Диссертация (Безобжиговые гипсовые композиты с повышенными эксплуатационными свойствами)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»На правах рукописиПЕТРОПАВЛОВСКАЯ ВИКТОРИЯ БОРИСОВНАБЕЗОБЖИГОВЫЕ ГИПСОВЫЕ КОМПОЗИТЫС ПОВЫШЕННЫМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИСВОЙСТВАМИ05.16.09 – Материаловедение (строительство)ДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степенидоктора технических наукНаучный консультантдоктор технических наук,профессорВ.В. БеловТверь – 20182ОГЛАВЛЕНИЕВведение……………………………………………………………………….ГЛАВА1СОСТОЯНИЕВОПРОСА,ЦЕЛИИЗАДАЧИИССЛЕДОВАНИЙ………………………………………………………….1.1Утилизация17гипсового техногенного сырья в производствегипсовых материалов ………………………………………………………..1.2 Использование давления при получении гипсовых материалов…1.3Стр.6Теоретическиепредпосылкииспользования1823механизмаконденсационного твердения применительно к дисперсным системам наоснове двуводного гипса………………………………………………………1.4 Управление формированием структур дисперсных систем……1.5 Способы3243повышения эксплуатационных свойств гипсовыхизделий………………………………………………………………………….511.6 Выводы по главе 1…………………………………………………..601.7 Цель работы и задачи исследований……………………………..62ГЛАВА2ИСХОДНЫЕМАТЕРИАЛЫИМЕТОДЫИССЛЕДОВАНИЙ………………………………………………………….622.1 Исходные материалы……………………………………………….632.1.1 Отходы и отсевы природного гипсового камня.………………632.1.2 Техногенный гипс………………………………………………… .712.1.3 Добавки …………………………………………………………...822.2 Методы испытаний …………………………………………………852.2.1 Определение плотности гипсовых порошков………………….882.2.2 Методика оценки деформативных свойств дисперсных системдигидрата сульфата кальция………………………………………………….ГЛАВА 390КОНДЕНСАЦИОННОЕ ТВЕРДЕНИЕ ДИСПЕРСНЫХСИСТЕМ ДВУВОДНОГО ГИПСА ………………….............................3.1 Теоретическое обоснование концепции структурообразования983дигидрата сульфата кальция…….…………………………………………..983.2 Растворимость дигидрата и ее изменение в зависимости отдисперсности …………………………………………………………………1133.3 Влияние концентрации растворов дигидрата сульфата кальцияна свойства структур конденсационного твердения двуводного гипса….3.4Взаимосвязь давления с физико-механическими и физико-химическимипроцессамиконденсационноготвердениягиперпрессованных гипсовых систем……………………………………….3.5ИсследованиекинетикиструктурообразованияВлияниеМодификациябезобжиговогокомпозита4ОПТИМИЗАЦИЯСТРУКТУРЫ141минеральнымидобавками …………………………………………..…………………………ГЛАВА133состава и условий внешней среды на кинетикуструктурообразования……………………………………………………….3.7125системконденсационного твердения………………………………………………..3.6119152ДИСПЕРСНОЙСИСТЕМЫ КОНДЕНСАЦИОННОГО ТВЕРДЕНИЯ ДВУВОДНОГОГИПСА……………………………………………………………………….1574.1 Математическая модель оптимизации внутреннего пространствагипсовой системы конденсационного твердения…………........................1484.2 Влияние характеристик дисперсности на свойства системыконденсационного твердения двуводного гипса………………………….ГЛАВА 5НА162ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОСТИ ДВУВОДНОГО ГИПСАДЕФОРМАТИВНЫЕИФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕСВОЙСТВА СТРУКТУРЫ КОНДЕНСАЦИОННОГО ТВЕРДЕНИЯ1955.1 Зависимость характеристик бинарной дисперсной системы ипрочностипрессованногогипсовогокамняоттонкостипомолатехногенного двуводного гипса……………………………………………..5.2 Влияние состава бинарной системы техногенного двуводного1964гипса на деформативные характеристики пресс-порошка……………….5.3 Влияниесодержанияизмельчения двуводного гипсапорошков различной тонкостив составе бинарной сырьевой смеси и еевлажности на прочность гипсовых прессованных композитов……….ГЛАВА6ИССЛЕДОВАНИЕСТРУКТУРЫ199ПРОЦЕССОВ210ОБРАЗОВАНИЯКОНДЕНСАЦИОННОГОТВЕРДЕНИЯДВУВОДНОГО ГИПСА НОРМИРОВАННОГО СОСТАВА…………..2216.1 Исследование структуры и основных физико-механическиххарактеристикбезобжиговыхкомпозитовнормированногосостава………………………………………………………………………….6.2ИсследованиевлияниярНнасвойстваструктурыконденсационного твердения двуводного гипса……………………………..ГЛАВА 7РЕГУЛИРОВАНИЕ СВОЙСТВБЕЗОБЖИГОВЫХ КОМПОЗИТОВ,221228ГИПСОВЫХПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМПОЛУСУХОГО ПРЕССОВАНИЯ…………………………………………2557.1.

Регулирование физико-механических характеристик гипсовогокомпозита за счет добавки шлакопортландцемента……………………….2557.2 Безобжиговые органоминеральные композиты на основедвуводногогипсаидревесныхотходовпромышленности……………………...........................................................7.2.1 Гипсовые армированные безобжиговые композиты…………2652657.2.2 Влияние величины давления прессования и состава смеси на 252прочностныесвойствагипсодревесныхкомпозитов,получаемыхспособом полусухого прессования…………………………………………..7.2.3 Влияние268прессующего давления на структурные свойствабезобжигового композитов………………………………………………….2737.2.4 Зависимость физико-механических свойств гипсодревесногобезобжигового композита от содержания алюмоаммонийной добавки…27557.2.5 Зависимость физико-механических свойств гипсодревесногобезобжиговогокомпозитаотсодержаниядобавкиторфянойзолы……………………………………………………………………………2787.3 Обоснование способа получения безобжиговых стеновыхпрессованных мелкоштучных изделий ………………………………………280ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………..290СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ …………………………….293ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………………… 3176ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследованияВсвязисвозросшимитребованиямиккачествуназреланеобходимость в появлении новых гипсовых материалов с высокимиэксплуатационными показателями.

Обеспечение повышенных свойствпрессованных гипсовых изделий связано с развитием новых теоретическихпредставлений в области безобжиговых материалов.Важной проблемой отечественной промышленности строительныхматериалов является также и увеличение доли эффективных материалов,производство которых основано на бережном отношении к материальными топливно-энергетическим ресурсам, максимальном вовлечении местныхресурсовитехногенныхотходов,гармоничнойдеятельностипоотношению к окружающей среде. В этой связи пристального вниманиязаслуживают материалы на основе гипса, имеющего многовековуюисторию и позволяющего удовлетворить современного потребителя.Исключение наиболее сложных и затратных стадий при получениибезобжиговых изделий обеспечивает энергоэффективность и малуюресурсоемкость производства, а также экологичностьи безопасностьполучаемого материала.Установлениесвойствамивысокиезависимостейбезобжиговогомеждугипсовогосоставом,камняструктуройпозволяетиобеспечитьпотребительские свойства гиперпрессованных изделий путемоптимизации технологических принципов их производства.Работа выполнялась согласно Федеральной целевой программе«Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на2009-2013 годы и государственного задания ОО ВО и научныморганизациям в сфере научной деятельности по проекту № 234.7Степень разработанности темыОтмечено, что в настоящее время в технологии производствастроительных материалов активно развивается направление полученияпрессованных изделий из пластичных и полусухих порошковидныхсырьевых составов на основе природного сырья.полусухого прессованиявяжущегоИспользованиев производстве изделий на основе гипсовогосдерживаетсятехнологическимисложностями:неравномерностью протекания процессов гидратации гипсового вяжущего,сокращенными сроками живучести сырьевой смеси и т.д.прессованиеизделийиспользованиинаосноветехнологическихдвуводногоприемов,гипсаПолусухоеоснованоактивизирующихнапроцессгидратационного твердения, тем самым возвращая технологиюкпрессованию изделий из полуводного 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 перспективныхнаправленийразвития науки итехнологий.Объектом исследования являются дисперсные системы двуводногогипса из техногенного и природного сырья.Предметом исследования является применение двуводного гипсадля получения безобжиговых композитов и изделий на их основе.Цель, задачи работыЦель–обоснованиевозможностиполучениябезобжиговыхгиперпрессованных композитов на основе двуводного гипса.В соответствии с целью работы определены следующие задачи:– разработка теоретических основ конденсационного твердениядвуводного гипса;8‒ исследование влияния дисперсного и зернового составов системдвуводного гипса различного генезиса на процесс конденсационноготвердения безобжиговых строительных композитов;– установление основных закономерностей изменения структуры исвойств безобжиговых гипсовых композитов в зависимости от состава ифизико-химических параметров дисперсионной среды;–разработкатехнологическихпринциповполучениягиперпрессованных безобжиговых материалов;– разработка локальных актов по производству безобжиговыхматериалов и контролю их качества.Научная новизна работыРазработаны теоретическиеосновы формированияфазовыхконтактов в дисперсной системе двуводного гипса за счет физикохимического взаимодействия частиц, отвечающих термодинамическимусловиям конденсационного твердения.

Особенностями формированиявнутреннейструктурыдвуводногогипсаявляютсяналичиеразноразмерных кристаллов и связывающих их сил физико-химическоговзаимодействия в активных центрахкристаллизации.Установленызакономерности формирования единичных контактов на поверхностидвуводного гипса за счет обеспечения требуемого пересыщения в жидкойфазе системы дигидрата.Предложен механизм конденсационного твердения в системе«дигидрат ‒ дигидрат», заключающийся в образовании зародышейконтактов при механическом сближении разноразмерных зерен и ихструктурной однородности. В этом случае на поверхности крупного зернаадсорбируются молекулы из раствора, за счет чего происходит росткристаллизационного мостика между крупным и мелким зерном, чтообеспечиваеткомпозита.получениевысокопрочнойструктурыбезобжигового9Выявленыосновныезакономерностивлияниядисперсногоизернового составов систем двуводного гипса на физико-механическиесвойства гипсового камня.

Использование бинарных дисперсных системпозволяет обеспечить максимальное количество фазовых контактов вструктуре двуводного гипса, которое в соответствии с разработанноймодельюгеометрическойструктуры,определяетсясоотношениемдиаметров сфер большого и малого размера. Оптимальная структураконденсационного твердения формируется на основе бинарной системыдвуводного гипса с содержанием частиц крупной фракции ≈ 30 %.Определена роль механического поджима (величины давления) приструктурообразовании гипсовых систем конденсационного твердения прималом пересыщении . Внешнее механическое воздействие величиной неменее 30 МПа обеспечивает сцепление частиц за счет близкодействующихсил, тем самымсоздавая условия для образованиякристаллизационногоконтактавсоответствиисзародышамеханизмомконденсационного твердения.Выявлены особенности влияния степени щёлочности и химическогосостава дисперсионной среды на структуру и свойства безобжиговыхгипсовых композитов.