Рапіна Тетяна Володимирівна. Висококонцентровані кварцові суспензії, отримані на основі нанотехнологічного підходу і колоїдно-хімічних закономірностей

brief description

Рапіна Тетяна Володимирівна. Висококонцентровані кварцові суспензії, отримані на основі нанотехнологічного підходу і колоїдно-хімічних закономірностей : Дис... канд. наук: 05.23.05 - 2009

ХАРЬКОВСКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА
На правах рукописи
РАПИНА ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА
УДК 666.9:691.32
ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫЕ КВАРЦЕВЫЕ СУСПЕНЗИИ,
ПОЛУЧЕННЫЕ НА ОСНОВЕ НАНОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПОДХОДА И КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ
05.23.05 - Строительные материалы и изделия
ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: Золотов Михаил Сергеевич, кандидат технических наук, профессор
Харьков - 2009
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 5
Раздел 1. Анализ существующих технологических и теоретических основ для получения высококонцентрированных кварцевых суспензий оптимального состава 13
1.1. Исходные данные для разработки
теоретических предпосылок 13
1.1.1. Общие представления о нанотехнологиях 13
1.1.2. Анализ существующих коллоидно -химических
закономерностей с целью их использования для получения высококонцентрированных кварцевых суспензий 18
1.2. Принципы и методы получения высококонцентрированных
кварцевых суспензий 23
1.2.1. Влияние основных факторов
на процесс получения ВКС 24
1.2.2. Анализ существующих положений нанотехнологий
применительно к разрабатываемым ВКС 29
1.2.3. Анализ и выбор измельчителя для получения ВКС 34
1.2.4. Методы получения ВКС 36
1.3. Анализ существующих представлений о механизме
твердения высококонцентрированных кварцевых суспензий 41
1.4. Оценка обоснованности определения размерного фактора частиц для высококонцентрированных кварцевых
суспензий на основе нанотехнологического подхода 49
Выводы по разделу 57
Раздел 2. Методы и методики исследования, характеристика материалов .. .58
2.1. Использованные принципы оптимального
планирования экспериментов 58
2.2. Методы и методики исследования 64
2.3. Обработка результатов экспериментов методами
компьютерного материаловедения 71
2.4. Характеристика материалов, использованных в исследовании 73
Раздел 3. Разработка высококонцентрированной кварцевой суспензии
оптимального состава на основе нанотехнологического
подхода и коллоидно-химических закономерностей 76
3.1. Определение условий измельчения песка,
обеспечивающих получение ВКС оптимального состава 76
3.2. Оценка зернового состава и свойств обычно
применяемых микронаполнителей 79
3.3. Оценка характера изменений зернового состава
измельчаемых материалов на примере ультразвуковой обработки дисперсий каолина и гидрослюды 84
3.4. Структурные элементы жидкого стекла, применяемого
в качестве добавки к ВКС 94
3.5. Основные коллоидно-химические закономерности
получения ВКС 95
3.5.1. Исследование влияния основных факторов
на свойства ВКС и ВКС-отливок 99
3.5.2. Разработка математических моделей влияния
основных факторов на свойства ВКС 114
3.5.3. Разработка математических моделей влияния
основных факторов на свойства ВКС-отливок 121
3.6. Влияние концентрации коллоидных частиц железа на реологические свойства ВКС и
физико-механические свойства ВКС-отливок 127
3.7. Разработка оптимальных технологических параметров
получения ВКС и ВКС-отливок 131
3.7.1. Определение оптимальной концентрации
коллоидных частиц железа 131
3.7.2. Особенности определения оптимальных технологических параметров - водотвердого
отношения и количества добавки 132
3.7.3. Установление оптимальных технологических
параметров для измельчения ВКС 136
3.8. Оптимизация состава ВКС 137
3.9. Физико-химические исследования разработанной ВКС
оптимального состава 140
3.10. Получение ВКС оптимального состава из песков
различных месторождений 148
Выводы по разделу 150
Раздел 4. Разработка высокоэффективных строительных материалов с использованием высококонцентрированной кварцевой суспензии оптимального состава 152
4.1. Мелкозернистые бетоны на основе портландцемента с добавкой
ВКС оптимального состава 152
4.2. Керамзитобетон на основе ВКС оптимального состава 157
4.3. Крупнопористый керамзитобетон на основе ВКС
оптимального состава 168
Выводы по разделу 172
Раздел 5. Технико-экономическое обоснование производства и
опытно-промышленное внедрение разработанных ВКС 173
5.1. Технико-экономическое обоснование производства
ВКС оптимального состава 173
5.2. Опытно-промышленное внедрение 177
Выводы по разделу 181
Общие выводы 182
Список использованных источников 184
Приложение А 204
Приложение Б 213

bibliography

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. В результате критического анализа установлено, что свойства бето¬нов, а также стабильность их прочностных характеристик могут быть значи¬тельно улучшены при их приготовлении с использованием в качестве вяжу¬щего или добавки-микронаполнителя ВКС оптимального состава. В соответ- свии с этим в диссертационной работе поставлена цель - получить высоко¬концентрированные кварцевые суспензии оптимального состава, а также раз¬работать технологии их изготовления и применения в строительстве на осно¬ве нанотехнологических подходов и закономерностей современных коллоид¬ной химии и физико-химической механики дисперсных систем.
2. Разработаны теоретические основы создания ВКС оптимального со-става на основе положений и закономерностей коллоидной химии и физико-химической механики дисперсных систем.
3. Установлено, что твердение ВКС определяется возникновением прочных электрогетерогенных контактов ЭГК между положительно заря-женными кристаллогидратными частицами кальция и отрицательно заряжен-ными коллоидными частицами железа и гелевыми частицами жидкого стекла.
4. Получены высококонцентрированные кварцевые суспензии опти-мального состава с использованием усовершенствованной технологии произ-водства, основанной на нанотехнологическом подходе и коллоидно- химических закономерностях. Экспериментально установлено, что ВКС - отливки, полученные из разработанной ВКС, обладают прочностными харак¬теристиками на 8 - 15% выше, чем удавалось получить ранее, при этом про¬должительность измельчения исходного материала сокращается на 17 - 23%.
5. Установлены и исследованы закономерности влияния условий из-мельчения на свойства ВКС и ВКС-отливок. В результате чего установлено, что основным фактором, обуславливающим вяжущие свойства ВКС, являет¬ся продолжительность измельчения, которая обеспечивает различную кон-центрацию коллоидных частиц железа в твердой фазе суспензии.
6. Установлено влияние концентрации коллоидных частиц железа на реологические свойства ВКС и физико-механические свойства ВКС-отливок. Выявлено, что характер данных зависимостей является экстремальным, что позволило определить оптимальную концентрацию КЧЖ, при которой ВКС - отливки обладают наилучшими эксплуатационными характеристиками.
7. Разработана методика получения ВКС оптимального состава на ос¬нове усовершенствованной технологии производства для песков различных месторождений.
8. Разработаны высокоэффективные строительные материалы с ис-пользованием полученных ВКС:
- ВКС является эффективной добавкой в составе мелкозернистого бе¬тона на основе портландцемента, повышающей его прочностные свойства (прирост прочности до 60%), и ее применение эффективно и целесообразно при изготовлении мелкозернистых бетонов (экономия цемента свыше 20%);
- установлено, что использование ВКС в качестве вяжущего наиболее эффективно при изготовлении керамзитобетонных изделий.
9. Осуществлено опытно-промышленное внедрение результатов ис-следования при восстановительном ремонте помещений ОАО «Днепро-петровского металлургического завода им. Петровского», экономический эффект по сравнению с использованием традиционных решений составил 10 238 грн.