Файл: Повышение эффективности поризованных гипсовых материалов за счет введения цеолитов.zip
Добавлен: 19.06.2026
Просмотров: 30
Скачиваний: 0
На правах рукописи
Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОРИЗОВАННЫХ ГИПСОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ЗА СЧЕТ ВВЕДЕНИЯ ЦЕОЛИТОВ
Орлов Алексей Викторович
Москва - 2011
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет».
Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Румянцев Борис Михайлович
Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Козлов Валерий Васильевич
- кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бессонов Игорь Вячеславович
Ведущая организация - Государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт Московского строительства «НИИМосстрой»
Защита состоится « 20 » декабря 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.212.138.02 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д.26, ауд. 419 УЛК.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке при ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».
Автореферат разослан «____» ноября 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Алимов Л.А.
1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы
Для улучшения санитарно-гигиенических показателей внутренней среды помещений необходимо создание материалов, обладающих возможностью снижения концентрации вредных веществ в воздухе, создающих акустический комфорт и огнезащиту несущих конструкций.
Одним из путей решения этой проблемы является применение цеолитов в производстве лицевых элементов подвесных потолков. Гранулы цеолитов пронизаны системой каналов и имеют развитую удельную поверхность. Данные минералы могут эффективно работать совместно с поризованными материалами на основе гипса и обеспечить поглощение вредных веществ из воздуха.
Работа выполнялась в рамках федеральной целевой программы «Жилище», и включена в план научно-исследовательских работ ФГБОУ ВПО МГСУ.
Цель и задачи работы
Основной целью работы является повышение эффективности поризованных гипсовых материалов за счет введения цеолитов. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- обосновать возможность получения поризованных гипсоцеолитовых материалов (ПГЦМ), обладающих повышенной сорбционной способностью, высоким звукопоглощением и обеспечивающих огнезащиту несущих конструкций;
- сформулировать требования к поризованным гипсоцеолитовым материалам с повышенной сорбционной способностью и их структуре;
- обосновать возможность применения цеолитовых сорбентов в качестве компонентов снижающих концентрацию вредных веществ в помещении в составе поризованных гипсовых материалов;
- установить зависимости физико-механических и эксплуатационных свойств поризованных гипсоцеолитовых материалов от состава и технологических факторов;
- исследовать влияние вида и содержания цеолита на сорбционную способность материалов, звукопоглощение и пожарную безопасность;
- определить технико-экономическую целесообразность производства поризованных гипсоцеолитовых плит;
- для практического использования полученных материалов необходимо разработать технические условия на поризованные гипсоцеолитовые плиты.
Научная новизна:
- установлено проявление цеолитами, находящимися в структуре пеногипса, очищающих свойств и кинетики сорбции вредных веществ, в основе которых лежит совместная работа системы разветвленной пористости, характерной для пеногипса и каналов молекулярных размеров, присущих цеолиту;
- установлены многофакторные зависимости средней плотности и прочности при сжатии от содержания гипсового вяжущего, воды затворения, цеолита и ПАВ, необходимые для оптимизации состава;
- установлены зависимости подвижности гипсоцеолитовых смесей от содержания гипсового вяжущего, воды затворения, цеолита и ПАВ и влияние содержания ПАВ на свойства пеномассы;
- установлена методом электронной микроскопии минимальная блокировка входных каналов цеолита за счет точечного контакта крупных кристаллов гипса с поверхностью цеолита;
- установлено методом рентгенофазового анализа образование алюмосиликатных органоминеральных соединений в результате взаимодействия цеолита с парами формальдегида;
- установлено влияние вида и содержания цеолита на свойства изделий.
Практическая ценность работы:
- разработана технология получения декоративно-акустических изделий, основанная на методе сухой минерализации пены гипсовым вяжущим с добавлением тонкодисперсных фракций цеолита;
- получены изделия на основе поризованного гипсоцеолитового материала плотностью 400 кг/м3, прочностью на сжатие 0,54 МПа, относящиеся к классу звукопоглощения НСВ-312, группе горючести НГ;
- разработана методика оценки сорбционных свойств материалов в динамическом режиме, суть которой заключается в принудительной прокачке загрязненного газа через материал с последующим анализом прошедшего газа на его чистоту.
Внедрение результатов исследования
Опытно-промышленное опробование разработанных рекомендаций по производству изделий из поризованных гипсоцеолитовых материалов осуществлялось на предприятии ООО «Радиострим». Была выпущена партия объемом 50 м2 и разработан проект технических условий.
Апробация работы.
Основные положения и практические результаты диссертационной работы доложены и обсуждены: на научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ студентов МГСУ за 2008-2009 учебный год; на одиннадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» в г. Москва в 2008 г.; на двенадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» в г. Москва в 2009 г.; на научно-технической конференции программы «У.М.Н.И.К.» в 2009 г. в г. Москва, где была отмечена наградой; на тринадцатой международной межвузовской научно-практической конференции молодых ученых, докторантов и аспирантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» в г. Москва в 2010 г. Основные результаты и положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах, 2 из которых - в журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы.
Работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы и 4 приложений изложена на 209 листах печатного текста и включает 76 рисунков, 28 таблиц, список литературы из 102 наименований.
Положения, выносимые на защиту:
- обоснование возможности совместной работы поризованных гипсовых материалов и цеолитов в декоративно-акустических материалах, обладающих функцией очищения воздуха, звукопоглощения и огнезащиты;
- принципы создания поризованных гипсоцеолитовых материалов с повышенной сорбционной способностью для устройства подвесных потолков;
- технологические приемы, обеспечивающие получение материалов с улучшенными сорбционными и звукопоглощающими свойствами;
- зависимости отражающих влияние главных технологических факторов на параметры структуры материалов;
- методику подбора состава, позволяющую получать изделия с оптимальными функциональными свойствами;
- результаты опытно-промышленного опробования и технико-экономической эффективности.
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Улучшение санитарно-гигиенических показателей внутренней среды помещения является актуальным в связи с высоким уровнем химического загрязнения воздуха. Источниками этих загрязнений являются как внешние факторы - автомобильный транспорт, теплоэнергетика и транспорт, так и внутренние - химические испарения краски, лака, мебельного клея, пластика, напольных покрытий, табачный дым, органические вещества и т.п.
Одним из аспектов данной проблемы является уменьшение концентрации вредных веществ, находящихся внутри помещений. В качестве решений в настоящее время применяются системы естественной и принудительной вентиляции с дополнительными фильтрующими элементами или без них, а так же бытовые системы очистки и увлажнения воздуха.
В связи с этим актуальным является вопрос создания отделочных материалов, позволяющих решать вопросы снижения концентрации вредных веществ, находящихся в помещении. Одним из путей решения является использование активных минералов с высокой сорбционной и ионообменной емкостью. Такими минералами являются различные сорбенты, широко применяемые в нефтеперерабатывающей и газовой промышленности. При изучении структуры и свойств различных сорбентов выбор был остановлен на ионообменных сорбентах, а именно цеолитах, которые широко применяются в процессах очистки нефтепродуктов, для сушки и разделения газов и жидкостей, осветления пищевых и других материалов и т. д.
Состав цеолитов на 80 процентов состоит из окислов кремния, твердость которых колеблется в интервале 3,5-5,5 по шкале Мооса. Цеолиты представляют собой хорошо ограненные кристаллы с размерами от долей микрона до нескольких сантиметров. Цеолиты определяют как трехмерные кристаллические структуры, имеющие однородные поры молекулярных размеров. Из-за разветвлённой системы каналов, пронизывающих объём цеолита их называют молекулярными ситами. Общая химическая формула цеолитов имеет вид Ме2/nO · Al2O3 · xSiO2 · yH2O, где Ме -- катион щелочного металла, а n -- его валентность.
Цеолиты благодаря своей уникальной структуре и высокой сорбционной и ионообменной емкости позволяют адсорбировать из газовых и жидких систем пары различных веществ. Емкость поглощения цеолитов в 30 раз выше, чем у ионообменных смол.
Главным критерием при выборе основного компонента матрицы явилась его структура, которая позволяет свободно проникать через свою толщу молекулам газа, а входные окна цеолита, при этом оставались бы открытыми. Такой структурой обладают поризованные гипсовые материалы, широко применяемые для акустической и теплоизоляционной обработки помещений.
При выполнении работы была сформулирована научная гипотеза, суть которой заключается в следующем: вредные вещества, попадая в помещение, достигают поверхности пористого гипсового материала, где за счет его развитой удельной поверхности и высокой межкристаллической пустотности проходят в толщу материала и попадают на поверхность сорбента-заполнителя, а затем проникают в его микропористую структуру за счет градиентно-диффузионных сил. В микропористой структуре сорбента молекулы вредных веществ адсорбируются преимущественно за счет дипольного взаимодействия, после чего некоторые из них частично проходят ионный обмен. Тем самым вредные компоненты и продукты разложения фиксируются в толще заполнителя и удаляются из атмосферы.
Для разработки поризованных гипсоцеолитовых материалов (ПГЦМ) использовались следующие сырьевые компоненты: гипсовое вяжущее Пешеланского гипсового завода «Декор-1» марки Г-5 АI, Г-6 АI, гипсовое вяжущее ЗАО «Самарский гипсовый комбинат» марки ГВВС-16; поверхностно-активные вещества (ПАВ) «Пентапав 430» марки А, представляющие водный раствор вторичных алкилсульфатов натрия; вода для затворения гипсового вяжущего, природные цеолиты Сокирницкого и Холинского месторождений и синтетические цеолиты NaX.
В табл. 1 и 2 приведены основные характеристики сырьевых компонентов.
Таблица 1 Характеристика гипсовых вяжущих б и в - модификации
|
Модификация гипсового вяжущего |
Нормальная густота |
Сроки схватывания, мин |
Предел прочности через 2 часа, МПа |
|||
|
начало |
конец |
При сжатии |
При изгибе |
|||
|
б - модификация |
0,41 |
7 |
18 |
16,0 |
6,0 |
|
|
в - модификация |
0,6 |
5 |
12 |
6,0 |
3,0 |
Таблица 2 Характеристики синтетического и природных цеолитов
|
Наименование цеолита |
Размер пор, ангстрем |
Насыпная плотность, г/м3 |
Твердость по шкале Мооса, балл |
Фракционный состав, мм |
Содержание клиноптилолита, % |
|
|
NaX |
9 |
0,74 |
4-5 |
0,14-0,63 0,63-1,25 1,25-2,5 |
- |
|
|
Холинский |
3-5 |
1,24 |
60 |
|||
|
Сокирницкий |
4 |
1,1 |
70 |