Автореферат диссертации (Безобжиговые гипсовые композиты с повышенными эксплуатационными свойствами)

На правах рукописиПетропавловская Виктория БорисовнаБЕЗОБЖИГОВЫЕ ГИПСОВЫЕ КОМПОЗИТЫС ПОВЫШЕННЫМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИСВОЙСТВАМИ05.16.09 – Материаловедение (строительство) (технические науки)Авторефератдиссертации на соискание ученой степенидоктора технических наукТверь 2019Работа выполненав Федеральном государственномобразовательномучреждениивысшегообразованиягосударственный технический университет» (ТвГТУ).Научный консультант:бюджетном«ТверскойБелов Владимир Владимировичдоктор технических наук, профессорГаркави Михаил Саулович,доктор технических наук, профессор, ЗАО«Урал-Омега»,заместительглавногоинженера по науке и инновациямНедосеко Игорь Вадимович,доктор технических наук, доцент, ФГБОУВО «Уфимский государственный нефтянойтехническийуниверситет»,кафедра«Строительные конструкции», профессорЧернышева Наталья Васильевна,доктор технических наук, доцент, ФГБОУВО«Белгородскийгосударственныйтехнологическийуниверситетим.

В.Г. Шухова», кафедра «Строительноематериаловедение,изделияиконструкции», профессорОфициальные оппоненты:Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетноеобразовательное учреждение высшегообразования«Воронежскийгосударственныйтехническийуниверситет»Защита состоится «20» мая2019 г. в 11 часов 00 минут на заседаниидиссертационного совета Д 212.138.02, созданного на базе ФГБОУ ВО«НациональныйисследовательскийМосковскийгосударственныйстроительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе,д. 26, Зал ученого совета.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВО«НациональныйисследовательскийМосковскийгосударственныйстроительный университет» www.mgsu.ruАвтореферат разослан «»2019 г.Ученый секретарьдиссертационногосоветаАлимов Лев Алексеевич2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования. В связи с возросшими требованиямик качеству назрела необходимость в появлении новых гипсовых материалов свысокими эксплуатационными показателями.

Обеспечение повышенныхсвойств прессованных гипсовых изделий связано с развитием новыхтеоретических представлений в области безобжиговых материалов.Исключение наиболее сложных и затратных стадий при получениибезобжиговых изделий обеспечивает энергоэффективность и малуюресурсоемкость производства, а также экологичностьи безопасностьполучаемого материала.Установление зависимостей между составом, структурой и свойствамибезобжигового гипсового камня позволяет обеспечитьвысокиепотребительские свойства гиперпрессованных изделий путем оптимизациитехнологических принципов их производства.Работа выполнялась согласно Федеральной целевой программе «Жилище»(приоритетный Национальный проект «Доступное и комфортное жилье –гражданам России»), а также Федеральной целевой программе «Научные инаучно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы игосударственного задания ОО ВО и научным организациям в сфере научнойдеятельности по проекту № 234.Степень разработанности темы.

Отмечено, что в настоящее время втехнологии производства строительных материалов активно развиваетсянаправление получения прессованных изделий из пластичных и полусухихпорошковидных сырьевых составов на основе природного сырья.Использование полусухого прессования в производстве изделий на основегипсовоговяжущегосдерживаетсятехнологическимисложностями:неравномерностью протекания процессов гидратации гипсового вяжущего,сокращенными сроками живучести сырьевой смеси и т.д.Полусухоепрессование изделий на основе двуводного гипса основано на использованиитехнологических приемов, активизирующих процесс гидратационноготвердения, тем самым возвращая технологию к прессованию изделий изполуводного гипса.Исследование процессов, протекающих при синтезе прессованныхкомпозитов, исключающих преобразование дигидрата в полугидрат, т.е.перевод в гипсовое вяжущее, а, следовательно, исключающих и процессгидратации при получении гипсовых изделий, является одним измалоизученных перспективных направлений развития науки и технологий.Объектом исследования являются дисперсные системыгипса из техногенного и природного сырья.двуводногоПредметом исследования является применение двуводного гипса дляполучения безобжиговых композитов и изделий на их основе.3Цель, задачи исследования.Цель–обоснованиевозможностиполучениябезобжиговыхгиперпрессованных композитов на основе двуводного гипса.В соответствии с целью работы определены следующие задачи:– разработка теоретических основ конденсационного твердениядвуводного гипса;‒ исследование влияния дисперсного и зернового составов системдвуводного гипса различного генезиса на процесс конденсационного твердениябезобжиговых строительных композитов;– установление основных закономерностей изменения структуры исвойств безобжиговых гипсовых композитов в зависимости от состава ифизико-химических параметров дисперсионной среды;– разработка технологических принципов получения гиперпрессованныхбезобжиговых материалов;– разработка локальных актов по производству безобжиговых материалови контролю их качества.Научная новизна работы.Разработаны теоретические основы формирования фазовых контактов вдисперсной системе двуводного гипса за счет физико-химическоговзаимодействиячастиц,отвечающихтермодинамическимусловиямконденсационного твердения.

Особенностями формирования внутреннейструктуры двуводного гипса являются наличие разноразмерных кристаллов исвязывающих их сил физико-химического взаимодействия в активных центрахкристаллизации. Установлены закономерности формирования единичныхконтактов на поверхности двуводного гипса за счет обеспечения требуемогопересыщения в жидкой фазе системы дигидрата.Предложен механизм конденсационного твердения в системе «дигидрат ‒дигидрат», заключающийся в образовании зародышей контактов примеханическом сближении разноразмерных зерен и их структурнойоднородности. В этом случае на поверхности крупного зерна адсорбируютсямолекулы из раствора, за счет чего происходит рост кристаллизационногомостика между крупным и мелким зерном, что обеспечивает получениевысокопрочной структуры безобжигового композита.Выявлены основные закономерности влияния дисперсного и зерновогосоставов систем двуводного гипса на физико-механические свойства гипсовогокамня.

Использование бинарных дисперсных систем позволяет обеспечитьмаксимальное количество фазовых контактов в структуре двуводного гипса,которое в соответствии с разработанной моделью геометрической структуры,определяется соотношением диаметров сфер большого и малого размера.Оптимальная структура конденсационного твердения формируется на основебинарной системы двуводного гипса с содержанием частиц крупной фракции≈ 30 %.Определена роль механического поджима (величины давления) приструктурообразовании гипсовых систем конденсационного твердения при4малом пересыщении   1,15 . Внешнее механическое воздействие величиной неменее 30 МПа обеспечивает сцепление частиц за счет близкодействующих сил,тем самым создавая условия для образования зародыша кристаллизационногоконтакта в соответствии с механизмом конденсационного твердения.Выявлены особенности влияния степени щёлочности и химическогосостава дисперсионной среды на структуру и свойства безобжиговых гипсовыхкомпозитов.

Наиболее благоприятной для формирования структуры композитавысокой прочности, в сравнении с гидроксидами калия и натрия, являетсяжидкая фаза гидроксида кальция, обладающая наибольшей ионной силой, суровнем рН близким к 8. Взаимодействие между растворяющимся веществоми фазообразующей поверхностью в щелочной среде гидроксида кальция всистеме конденсационного твердения идет по маршруту химическойадсорбции.Разработан физико-математический инструментарий оценки начальнойпрочности структуры конденсационного твердения, основанный наопределении количества фазовых контактов через деформативныехарактеристики бинарных смесей, представленных порошками, значительноотличающимися по дисперсности.

Предложена методика и установленызакономерности изменения деформативных свойствсырьевых смесей взависимостиот совместного влияния влажности и зернового составадигидрата.Выявлены характерные особенности кинетики структурообразования иоптимальные условия твердения гипсового композита конденсационноготвердения. Кристаллизация, протекающая в 2 этапа, способствуетупорядочению и развитию высокопрочной структуры гипсового камня.Влажные условия и присутствие в дисперсионной среде гидроксида кальцияопределяют оптимальную скорость и характер протекания процессаструктурообразования.Теоретическая и практическая значимость работы.Разработана многоуровневая система классификации показателей качествавысокопрочных гипсовых композитов, формируемая под воздействиемвнешних факторов, определяющих механизм конденсационного твердения.Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена рольоптимизации давления, гранулометрического и минерального составов вформировании структуры безобжиговых композитов на основе дигидратасульфата кальция.Разработаны составы безобжиговыхгипсовых материалов сповышеннымифизико-механическими,технологическимииэксплуатационными свойствами, обеспечивающими высокое качествополучаемых прессованных изделий.При использовании аппарата структурной топологии выявленызакономерности влияния гранулометрического состава на структуру бинарнойдисперсной системы согласно разработанной математической модели.5Предложены принципы организации энергосберегающих производствгиперпрессованных стеновых и облицовочных материалов из двуводного гипса,позволяющие исключить этапы получения полуводного гипса и использоватьвнутреннюю энергию вещества при формировании структуры безобжиговогокомпозита.Теоретическиобоснованоиэкспериментальноподтвержденоиспользование двуводного гипса в виде отходов различных отраслейпромышленности для направленного синтеза эффективных строительныхкомпозитов с высокими физико-механическими характеристиками.Получены составы сырьевых смесей для изготовления гиперпрессованныхоблицовочных и стеновых материалов на основе бинарных системконденсационного твердения по энергосберегающей технологии.Новизна разработок подтверждена 13 патентами на изобретения.За разработку технологии безобжиговых гипсовых изделий авторнагражден двумя серебряными медалями международных салонов инновацийи инвестиций на ВВЦ (г.