепла, а при гідратації двохкальцієвого силікату - близько 250-290 кДж/кг. Що стосується інтенсифікатора твердіння, то кількість виділеного тепла досягає приблизно 4713 кДж/кг. Відповідно із збільшенням вмісту цементу температура реакції збільшується, що прискорює процес твердіння на ранніх термінах. Проте в даному випадку основним в'яжучим компонентом є не цемент, а рідке скло, яке при дегідратації в повітряно-сухих умовах твердне за рахунок агрегації молекул силікатів натрію. А введення в якості отверджувачів шлаку і цементу дозволяє отримати достатню міцність на ранніх термінах.

Значний вплив на міцність матеріалу і швидкість його твердіння має вид цементу. Дослідження показали, що матеріал на основі глиноземистого цементу має більшу міцність, ніж на портландцементі. Таке явище можна пояснити тим, що основними мінералами глиноземистого цементу є низькоосновні алюмінати кальцію СА, С2А, що забезпечують швидке зростання міцності.

З порівняння діаграм (рис. 1в, г) можна спостерігати зниження середньої густини матеріалу після випалу, а відповідно збільшення пористості і зниження теплопровідності, таке явище відбувається внаслідок вигорання органічних сполук, домішок, дегідратації гідроксиду кальцію, тобто випаровування хімічно зв'язаної і адсорбційної води, що призводить до утворення пор і пустот.

Оптимальні склади теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури, визначались на основі аналізу діаграм.

Для визначення необхідної кількості тепла та залишкової вологи готового напівфабрикату проводився розрахунок екзотермічних реакцій різних складів розробленого теплоізоляційного матеріалу (табл.1).

На підставі отриманих даних в якості інтенсифікатора твердіння прийнято алюмінієву пудру. Це дозволяє збільшити температуру екзотермічної реакції і швидкість видалення вільної вологи, внаслідок чого міцність матеріалу настає на ранніх термінах.

У четвертому розділі проведеними дослідженнями встановлена залежність властивостей напівфабрикату і його структури від реологічних властивостей формувальної маси і її складу протягом всього технологічного процесу.

Згідно мети дослідження в роботі досліджувались реологічні властивості формувальної суміші на кожному етапі технологічного процесу (рис. 2), в наступному порядку для:

- суміші розчину з метою визначення достатньої кількості вологи перед введенням піни;

- піномаси з метою регулювання процесу термодинаміки хімічних реакцій;

- формувальної суміші в процесі наростання пластичної міцності.

Для суміші розчину визначалась в'язкість, основний показник технологічного процесу отримання піномаси. Оскільки знижений об'єм рідкої фази зменшує рухливість суміші (характеризується водотвердим відношенням), що при наявності тонких контактних плівок піни визначають їх підвищену схильність до нерегульованого руйнування при змішуванні з розчином. При занадто великому водотвердому відношенні збільшується кількість води в складі, що призводить до зниження міцності теплоізоляційного матеріалу. Виходячи з цього, слід підбирати таке співвідношення компонентів суміші розчину, при якому водотверде відношення було б мінімальним та не призводило до руйнування піни.

В даній роботі рухливість визначалася за діаметром розпливу розчину із віскозиметра Суттарда, що відповідає показнику рухливості який характеризується глибиною пенетрації конуса «СтройЦНИЛ».

Рис. 2. Технологічна схема виробництва теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури піногазовим (змішаним) методом.

Для проведення досліджень з визначення впливу співвідношень компонентів системи на реологічні властивості суміші розчину розроблявся план симплекс-решітчатого методу планування експерименту. В якості вхідних параметрів прийнято: шлак - Х1, глина і глиноземистий цемент - Х2, рідке скло і вода - Х3.

Початкова в'язкість має бути достатньою для рівномірного розподілу газових бульбашок (в результаті хімічної реакції інтенсифікатора твердіння) по піномасі, інакше бульбашки почнуть об'єднуватись із утворенням крупних «повітряних кишень», що приведе до руйнування структури матеріалу і, як наслідок, до усадки. В роботі початкова в'язкість визначалася за допомогою методу падаючої кульки на кульковому віскозиметрі, принцип дії якого засновано на визначенні швидкості падіння кульки в посудині з сумішшю та вимірюється в Па·с.

Контроль зміни пластичної міцності формувальної суміші проводився за модулем пружності (Юнга), який визначався за допомогою низькочастотного ультразвукового резонансного методу, принцип дії якого засновано на визначенні резонансної частоти ультразвукової хвилі при проходженні через матеріал.

Проведеними дослідженнями встановлено, що для отримання напівфабрикату теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури з необхідною міцністю та густиною і залишковою вологістю 10-12% потрібно використовувати формувальну суміш в'язкістю 11-13 Па?с, що відповідає пенетрації конуса «СтройЦНИЛ» в суміші розчину з В/Т = 0,5-0,55 на 12 см (діаметр розпливу розчину з віскозиметра Суттарда Д = 26-31 см), з модулем пружності піномаси 5-6·108Па (рис. 3а).

а)

б)

Рис. 3. Графік залежності властивостей суміші від об'єму піни:

а) модуль пружності; б) густина піномаси.

Для кожного складу формувалися зразки і досліджувалися властивості отриманих напівфабрикатів (рис. 4). Аналіз графіків показує, що з збільшенням вмісту піни у формувальній суміші від 50 до 200 мл спостерігається зниження густини від 730 до 234 кг/м3, при цьому залишкова вологість напівфабрикату змінюється від 11,8 до 16,7%, що призводить до зниження міцності від 0,45 до 0,14 МПа.

При збільшенні вмісту піни, що вводиться в суміш розчину, від 50 до 150 мл спостерігається різке зниження в'язкості в піномасі від 22,34 до 6,92 Па?с, при цьому збільшується пористість від 74 до 83% (рис. 4в) і, як наслідок, знижується густина напівфабрикату від 653 до 299 кг/м3 (рис. 4б).

Збільшення вмісту піни від 50 до 150 мл впливає на структуру напівфабрикату, при цьому пори деформуються, міжпорові перегородки стають різними по товщині, поверхні перегородок з гладкого глянсового стану переходять в рихлий, що спричиняє зниження міцності, оскільки припоровий шар виконує функцію підкріплюючої зони, і експериментально встановлено, що формування глянсового припорового шару істотно підвищує міцність матеріалу.

На основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень удосконалено технологічний процес виготовлення напівфабрикату з наступними технічними характеристиками: середня густина 360-400 кг/м3, теплопровідність 0,06-0,076 Вт/м0С та міцність 0,4-0,6 МПа. Це дозволяє уникнути процесу сушіння і проводити випал в заводських або експлуатаційних умовах.

а) б)

в) г)

д)

Рис. 4. Графіки залежності властивостей готового напівфабрикату від кількості піни в суміші: а) вологість; б) густина; в) пористість; г) теплопровідність; д) міцність.

На підставі експериментальних досліджень і результатів диференціально-термічного та рентгенофазового аналізу (рис. 5, 6) теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури розроблено режим випалу та номограму залежності товщини шару теплоізоляційного матеріалу від температури теплоносія, що дозволяє проектувати товщину теплоізоляційного шару залежно від температурного режиму експлуатації обладнання.

Рис. 5. Рентгенограма розробленого теплоізоляційного матеріалу до випалу.



Фазовий склад напівфабрикату розробленого матеріалу на основі доменного гранульованого шлаку, чорної глини, глиноземистого цементу і рідкого скла представлений каолінітом Al2O32SiO22H2O d = (0,715; 0,446; 0,411; 0,353; 0,255; 0,233; 0,198 нм), гідроалюмінатами кальцію Ca3Al2O6·8-12H2O d = (0,302; 0,288; 0,271; 0,222; 0,191; 0,187; 0,181; 0,172; 0,150; 0,146; 0,138; 0,133 нм), силікатами кальцію CaOSiO2 d = (0,433; 0,204; 0,163; 0,140 нм). Теплоізоляційний матеріал випалений при температурі 850 - 9000С, представлений геленітом 2CaOAl2O3SiO2 d = (0,423; 0,37; 0,283; 0,198; 0,174; 0,147 нм), воластонітом CaOSiO2 d = (0,381; 0,298; 0,233; 0,228; 0,218 нм). Таким чином, в процесі випалу алюмінати кальцію шлаку і глиноземистого цементу реагують з кремнеземом глини з утворенням геленіту і воластоніту.

Рис. 6. Рентгенограма розробленого теплоізоляційного матеріалу після випалу.

В процесі спікання розробленого матеріалу на основі меленого доменного шлаку, чорної глини, глиноземистого цементу і рідкого скла бере участь рідка фаза, що утворюється завдяки наявності дрібнодисперсної легкоплавкої глини. При цьому відбуваються такі процеси: зміна розмірів і форми пор і перегородок; просторовий перерозподіл фаз; утворення внаслідок реакції нових фаз і твердих розчинів. З рис. 7 можна відзначити, що в матеріалі до випалу в міжпоровій перегородці спостерігаються крупні включення, що приводить до нерівномірності товщини перегородки через неоднорідність зерен дисперсного матеріалу (рис. 7а). Після випалу (рис. 7б) спостерігається рівномірність розподілу зерен дисперсної фази в перегородці, що свідчить про вигорання органічних домішок, присутніх в матеріалі, а також формування новоутворень в результаті твердофазових реакцій.

а) б)

Рис. 7. Структура міжпорової перегородки (збільшення х200):

а) до випалу; б) після випалу.

Для розробленого матеріалу були запропоновані структурні схеми та математичні моделі, які описують його основні пружно-в'язко-пластичні характеристики на кожному етапі формування його структури.

У п'ятому розділі наведено результати дослідно-промислових випробувань та техніко-економічний ефект використання розробленого матеріалу.

Згідно розробленої технології виробництва ніздрюватого теплоізоляційного матеріалу, теплову обробку (випал) можна проводити як в заводських умовах, так і в процесі експлуатації при виведенні теплового обладнання і його конструктивних елементів на робочий режим.

Випал в заводських умовах проводився по режиму 4х2х4 при температурі 8500С, а в процесі експлуатації після монтажу при температурі 850-9000С. Перевищення температури теплоносія від робочої склало 250-3000С з метою створення у виробі структури керамічного черепка.

Після випалу отримано матеріал з міцністю 0,62-0,8 МПа, густиною 350-400 кг/м3 і теплопровідністю 0,06-0,07 Вт/м0С.

Економічний ефект за рахунок зниження собівартості матеріалів становить 45,12 грн./м3, зниження витрат на випал матеріалу в умовах виробництва - 11,28 грн./м3 та в умовах експлуатації - 34,56 грн./м3.



ВИСНОВКИ

Внаслідок проведених теоретичних та експериментальних досліджень вирішено важливу науково-прикладну задачу удосконалення технології виробництва теплоізоляційних матеріалів ніздрюватої структури для промислової ізоляції та сформулювано такі висновки.

1. Удосконалено технологію виробництва ніздрюватого теплоізоляційного матеріалу для промислової ізоляції, що дозволяє досягти на ранніх термінах (20-25 хвилин) монтажної міцності в межах 0,4-0,6 МПа, яка полягає в змішуванні інтенсифікатора твердіння з сухими компонентами, подальшому їх змішуванні з рідкою фазою і піною, прискореному формуванні структури і наступному випалі в експлуатаційних або заводських умовах.

2. Розроблені математичні моделі для визначення основних властивостей суміші композиційного теплоізоляційного матеріалу для промислової ізоляції: часу початку твердіння фтв = 50Х1 + 47Х2 + 276Х3 + 142Х1Х2 - 340Х1Х3 - 242Х2Х3, міцності при стисканні готового виробу Rст = 0,034Х1 + 0,034Х2 + 1,55Х3 - 0,056Х1Х2 + 0,392Х1Х3 - 0,364Х2Х3, густини с0 = 350Х1 + 394Х2 + 845Х3 - 328Х1Х2 + 786Х1Х3 + 682Х2Х3, теплопровідності л = 350Х1 + 394Х2 + 845Х3 - 328Х1Х2 + 786Х1Х3 + 682Х2Х3 з початковими компонентами Х1 - шлак, глина, Х2 - глиноземистий цемент, Х3 - рідке скло.

3. На підставі проведених досліджень отримали подальший розвиток теоретичні уявлення про процеси твердіння формувальної суміші за рахунок тепла екзотермічних реакцій при введенні до складу піномаси інтенсифікаторів твердіння, що сприяють прискоренню процесів гідратації в'яжучих і випаровуванню вільної вологи, які забезпечують максимально можливий ступінь перетворення реагентів в продукти реакції і теплові ефекти. Встановлено, що для отримання матеріалу з монтажною міцністю 0,4-0,6 МПа і залишковою вологістю 10-12% необхідно 393486 кДж на 1 м3 теплоізоляційного матеріалу густиною 360-400 кг/м3.

4. В результаті дослідження ряду піноутворювачів встановлений механізм підвищення стійкості технічної піни на основі піноутворювача СИНТЕТИК в лужному середовищі суміші розчину, за рахунок введення лужного компоненту NаOH, який сприяє підвищенню лужності піноутворювача і обумовлює концентрацію молекул поверхово-активних речовин у поверхні ламели таким чином, що заряд на поверхні повітряної бульбашки відповідає лужному середовищу.

5. В результаті досліджень і аналізу основних реологічних властивостей формувальної суміші на всіх етапах технологічного процесу встановлені моделі для кожного виду формувальної суміші, що описують їх основні пружно-в'язко-пластичні характеристики, а саме для суміші розчину - модель Бінгамова тіла, для піномаси - закон Дарсі, для піномаси в процесі газоутворення - закон, що враховує зміну об'єму газового пузиря, для готового напівфабрикату - модель Шофілд - Скотт - Блера.

6. Методом рентгенофазового і термічного аналізу виявлено, що мінералогічний склад ніздрюватого теплоізоляційного матеріалу для промислової ізоляції представлений геленітом і воластонітом, при цьому міцність матеріалу складає 0,62-0,8 МПа, а густина 350-400 кг/м3.

7. На підставі теплотехнічних розрахунків і експериментальних досліджень запропонована номограма розподілу температури в товщі теплоізоляційного шару і на його поверхнях в процесі експлуатації при різних температурах теплоносія, що є паралельно розташованими прямолінійними залежностями товщини теплоізоляційного шару від температурних полів, побудованих на основі закону Ньютона-Ріхмана.

8. Проведеними дослідженнями встановлено, що для отримання готового напівфабрикату ніздрюватого теплоізоляційного матеріалу з необхідною міцністю та густиною і залишковою вологістю 10-12% потрібне використання формувальної піномаси в'язкістю 11-13 Па?с, що відповідає пенетрації конуса «СтройЦНИЛ» в суміші розчину з В/Т = 0,5-0,55 на 12 см (діаметр розпливу розчину з віскозиметра Суттарда Д = 26-31 см), з модулем пружності піномаси в 5-6?108Па.

9. Встановлено, що введення піни густиною до 45 кг/м3 в суміш розчину з с = 1600 кг/м3 розробленого складу в об'ємі 1500 л на 1 м3 дозволяє отримати напівфабрикат пористістю не менш 81%, який характеризується дрібнопористою структурою з глянсовим гладким припоровим шаром міжпорової перегородки і з теплопровідністю до 0,076 Вт/м°С.

10. Дослідно-промислові випробування розробленого теплоізоляційного матеріалу ніздрюватої структури для промислової ізоляції показали, що експлуатаційні характеристики цього матеріалу складають: термічний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР) дорівнює 4-5?10-6К-1, термостійкість (850 ± 200С) до 50 повітряних теплозмін і теплопровідність до 0,076 Вт/м°С. Економічний ефект за рахунок зниження собівартості матеріалів становить 45,12 грн./м3, зниження витрат на випал матеріалу в умовах виробництва - 11,28 грн./м3 та в умовах експлуатації - 34,56 грн./м3.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Потийко Л.А. Высокотемпературные теплоизоляционные материалы // В.Н. Деревянко, М.И. Шибко, Л.А. Потийко, // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - Дніпропетровськ: ПДАБА, 2006. - № 2. - С. 4 - 10.

2. Потийко Л.А. Влияние компонентов газообразователя на технологические свойства безобжиговой теплоизоляции / В.Н. Деревянко, М.И. Шибко, Н.В. Кондратьева, А.П. Полтавцев, Л.А. Потийко // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Днепропетровск: ПГАСА, 2006. - Вып.36, ч.3. - С. 132 - 136.

3. Потийко Л.А. Влияние компонентов высокотемпературной теплоизоляции на свойства материала / В.Н. Деревянко, М.И. Шибко, Л.А. Потийко // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: Місто майстрів, 2006. - Вип.23. - С.40 - 47.

4. Потийко Л.А. Композиционные материалы, армированные дискретными волокнами / В.Н. Деревянко, Л.В. Саламаха, Л.А. Потийко, Е.Г. Кушнир, Н.П. Евсеенко, Л.С. Соколова, Т.А. Щелокова // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Днепропетровск: ПГАСА, 2009. - Вып. 48, ч.2. - С. 131 - 137.

5. Потийко Л.А. Влияние состава безобжигового высокотемпературного теплоизоляционного материала на его свойства / В.Н. Деревянко, М.И. Шибко, Л.А. Потийко, Л.С. Соколова // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Днепропетровск: ПГАСА, 2009. - Вып.49 - С. 136 - 141.

6. Потийко Л.А. Исследование термодинамики пороцессов газообразования / В.Н. Деревянко, Л.А. Потийко, Т.В. Мартыненко // Строительство, материаловедение, машиностроение. Серия: Теория и практика производства и применения ячеистого бетона в строительстве. - Днепропетровск: ПГАСА, 2009. - Вып. 4. - С. 115 - 122.

7. Потийко Л.А. Моделирование композиционных материалов / В.Н. Деревянко, Н.В. Кондратьева, Л.А. Потийко, Е.Г. Кушнир // Науковий вісник Луганського національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. - Луганськ: Видавництво ЛНАУ, 2010. - №14. - С. 149 - 162.

8. Потийко Л.А. Анализ термодинамических процессов при твердении пористого теплоизоляционного материала / В.Н. Деревянко, Л.А. Потийко // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Днепропетровск: ГВУЗ «ПГАСА», 2010. - Вып. 52, ч.1. - С. 86 - 89.

9. Потийко Л.А. Оптимизация составов безобжиговых ячеистых теплоизоляционных материалов / В.Н. Деревянко, Л.А. Потийко, А.И. Бегун, Н.В. Кондратьева // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: Зовнішрекламсервіс, 2010. - Вип. 39, ч.1. - С. 124 - 129.

10. Потийко Л.А. Способы получения высокотемпературных пористых теплоизоляционных материалов / В.Н. Деревянко, Л.А. Потийко // Вісник Придніпровської державної академії будівництва та архітектури. - Дніпропетровськ: ПДАБА, 2010. - №2 - 3. - С. 28 - 33.

11. Потийко Л.А. Влияние дисперсного армирования на прочность матрицы / Л.В. Скидан, Л.А. Потийко, Али М.Н. Салах // Хімія і сучасні технології: ІІІ Міжнародна науково-технічна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених, 22 - 24 травня 2007 р.: тези доповідей. - Дніпропетровськ, 2007. - С. 230.

12. Потийко Л.А. Разработка и исследование высокотемпературной теплоизоляции / В.Н. Деревянко, Н.В. Кондратьева, Л.А. Потийко // Материалы к 47-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов - МОК'47, 21 - 22 апреля 2008 г. - Одесса: Астропринт, 2008. - С. 93.

13. Потийко Л.А. Исследование влияния компонентов газообразователя на технологические свойства высокотемпературной теплоизоляции / В.Н. Деревянко, Л.А. Потийко // Хімічні проблеми сьогодення: Друга Всеукраїнська наукова конференція студентів, аспірантів і молодих вчених, 18 - 20 березня 2008 р.: тези доповідей. - Донецьк, 2008. - С. 13.

14. Потийко Л.А. Разработка и исследование свойств высокотемпературной теплоизоляции / В.Н. Деревянко, Л.А. Потийко, Л.С. Соколова // Хімічні проблеми сьогодення: Третя Всеукраїнська наукова конференція студентів, аспірантів і молодих вчених, 19 - 21 березня 2009 р.: тези доповідей. - Донецьк, 2009. - С. 21.

15. Потийко Л.А. Разработка и исследование безобжиговой высокотемпературной теплоизоляции / В.Н. Деревянко, Л.А. Потийко, Л.С. Соколова // Хімія і сучасні технології: ІV Міжнародна науково-технічна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених, 22 - 24 квітня 2009 р.: тези доповідей. - Дніпропетровськ, 2009. - С. 287.

16. Потийко Л.А. Анализ термодинамических процессов при производстве безобжигового теплоизоляционного материала / В.Н. Деревянко, Л.А. Потийко // Хімічні проблеми сьогодення: Четверта Всеукраїнська наукова конференція студентів, аспірантів і молодих вчених, 16 - 18 березня 2010 р.: тези доповідей. - Донецьк, 2010. - С. 25.



АНОТАЦІЯ

Потійко Л.О. Удосконалення технології виробництва теплоізоляційних матеріалів на основі гранульованих доменних шлаків для промислової ізоляції. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - будівельні матеріали та вироби. - Державний вищий навчальний заклад «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», Дніпропетровськ, 2011.

Дисертаційна робота присвячена питанням удосконалення технології виробництва і розробки складів ніздрюватих теплоізоляційних матеріалів, виготовлених за змішаним (піногазовим) способом на основі доменних гранульованих шлаків, чорної глини, глиноземистого цементу і рідкого скла з необхідною легкоукладальністю і достатньою монтажною міцністю на ранніх термінах шляхом управління термодинамікою хімічних реакцій і покращання реологічних властивостей.

В результаті досліджень визначено оптимальний піноутворюючий компонент, а також склад інтенсифікатора твердіння на основі газоутворювача. За допомогою теоретичних та експериментальних досліджень було визначено оптимальний склад теплоізоляційного матеріалу. Проведено дослідження термодинаміки фізико-хімічних процесів, що відбуваються при твердінні теплоізоляційного матеріалу за змішаним методом виробництва. Розглянуті і досліджені реологічні властивості формувальної суміші і їх вплив на властивості напівфабрикату.

Значна увага приділена удосконаленню існуючої технології виробництва теплоізоляційного матеріалу. Перевіркою експериментальних даних на виробництві доведено, що внаслідок застосування розробленого методу виготовлення скоротився час виготовлення та витрати енергетичних ресурсів. Ключові слова: метод піногазовий, інтенсифікатор твердіння, реологічні властивості, теплоізоляція.

АННОТАЦИЯ

Потийко Л.А. Совершенствование технологии производства теплоизоляционных материалов на основе гранулированного доменных шлаков для промышленной изоляции. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия. - Государственное высшее учебное заведение «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», Днепропетровск, 2011.

Диссертационная работа посвящена вопросам усовершенствования технологии производства и разработки составов ячеистых теплоизоляционных материалов, изготовленных смешанным (пеногазовым) способом на основе доменных гранулированных шлаков, черной глины, глиноземистого цемента и жидкого стекла.

Современные теплоизоляционные материалы, применяемые для изоляции высокотемпературных трубопроводов и тепловых агрегатов, в большинстве случаев изготавливают по сложной технологии, включающей сушку, обжиг и только потом монтаж, что увеличивает энергозатраты и себестоимость изделий.

Суть работы заключается в усовершенствовании разработанного ячеистого теплоизоляционного материала и технологии его производства с требуемой удобоукладываемостью и короткими сроками твердения смеси, а также достаточной монтажной прочностью после распалубки путем управления термодинамикой химических реакций и улучшения реологических свойств матричного состава.

Основными этапами исследований были: разработка первоначальной идеи или гипотезы; подготовка модели; проведение эксперимента; статистическая обработка и интерпретация результатов; разработка мероприятий по перенесению знаний на объект.

В результате исследований определены оптимальный порообразующий компонент на основе пенообразователя СИНТЕТИК, который дает возможность предотвратить разрушение пены в щелочной среде (рН = 10-11), а также состав интенсифицирующего комплекса на основе газообразователя алюминиевая пудра.

Разработан оптимальный состав теплоизоляционного материала. С целью определения остаточной влажности готового полуфабриката, а также количества тепла, необходимого на испарение, проведены исследования термодинамики процессов, протекающих за счет введения интенсификаторов твердения.

Согласно цели работы были проведены исследования реологических свойств формовочной смеси на каждом этапе технологического процесса: для растворной смеси с целью определения достаточного количества воды перед введением пены; пеномассы с целью регулирования процесса газообразования; формовочной смеси в процессе нарастания пластической прочности.

Для разработанного материала были предложены структурно-схематические и математические модели, которые описывают его основные упруго-вязко-пластические характеристики на каждом этапе формирования его структуры.

На основании результатов дифференциально-термического и рентгенофазового анализа теплоизоляционного материала пористой структуры разработан режим обжига и номограмма зависимости толщины теплоизоляционного слоя в зависимости от температурного режима эксплуатации оборудования.

Опытно-промышленные испытания разработанного теплоизоляционного материала ячеистой структуры для промышленной изоляции показали, что эксплуатационные характеристики данного материала составляют: термический коэффициент линейного расширения (ТКЛР) равен 4-5х10-6К-1, термостойкость (850±20 0С) до 50 воздушных теплосмен и теплопроводность 0,076 Вт/м?°С. Экономический эффект за счет снижения себестоимости материалов составляет 45,12 грн./мі, снижения затрат на обжиг материала в заводских условиях 11,28 грн./м3 и в процессе эксплуатации 34,56 грн./м3.

Ключевые слова: метод пеногазовый, интенсификатор твердения, реологические свойства, теплоизоляция.



SUMMARY

Potiyko L.O. Perfection production technology of granular blast-furnace slag based heat-insulation materials for an industrial isolation. - Manuscript.

Thesis on competition of a Degree of the Candidate of Technical Science on a Speciality 05.23.05 - building materials and articles. - State Higher Educational Establishment “Pridneprovsk State Academy of Civil Engineering and Architecture”, Dnipropetrovsk, 2011. Dissertation work is devoted to the questions of improvement of production technology and elaboration of cellular heat-insulation material compositions on the basis of blast-furnace granular slags, black clay, aluminous cement and liquid glass, made on the mixed (foam-gas) method. Essence of work consists in the development of cellular heat-insulation material and the technology of production with the required placeability and low terms of hardening by the intensification of hardening processes and by a management of chemical reactions thermodynamics and improvement of reology properties due to modification of matrix composition. As a result of researches the optimum foaming component and the enhancer of hardening was definited. The optimum composition of heat-insulation material is definite by the method of experiment planning. The calculation of thermal balance of physical and chemical processes, leak at hardening of heat-insulation material, prepared the mixed method is offered. Considered and investigational reology properties of forming mass and their influence on the properties of the prepared intermediate product.