Помощь студентам в учебе
ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ СУХИЕ СМЕСИ ДЛЯ ОТДЕЛКИ СТЕН ЗДАНИЙ ИЗ ГАЗОБЕТОНА
|
Оглавление 2
Введение 5
Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования 12
1.1 Анализ существующих тенденций развития рынка сухих строительных смесей и газобетона 12
1.2 Особенности эксплуатации отделочных покрытий для газобетона 16
1.3 Анализ влияния высокопористых наполнителей на свойства штукатурных составов 23
1.4 Обоснование возможности регулирования свойств теплоизоляционных
известковых покрытий за счет использования модифицирующих добавок 27
1.5 Цели и задачи исследования 29
Глава 2. Характеристика материалов и методика проведения исследований 31
2.1 Характеристика материалов 31
2.2 Методика оценки физико-механических свойств сухих строительных смесей и покрытий на их основе 42
2.3 Методика оценки реологических и технологических свойств отделочных составов 46
2.4 Методика оценки гидрофизических свойств покрытий на основе
разрабатываемой сухой строительной смеси 49
2.5 Методика оценки пуццоланической активности материалов 51
2.6 Методы оценки кинетики тепломассопереноса в отделочном покрытии 54
2.7. Прочие методы исследований 55
2.8 Статистическая обработка результатов испытаний 58
Глава 3. Обоснование выбора компонентов при создании теплоизоляционных сухих строительных смесей 60
3.1 Анализ влияния наполнителей на механизм передачи тепла в исследуемых растворных композитах 60
3.2 Оценка влияния наполнителей на кинетику влагопереноса в исследуемых
3.3 Определение активности наполнителей 72
3.3 Анализ распределения микросфер в структуре растворного композита 75
Выводы по главе 3 82
Глава 4. Разработка рецептуры теплоизоляционной сухой строительной смеси ... 84
4.1 Физико-химические свойства добавки на основе смеси алюмосиликатов и гидросиликатов кальция 84
4.2 Оценка влияния добавки на основе смеси алюмосиликатов и гидросиликатов кальция на свойства известковых композитов 92
4.3 Исследование возможности применения отходов производства газобетона в рецептуре разрабатываемой теплоизоляционной ССС 97
4.4 Реологические и технологические свойства разрабатываемой
теплоизоляционной сухой строительной смеси 100
Выводы по главе 4 104
Глава 5. Эксплуатационная стойкость отделочного слоя на основе теплоизоляционной сухой строительной смеси 106
5.1 Исследования влияния наполнителей на гидрофизические свойства
теплоизоляционных покрытий на основе разрабатываемых составов 106
5.2 Оценка влияния наполнителей на трещиностойкость теплоизоляционных покрытий на основе разрабатываемых составов 111
5.3 Оценка влияния разрабатываемых теплоизоляционных отделочных составов на изменение влажностного режима газобетонной ограждающей конструкции . 116
5.4 Прочность сцепления с газобетоном теплоизоляционных покрытий на основе разрабатываемых составов 121
5.5 Исследование морозостойкости теплоизоляционных покрытий на основе разрабатываемых составов 123
5.6 Технико-экономические показатели и технологическая схема производства разрабатываемых теплоизоляционных ССС 127
5.7 Оценка экономической эффективности использования разрабатываемых теплоизоляционных ССС 142
Выводы по главе 5 145
Заключение 148
Список литературы 152
Приложение А. Акт опытно-производственного апробирования
теплоизоляционной известково-цементной сухой строительной смеси смеси с применением добавки на основе аморфных алюмосиликатов 168
Приложение Б. Проект СТО. Теплоизоляционные известково-цементные сухие строительные смеси для отделки газобетона. Технические условия 169
Введение 5
Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследования 12
1.1 Анализ существующих тенденций развития рынка сухих строительных смесей и газобетона 12
1.2 Особенности эксплуатации отделочных покрытий для газобетона 16
1.3 Анализ влияния высокопористых наполнителей на свойства штукатурных составов 23
1.4 Обоснование возможности регулирования свойств теплоизоляционных
известковых покрытий за счет использования модифицирующих добавок 27
1.5 Цели и задачи исследования 29
Глава 2. Характеристика материалов и методика проведения исследований 31
2.1 Характеристика материалов 31
2.2 Методика оценки физико-механических свойств сухих строительных смесей и покрытий на их основе 42
2.3 Методика оценки реологических и технологических свойств отделочных составов 46
2.4 Методика оценки гидрофизических свойств покрытий на основе
разрабатываемой сухой строительной смеси 49
2.5 Методика оценки пуццоланической активности материалов 51
2.6 Методы оценки кинетики тепломассопереноса в отделочном покрытии 54
2.7. Прочие методы исследований 55
2.8 Статистическая обработка результатов испытаний 58
Глава 3. Обоснование выбора компонентов при создании теплоизоляционных сухих строительных смесей 60
3.1 Анализ влияния наполнителей на механизм передачи тепла в исследуемых растворных композитах 60
3.2 Оценка влияния наполнителей на кинетику влагопереноса в исследуемых
3.3 Определение активности наполнителей 72
3.3 Анализ распределения микросфер в структуре растворного композита 75
Выводы по главе 3 82
Глава 4. Разработка рецептуры теплоизоляционной сухой строительной смеси ... 84
4.1 Физико-химические свойства добавки на основе смеси алюмосиликатов и гидросиликатов кальция 84
4.2 Оценка влияния добавки на основе смеси алюмосиликатов и гидросиликатов кальция на свойства известковых композитов 92
4.3 Исследование возможности применения отходов производства газобетона в рецептуре разрабатываемой теплоизоляционной ССС 97
4.4 Реологические и технологические свойства разрабатываемой
теплоизоляционной сухой строительной смеси 100
Выводы по главе 4 104
Глава 5. Эксплуатационная стойкость отделочного слоя на основе теплоизоляционной сухой строительной смеси 106
5.1 Исследования влияния наполнителей на гидрофизические свойства
теплоизоляционных покрытий на основе разрабатываемых составов 106
5.2 Оценка влияния наполнителей на трещиностойкость теплоизоляционных покрытий на основе разрабатываемых составов 111
5.3 Оценка влияния разрабатываемых теплоизоляционных отделочных составов на изменение влажностного режима газобетонной ограждающей конструкции . 116
5.4 Прочность сцепления с газобетоном теплоизоляционных покрытий на основе разрабатываемых составов 121
5.5 Исследование морозостойкости теплоизоляционных покрытий на основе разрабатываемых составов 123
5.6 Технико-экономические показатели и технологическая схема производства разрабатываемых теплоизоляционных ССС 127
5.7 Оценка экономической эффективности использования разрабатываемых теплоизоляционных ССС 142
Выводы по главе 5 145
Заключение 148
Список литературы 152
Приложение А. Акт опытно-производственного апробирования
теплоизоляционной известково-цементной сухой строительной смеси смеси с применением добавки на основе аморфных алюмосиликатов 168
Приложение Б. Проект СТО. Теплоизоляционные известково-цементные сухие строительные смеси для отделки газобетона. Технические условия 169
Актуальность темы исследования. Ужесточение требований к энергоэффективности вновь возводимых зданий вызвало увеличение объемов использования при строительстве газобетонных блоков марок D300-600, позволяющих возводить однослойные наружное стены с высокими
теплозащитными свойствами. В связи с этим возрос спрос на специализированные материалы для отделки газобетонных стен, к которым в первую очередь необходимо отнести модифицированные сухие строительные смеси.
Для отделки газобетона в настоящее время широко используют отделочные составы, средняя плотность которых варьируется в пределах 1200 -1400 кг/м3. При отделке газобетонных блоков марок D300-D600 такими составами возникает несоответствие теплофизических и деформационных характеристик отделочного слоя и газобетона, что приводит к значительным внутренним напряжениям и интенсивному увлажнению в месте контакта штукатурного покрытия и газобетона, в результате чего нарушается сцепление отделочного покрытия с газобетоном и происходит отслоение штукатурных слоев от стены.
В связи с этим разработка рецептуры эффективной теплоизоляционной сухой строительной смеси пониженной плотности для отделки газобетона марок D300-600, позволяющей уменьшить количество конденсирующейся влаги в граничном слое между газобетоном и отделочным покрытием и улучшить теплозащитные качества ограждающей конструкции, является актуальной научно¬технической задачей, решение которой позволит повысить срок службы отделочного покрытия.
Диссертационная работа выполнена на базе кафедры «Управление качеством и технология строительного производства» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» в рамках программы «У.М.Н.И.К.» по теме «Разработка теплоизоляционной сухой строительной смеси, наполненной стеклянными микросферами, для отделки газобетона» при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Договор № 11336ГУ1/2017 от 21 апреля 2017 г., срок выполнения 2017-2019 г.), и стипендии Правительства РФ на 2016/2017 год (Приказ Министерства образования и науки РФ № 143 от 24 февраля 2016 г.).
Степень разработанности темы исследования. Вопросам разработки теплоизоляционных сухих строительных смесей посвящены многочисленные работы российских и зарубежных ученых Загороднюк Л.Х, Трофимова Б.Я., Баженова Ю.М., Лесовика В.С., Крамаренко А.В., Низиной Т.А., Нациевского С.Ю., Пустовгар А.П., Ерофеева В.Т., Cachova M., Vejmelkova E, Palomar I., Shoukrya H., Chen J. P и др. Для снижения средней плотности отделочных покрытий в их состав вводят различные высокопористые наполнители. В работах Королева Е.В., Орешкина Д.В., Величко Е.Г., Семенова В.С. обоснована возможность эффективного использования микросфер в качестве высокопористого наполнителя для цементных растворов. Низкая паропроницаемость цементных отделочных составов с микросферами по сравнению с газобетоном марок D300-D600 ограничивает возможность их использования в качестве наружной отделки для стен из газобетона.
Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка рецептуры и технологии производства теплоизоляционной сухой строительной смеси для отделки газобетона марок D300-600, покрытия на основе которой будут обладать пониженной плотности, низкой теплопроводностью, высокой паропроницаемостью, хорошей способностью противостоять атмосферным воздействиям, высокой адгезией к газобетону и деформативными свойства, близкими к деформативным свойствам газобетона. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- обосновать выбор вяжущего и наполнителя в теплоизоляционных сухих строительных смесей для отделки газобетона марок D300-600;
- оценить влияние наполнителей на механизм передачи тепла и кинетику влагопереноса в покрытиях на основе теплоизоляционных сухих строительных смесей;
- обосновать целесообразность применения добавки на основе гидросиликатов и алюмосиликатов кальция в рецептуре теплоизоляционных известковых сухих строительных смесей для отделки газобетона;
- выявить закономерности структурообразования известкового композита в присутствии добавки на основе гидросиликатов и алюмосиликатов кальция;
- разработать рецептуру теплоизоляционной известковой сухой строительной смеси для отделки газобетона с применением в качестве наполнителя микросфер, с использованием добавки на основе гидросиликатов и алюмосиликатов кальция, и установить технологические и эксплуатационные свойства покрытия на ее основе;
- подготовить нормативно-техническую документацию для внедрения рецептуры разработанной известковой теплоизоляционной сухой строительной смеси для отделки газобетона в промышленное производство.
Научная новизна работы. Обоснована возможность эффективного использования известкового вяжущего и зольных алюмосиликатных микросфер в теплоизоляционных сухих строительных смесях для отделки газобетона марок D300-6OO. Установлено, что применение в качестве вяжущего извести в теплоизоляционной сухой строительной смеси позволяет повысить паропроницаемость отделочного состава и улучшить теплозащитные качества получаемых покрытий за счет снижения содержания вяжущего и уменьшения средней плотности покрытия. Выявлено, что использование в качестве наполнителя зольных микросфер алюмосиликатных способствует повышению трещиностойкости покрытий за счет снижения усадочных деформаций в процессе твердения, увеличения предельной растяжимости и когезионной прочности отделочного покрытия. Установлено, что применение зольных микросфер алюмосиликатных в составе теплоизоляционной сухой строительной смеси способствует более равномерному распределению влагосодержания по сечению покрытий в процессе увлажнения по сравнению с другими видами пористых наполнителей.
Установлены закономерности изменения реологических, технологических, физико-механических свойств известковых отделочных составов, полученных с использованием в качестве модифицирующей добавки на основе смеси гидросиликатов и алюмосиликатов кальция, заключающиеся в том, что введение добавки способствует снижению содержания свободной извести с 49,1% до 28,6%, повышению прочности при сжатии в 2,87 раза, ускорению набора пластической прочности спустя 5 часов после затворения в 9,9 раза, увеличению коэффициента размягчения в 2,2 раза.
Установлено, что вид применяемого наполнителя в теплоизоляционных сухих строительных смесях не оказывает влияние на способность покрытий отражать тепловое излучение и конвективную составляющую передачи тепла через покрытия. Коэффициент излучения е покрытий независимо от вида применяемого наполнителя составляет 0,93.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность снижения плотности, теплопроводности, повышения паропроницаемости покрытий на основе теплоизоляционных сухих строительных смесей для отделки газобетона марок D300-600 за счет использования в качестве наполнителя зольных
алюмосиликатных микросфер, в качестве вяжущего извести.
Разработан состав теплоизоляционной сухой строительной смеси, предназначенный для отделки газобетона и содержащий известь -пушонку, зольные микросферы алюмосиликатные, белый цемент, добавку на основе смеси гидросиликатов и алюмосиликатов, размолотые отходы производства газобетона, пластификатор Melflux 2651F, редиспергируемый порошок VINNAPAS 8031H, гидрофобизатор олеат натрия. Отделочное покрытие на основе разработанной ССС характеризуется следующими показателями: средняя плотность покрытия р=650 кг/м3, коэффициент теплопроводности Х=0,137 Вт/(м-°С), адгезионная прочность Ragr=0,71 МПа, коэффициент паропроницаемости р=0,15 мг/(м-ч-Па), коэффициент размягчения Кразм=0,82, прочность при сжатии Rсж=4,1 МПа.
Разработаны технологическая схема производства известковой теплоизоляционной сухой строительной смеси и проект стандарта организации СТО «Теплоизоляционные известково-цементные сухие строительные смеси для отделки газобетона. Технические условия».
Новизна разработок подтверждена патентом Российской Федерации на изобретение от 6.02.2018 г. № 2643874 «Сухая теплоизоляционная смесь для отделки газобетона».
Методология и методы диссертационного исследования.
Методологической основой исследования служат общенаучные методы, которые основаны на обобщении, применении принципа рассмотрения во взаимосвязи, методе системного подхода, эксперименте.
Методическую основу диссертационной работы составляют методы качественного и количественного анализа, методы оптической микроскопии, методы рентгенофазового и дифференциального термического анализа, методы статистической обработки получаемых данных, а также физико -химические и физико-механические методы.
Положения, выносимые на защиту:
- результаты исследований влияния вида используемого в составе теплоизоляционной известковой сухой строительной смеси высокопористого наполнителя на теплоизоляционные, гидрофизические и деформационные свойства отделочного покрытия;
- закономерности изменения реологических, технологических, физико - механических свойств известковых отделочных составов, полученных с использованием в качестве добавки смеси гидросиликатов и алюмосиликатов кальция;
- состав и технология производства теплоизоляционной сухой строительной смеси для отделки газобетона.
Степень достоверности результатов работы. Достоверность научных выводов и результатов работы обеспечивается хорошей сходимостью результатов экспериментальных исследований с производственным апробированием, проведением экспериментов на исследовательском оборудовании, которое прошло метрологическую поверку, статистической обработкой результатов экспериментальных исследований с заданной вероятностью и необходимым количеством повторных испытаний.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы представлены на международной научно -технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (г. Белгород, 2017 г.), XX межрегиональной специализированной выставке «Промышленность.
Строительство. Коммунальное хозяйство. Энергосбережение.» (г. Пенза, 2017 г.), международном молодежном образовательном форуме «Евразия - 2016» (г.
Оренбург, 2016 г.), молодежном форуме ПФО «1Волга 2016» (г. Самара, 2016 г.), молодежном инновационном форуме «Инновационные технологии в информатике, медицине, современных материалах и биотехнологиях» в рамках финала отбора по программе «У.М.Н.И.К.» (г. Пенза, 2016 г.), молодежном форуме ПФО «1Волга 2017» (г. Самара, 2017 г.), Всероссийском молодежном образовательном форуме «Территория смыслов» (г. Владимир, 2017 г.).
Апробация полученных результатов в промышленных условиях осуществлялась на предприятии ПТО ООО РСУ «Спецработ».
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 24 научные работы, в том числе 17 работ в российских рецензируемых научных изданиях, входящих в перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК, две статьи в изданиях, входящих в международные реферативные базы данных и систем цитирования Scopus, одна статья в издании, входящем в международные реферативные базы данных и систем цитирования Web of Science.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 131 наименований, приложения А.
Диссертация изложена на 188 страницах машинописного текста и содержит 41 рисунок, 45 таблиц.
теплозащитными свойствами. В связи с этим возрос спрос на специализированные материалы для отделки газобетонных стен, к которым в первую очередь необходимо отнести модифицированные сухие строительные смеси.
Для отделки газобетона в настоящее время широко используют отделочные составы, средняя плотность которых варьируется в пределах 1200 -1400 кг/м3. При отделке газобетонных блоков марок D300-D600 такими составами возникает несоответствие теплофизических и деформационных характеристик отделочного слоя и газобетона, что приводит к значительным внутренним напряжениям и интенсивному увлажнению в месте контакта штукатурного покрытия и газобетона, в результате чего нарушается сцепление отделочного покрытия с газобетоном и происходит отслоение штукатурных слоев от стены.
В связи с этим разработка рецептуры эффективной теплоизоляционной сухой строительной смеси пониженной плотности для отделки газобетона марок D300-600, позволяющей уменьшить количество конденсирующейся влаги в граничном слое между газобетоном и отделочным покрытием и улучшить теплозащитные качества ограждающей конструкции, является актуальной научно¬технической задачей, решение которой позволит повысить срок службы отделочного покрытия.
Диссертационная работа выполнена на базе кафедры «Управление качеством и технология строительного производства» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» в рамках программы «У.М.Н.И.К.» по теме «Разработка теплоизоляционной сухой строительной смеси, наполненной стеклянными микросферами, для отделки газобетона» при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Договор № 11336ГУ1/2017 от 21 апреля 2017 г., срок выполнения 2017-2019 г.), и стипендии Правительства РФ на 2016/2017 год (Приказ Министерства образования и науки РФ № 143 от 24 февраля 2016 г.).
Степень разработанности темы исследования. Вопросам разработки теплоизоляционных сухих строительных смесей посвящены многочисленные работы российских и зарубежных ученых Загороднюк Л.Х, Трофимова Б.Я., Баженова Ю.М., Лесовика В.С., Крамаренко А.В., Низиной Т.А., Нациевского С.Ю., Пустовгар А.П., Ерофеева В.Т., Cachova M., Vejmelkova E, Palomar I., Shoukrya H., Chen J. P и др. Для снижения средней плотности отделочных покрытий в их состав вводят различные высокопористые наполнители. В работах Королева Е.В., Орешкина Д.В., Величко Е.Г., Семенова В.С. обоснована возможность эффективного использования микросфер в качестве высокопористого наполнителя для цементных растворов. Низкая паропроницаемость цементных отделочных составов с микросферами по сравнению с газобетоном марок D300-D600 ограничивает возможность их использования в качестве наружной отделки для стен из газобетона.
Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка рецептуры и технологии производства теплоизоляционной сухой строительной смеси для отделки газобетона марок D300-600, покрытия на основе которой будут обладать пониженной плотности, низкой теплопроводностью, высокой паропроницаемостью, хорошей способностью противостоять атмосферным воздействиям, высокой адгезией к газобетону и деформативными свойства, близкими к деформативным свойствам газобетона. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- обосновать выбор вяжущего и наполнителя в теплоизоляционных сухих строительных смесей для отделки газобетона марок D300-600;
- оценить влияние наполнителей на механизм передачи тепла и кинетику влагопереноса в покрытиях на основе теплоизоляционных сухих строительных смесей;
- обосновать целесообразность применения добавки на основе гидросиликатов и алюмосиликатов кальция в рецептуре теплоизоляционных известковых сухих строительных смесей для отделки газобетона;
- выявить закономерности структурообразования известкового композита в присутствии добавки на основе гидросиликатов и алюмосиликатов кальция;
- разработать рецептуру теплоизоляционной известковой сухой строительной смеси для отделки газобетона с применением в качестве наполнителя микросфер, с использованием добавки на основе гидросиликатов и алюмосиликатов кальция, и установить технологические и эксплуатационные свойства покрытия на ее основе;
- подготовить нормативно-техническую документацию для внедрения рецептуры разработанной известковой теплоизоляционной сухой строительной смеси для отделки газобетона в промышленное производство.
Научная новизна работы. Обоснована возможность эффективного использования известкового вяжущего и зольных алюмосиликатных микросфер в теплоизоляционных сухих строительных смесях для отделки газобетона марок D300-6OO. Установлено, что применение в качестве вяжущего извести в теплоизоляционной сухой строительной смеси позволяет повысить паропроницаемость отделочного состава и улучшить теплозащитные качества получаемых покрытий за счет снижения содержания вяжущего и уменьшения средней плотности покрытия. Выявлено, что использование в качестве наполнителя зольных микросфер алюмосиликатных способствует повышению трещиностойкости покрытий за счет снижения усадочных деформаций в процессе твердения, увеличения предельной растяжимости и когезионной прочности отделочного покрытия. Установлено, что применение зольных микросфер алюмосиликатных в составе теплоизоляционной сухой строительной смеси способствует более равномерному распределению влагосодержания по сечению покрытий в процессе увлажнения по сравнению с другими видами пористых наполнителей.
Установлены закономерности изменения реологических, технологических, физико-механических свойств известковых отделочных составов, полученных с использованием в качестве модифицирующей добавки на основе смеси гидросиликатов и алюмосиликатов кальция, заключающиеся в том, что введение добавки способствует снижению содержания свободной извести с 49,1% до 28,6%, повышению прочности при сжатии в 2,87 раза, ускорению набора пластической прочности спустя 5 часов после затворения в 9,9 раза, увеличению коэффициента размягчения в 2,2 раза.
Установлено, что вид применяемого наполнителя в теплоизоляционных сухих строительных смесях не оказывает влияние на способность покрытий отражать тепловое излучение и конвективную составляющую передачи тепла через покрытия. Коэффициент излучения е покрытий независимо от вида применяемого наполнителя составляет 0,93.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность снижения плотности, теплопроводности, повышения паропроницаемости покрытий на основе теплоизоляционных сухих строительных смесей для отделки газобетона марок D300-600 за счет использования в качестве наполнителя зольных
алюмосиликатных микросфер, в качестве вяжущего извести.
Разработан состав теплоизоляционной сухой строительной смеси, предназначенный для отделки газобетона и содержащий известь -пушонку, зольные микросферы алюмосиликатные, белый цемент, добавку на основе смеси гидросиликатов и алюмосиликатов, размолотые отходы производства газобетона, пластификатор Melflux 2651F, редиспергируемый порошок VINNAPAS 8031H, гидрофобизатор олеат натрия. Отделочное покрытие на основе разработанной ССС характеризуется следующими показателями: средняя плотность покрытия р=650 кг/м3, коэффициент теплопроводности Х=0,137 Вт/(м-°С), адгезионная прочность Ragr=0,71 МПа, коэффициент паропроницаемости р=0,15 мг/(м-ч-Па), коэффициент размягчения Кразм=0,82, прочность при сжатии Rсж=4,1 МПа.
Разработаны технологическая схема производства известковой теплоизоляционной сухой строительной смеси и проект стандарта организации СТО «Теплоизоляционные известково-цементные сухие строительные смеси для отделки газобетона. Технические условия».
Новизна разработок подтверждена патентом Российской Федерации на изобретение от 6.02.2018 г. № 2643874 «Сухая теплоизоляционная смесь для отделки газобетона».
Методология и методы диссертационного исследования.
Методологической основой исследования служат общенаучные методы, которые основаны на обобщении, применении принципа рассмотрения во взаимосвязи, методе системного подхода, эксперименте.
Методическую основу диссертационной работы составляют методы качественного и количественного анализа, методы оптической микроскопии, методы рентгенофазового и дифференциального термического анализа, методы статистической обработки получаемых данных, а также физико -химические и физико-механические методы.
Положения, выносимые на защиту:
- результаты исследований влияния вида используемого в составе теплоизоляционной известковой сухой строительной смеси высокопористого наполнителя на теплоизоляционные, гидрофизические и деформационные свойства отделочного покрытия;
- закономерности изменения реологических, технологических, физико - механических свойств известковых отделочных составов, полученных с использованием в качестве добавки смеси гидросиликатов и алюмосиликатов кальция;
- состав и технология производства теплоизоляционной сухой строительной смеси для отделки газобетона.
Степень достоверности результатов работы. Достоверность научных выводов и результатов работы обеспечивается хорошей сходимостью результатов экспериментальных исследований с производственным апробированием, проведением экспериментов на исследовательском оборудовании, которое прошло метрологическую поверку, статистической обработкой результатов экспериментальных исследований с заданной вероятностью и необходимым количеством повторных испытаний.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы представлены на международной научно -технической конференции молодых ученых БГТУ им. В.Г. Шухова (г. Белгород, 2017 г.), XX межрегиональной специализированной выставке «Промышленность.
Строительство. Коммунальное хозяйство. Энергосбережение.» (г. Пенза, 2017 г.), международном молодежном образовательном форуме «Евразия - 2016» (г.
Оренбург, 2016 г.), молодежном форуме ПФО «1Волга 2016» (г. Самара, 2016 г.), молодежном инновационном форуме «Инновационные технологии в информатике, медицине, современных материалах и биотехнологиях» в рамках финала отбора по программе «У.М.Н.И.К.» (г. Пенза, 2016 г.), молодежном форуме ПФО «1Волга 2017» (г. Самара, 2017 г.), Всероссийском молодежном образовательном форуме «Территория смыслов» (г. Владимир, 2017 г.).
Апробация полученных результатов в промышленных условиях осуществлялась на предприятии ПТО ООО РСУ «Спецработ».
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 24 научные работы, в том числе 17 работ в российских рецензируемых научных изданиях, входящих в перечень рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК, две статьи в изданиях, входящих в международные реферативные базы данных и систем цитирования Scopus, одна статья в издании, входящем в международные реферативные базы данных и систем цитирования Web of Science.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 131 наименований, приложения А.
Диссертация изложена на 188 страницах машинописного текста и содержит 41 рисунок, 45 таблиц.
1. Обоснована возможность снижения плотности, теплопроводности, повышения паропроницаемости покрытий на основе теплоизоляционных сухих строительных смесей для отделки газобетона марок D300-600 за счет использования в качестве наполнителя зольных алюмосиликатных микросфер, в качестве вяжущего извести.
2. Разработана рецептура теплоизоляционной ССС для отделки газобетона, включающая известь-пушонку, зольные микросферы алюмосиликатные, добавку на основе смеси гидросиликатов и алюмосиликатов кальция, белый цемент, молотые отходы производства газобетона, суперпластификатор Melflux 2651F, редиспергируемый порошок VINNAPAS 8031H, гидрофобизатор олеат натрия. Отделочное покрытие на основе разработанной ССС характеризуется следующими показателями: средняя плотность р=650 кг/м3, коэффициент паропроницаемости ц=0,15 мг/(м-ч-Па), коэффициент теплопроводности Х=0,137 Вт/(м-°С) прочность при сжатии Ясж 4,1=МПа, марка по морозостойкости F35.
3. Исследовано влияние вида используемого высокопористого наполнителя в теплоизоляционной ССС на механизм передачи тепла через получаемые отделочное покрытие. Установлено, что способность отделочного покрытия отражать тепло и передавать его при помощи конвекции не зависит от вида используемого наполнителя. Коэффициент излучения, независимо от вида используемого наполнителя, составил е=0,93.
4. Установлен характер влияния наполнителя на поровую структуру отделочных покрытий. Выявлено увеличение открытой пористости покрытий на основе вспученного вермикулитового и перлитового песка (47,7-53,1% в зависимости от содержания наполнителя) по сравнению с покрытиями на основе микросфер (24,1 до 27,2% в зависимости от содержания микросфер).
5. Рассмотрена модель, позволяющая получить теплоизоляционный
композит оптимальной структуры. Спрогнозирована средняя плотность теплоизоляционных композитов для различных пар «вяжущее - наполнитель»: известь - стеклянные полые микросферы; цемент - полые микросферы; известь - зольные микросферы алюмосиликатные; цемент - зольные микросферы алюмосиликатные. Рассчитано оптимальное содержание микросфер для данных композитов.
6. Обоснована целесообразность использования модифицирующей
добавки на основе гидросиликатов и алюмосиликатов кальция в рецептуре теплоизоляционных известковых ССС для отделки газобетона. Доказана целесообразность принятой двухстадийной технологии синтеза модифицирующей добавки. Пуццоланическая активность добавки составляет 762,5 мг/г. Установлены закономерности твердения известкового композита в присутствии добавки на основе гидросиликатов и алюмосиликатов кальция, заключающиеся в том, что введение добавки ускоряет скорость набора пластической прочности известковой смеси, повышает прочность при сжатии известковых композитов в 2.87 раза, снижает содержание свободной извести в 1, 72 раз. Подобрана оптимальная концентрация модифицирующей
добавки на основе гидросиликатов и алюмосиликатов кальция, составляющая 10 % от массы извести.
7. Оценено влияние вида используемого высокопористого наполнителя на гидрофизические свойства покрытий на основе разрабатываемой теплоизоляционной ССС. Установлено, что покрытия на основе вспученного вермикулитового и перлитового песка характеризуются низкими значениями коэффициента водостойкости Кразм , равными соответственно 0,67 и 0,72. Покрытия на основе стеклянных полых микросфер и зольных микросфер алюмосиликатных являются водостойкими. Коэффициент размягчения Кразм составляет соответсвенно 0,82 и 0,84.
8. Уставлено, что покрытия на основе микросфер обладают повышенной трещиностойкостью по сравнению с покрытиями с применением вспученного вермикулитового и перлитового песка за счет снижения усадочных деформаций, повышения когезионной прочности и предельной растяжимости. Коэффициенты трещиностойкости Ютрпокрытий на основе микросфер составляют 26,1 и 20,9 ( для стекляных и зальных микросфер соответственно).
9. Выявлено что использование разрабатываемых теплоизоляционных ССС для наружной отделки газобетона позволяет получать покрытия с показателями теплопроводности и паропроницаемости, близкими к газобетону, что способствует уменьшению количества образующегося конденсата в ограждающей конструкции.
10. Обоснована целесообразность применения в составе разрабатываемой теплоизоляционной ССС молотых отходов производства газобетона. Установлено, что при введении в состав смеси молотого газобетона с удельной поверхностью 8уд635 м2/кг наблюдается увеличение прочности сцепления отделочного покрытия с газобетоном, составляющей Яадг 0,53 -0,71 МПа в зависимости от вида наполнителя.
11. Рассчитаны технико-экономические показатели и разработана
технологическая схема производства теплоизоляционной ССС для отделки газобетона. Установлено, что разработанная ССС, полученная с использованием в качестве наполнителя зольных микросфер алюмосиликатных, является экономически эффективной. Себестоимость покрытия, полученного с использованием зольных микросфер алюмосиликатных в 3,32 раза ниже, себестоимости покрытия, полученного с использованием стеклянных полых микросфер. Разработан проект стандарта организации СТО «Теплоизоляционные известково-цементные сухие строительные смеси для отделки газобетона. Технические условия».
Рекомендации. Проект стандарта организации СТО качестве наполнителя зольных микросфер алюмосиликатных, в качестве модифицирующей добавки гидросиликатов и алюмосиликатов кальция, рекомендуется внедрить на предприятиях по производству ССС.
Теоретические положения диссертационной работы и результаты экспериментальных исследований рекомендуются для использования в учебном процессе для подготовки бакалавров по направлению «Строительство».
Перспективы дальнейшей разработки темы. Положения и выводы, изложенные в диссертации, могут представлять методологическую основу для продолжения исследований по разработке новых теплоизоляционных составов.
2. Разработана рецептура теплоизоляционной ССС для отделки газобетона, включающая известь-пушонку, зольные микросферы алюмосиликатные, добавку на основе смеси гидросиликатов и алюмосиликатов кальция, белый цемент, молотые отходы производства газобетона, суперпластификатор Melflux 2651F, редиспергируемый порошок VINNAPAS 8031H, гидрофобизатор олеат натрия. Отделочное покрытие на основе разработанной ССС характеризуется следующими показателями: средняя плотность р=650 кг/м3, коэффициент паропроницаемости ц=0,15 мг/(м-ч-Па), коэффициент теплопроводности Х=0,137 Вт/(м-°С) прочность при сжатии Ясж 4,1=МПа, марка по морозостойкости F35.
3. Исследовано влияние вида используемого высокопористого наполнителя в теплоизоляционной ССС на механизм передачи тепла через получаемые отделочное покрытие. Установлено, что способность отделочного покрытия отражать тепло и передавать его при помощи конвекции не зависит от вида используемого наполнителя. Коэффициент излучения, независимо от вида используемого наполнителя, составил е=0,93.
4. Установлен характер влияния наполнителя на поровую структуру отделочных покрытий. Выявлено увеличение открытой пористости покрытий на основе вспученного вермикулитового и перлитового песка (47,7-53,1% в зависимости от содержания наполнителя) по сравнению с покрытиями на основе микросфер (24,1 до 27,2% в зависимости от содержания микросфер).
5. Рассмотрена модель, позволяющая получить теплоизоляционный
композит оптимальной структуры. Спрогнозирована средняя плотность теплоизоляционных композитов для различных пар «вяжущее - наполнитель»: известь - стеклянные полые микросферы; цемент - полые микросферы; известь - зольные микросферы алюмосиликатные; цемент - зольные микросферы алюмосиликатные. Рассчитано оптимальное содержание микросфер для данных композитов.
6. Обоснована целесообразность использования модифицирующей
добавки на основе гидросиликатов и алюмосиликатов кальция в рецептуре теплоизоляционных известковых ССС для отделки газобетона. Доказана целесообразность принятой двухстадийной технологии синтеза модифицирующей добавки. Пуццоланическая активность добавки составляет 762,5 мг/г. Установлены закономерности твердения известкового композита в присутствии добавки на основе гидросиликатов и алюмосиликатов кальция, заключающиеся в том, что введение добавки ускоряет скорость набора пластической прочности известковой смеси, повышает прочность при сжатии известковых композитов в 2.87 раза, снижает содержание свободной извести в 1, 72 раз. Подобрана оптимальная концентрация модифицирующей
добавки на основе гидросиликатов и алюмосиликатов кальция, составляющая 10 % от массы извести.
7. Оценено влияние вида используемого высокопористого наполнителя на гидрофизические свойства покрытий на основе разрабатываемой теплоизоляционной ССС. Установлено, что покрытия на основе вспученного вермикулитового и перлитового песка характеризуются низкими значениями коэффициента водостойкости Кразм , равными соответственно 0,67 и 0,72. Покрытия на основе стеклянных полых микросфер и зольных микросфер алюмосиликатных являются водостойкими. Коэффициент размягчения Кразм составляет соответсвенно 0,82 и 0,84.
8. Уставлено, что покрытия на основе микросфер обладают повышенной трещиностойкостью по сравнению с покрытиями с применением вспученного вермикулитового и перлитового песка за счет снижения усадочных деформаций, повышения когезионной прочности и предельной растяжимости. Коэффициенты трещиностойкости Ютрпокрытий на основе микросфер составляют 26,1 и 20,9 ( для стекляных и зальных микросфер соответственно).
9. Выявлено что использование разрабатываемых теплоизоляционных ССС для наружной отделки газобетона позволяет получать покрытия с показателями теплопроводности и паропроницаемости, близкими к газобетону, что способствует уменьшению количества образующегося конденсата в ограждающей конструкции.
10. Обоснована целесообразность применения в составе разрабатываемой теплоизоляционной ССС молотых отходов производства газобетона. Установлено, что при введении в состав смеси молотого газобетона с удельной поверхностью 8уд635 м2/кг наблюдается увеличение прочности сцепления отделочного покрытия с газобетоном, составляющей Яадг 0,53 -0,71 МПа в зависимости от вида наполнителя.
11. Рассчитаны технико-экономические показатели и разработана
технологическая схема производства теплоизоляционной ССС для отделки газобетона. Установлено, что разработанная ССС, полученная с использованием в качестве наполнителя зольных микросфер алюмосиликатных, является экономически эффективной. Себестоимость покрытия, полученного с использованием зольных микросфер алюмосиликатных в 3,32 раза ниже, себестоимости покрытия, полученного с использованием стеклянных полых микросфер. Разработан проект стандарта организации СТО «Теплоизоляционные известково-цементные сухие строительные смеси для отделки газобетона. Технические условия».
Рекомендации. Проект стандарта организации СТО качестве наполнителя зольных микросфер алюмосиликатных, в качестве модифицирующей добавки гидросиликатов и алюмосиликатов кальция, рекомендуется внедрить на предприятиях по производству ССС.
Теоретические положения диссертационной работы и результаты экспериментальных исследований рекомендуются для использования в учебном процессе для подготовки бакалавров по направлению «Строительство».
Перспективы дальнейшей разработки темы. Положения и выводы, изложенные в диссертации, могут представлять методологическую основу для продолжения исследований по разработке новых теплоизоляционных составов.