Лаптева Светлана Николаевна. Воздействие электромагнитного поля сверхвысоких частот на процессы гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих

Краткое описание

Лаптева Светлана Николаевна. Воздействие электромагнитного поля сверхвысоких частот на процессы гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.17.11 / Лаптева Светлана Николаевна;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова»], 2018.- 150 с.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В.Г. ШУХОВА
На правах рукописи

ЛАПТЕВА СВЕТЛАНА НИКОЛАЕВНА
ВОЗДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ НА ПРОЦЕССЫ ГИДРАТАЦИИ И СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ
ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ
05.17.11 – Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Павленко В.И.
Белгород - 2018

2
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА О ПРОЦЕССАХ ГИДРАТАЦИИ
ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ И СПОСОБАХ ЕЕ АКТИВАЦИИ…………….. 11
1.1 Современное представление о процессах гидратации и твердения гипсо¬вых вяжущих……………………………………………………………………….. 11
1.2 Вода - как жидкость затворения гипсовых вяжущих и ее способы активации…………………………………………………………………………… 23
1.3 Современное представление о процессах СВЧ - диэлектрической обработ¬ки веществ……………………………………………………………… 31
1.3.1 Использование энергии электромагнитного поля СВЧ для интенсифика¬
ции производственных процессов………………………………………………… 32
Выводы по 1 главе………………………………………………………………... 38
2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ
ЭКСПЕРИМЕНТА………………………………………………………………. 39
2.1 Характеристика сырьевых материалов………………………………………. 39
2.2 Методика проведения эксперимента………………………………………… 42

2.2.1 Приборы, используемые при исследовании процесса гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих……………………………………… 42
2.2.2 СВЧ - обработка дистиллированной воды и методы исследования ее свойств…………………………………………………………………………….... 43
2.2.3 Физико-химические методы исследования гипсового вяжущего………… 44
2.2.4 Дифференциально-термический анализ…………………………………… 47
2.2.5 Рентгенофазовый и рентгенофлуоресцентный анализ……………………. 48
2.2.6 Фотометрические методы…………………………………………………... 49
2.3 Методы статической обработки результатов исследования
в эксперименте…………………………………………………………………….. 49
Выводы по 2 главе………………………………………………………………... 52

3
3. СВОЙСТВА ВОДЫ, АКТИВИРОВАННОЙ СВЧ - ИЗЛУЧЕНИЕМ…... 53 3.1 Исследование свойств активированной воды………………………………... 53 Выводы по 3 главе………………………………………………………………... 66
4. ПРОЦЕССЫ ГИДРАТАЦИИ И СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ "ГИПС - АКТИВИРОВАННАЯ ВОДА"………………………… 68
4.1 Влияние активированной воды на свойства полугидрата
сульфата кальция………………………………………………………………….. 68
4.2 Деформативные свойства гипсового вяжущего……………………………… 77
4.3 Метрические характеристики кристаллов сульфата кальция……………….. 82
4.4 Электронное состояние атомов Са и S в кристаллической структуре суль¬фата кальция при рентгеновской активации……………………………………... 87
4.5 Влияние СВЧ - активированной воды на состав продуктов твердения си¬стемы «гипс - вода» ……………………………………………………………….. 89
4.6 Синхронный термический анализ дигидрата сульфата кальция…………… 95 Выводы по 4 главе………………………………………………………………... 99
5. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ
СВЧ - ОБРАБОТКЕ КВАРЦЕВОГО ПЕСКА И ГИПСОВО-КВАРЦЕВОЙ
СМЕСИ…………………………………………………………………………….. 101
5.1 Модификация кварцевого заполнителя………………………………………. 101
5.2 Способ СВЧ - обработки модифицированного кварцевого заполнителя….. 103
5.3 Исследование процесса гидратации и структурообразования гипсово-кварцевых композиций……………………………………………………………. 107
5.4 Структурно-фазовый состав гипсово-кварцевого композита………………. 112
5.5 Основные требования к технологическим параметрам процесса гидрата¬ции и структурообразования гипсовых вяжущих и композиционных материа-лов………………………………………………………………………………….... 118 Выводы по 5 главе………………………………………………………………... 120 ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………… 122 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………. 125

4
ПРИЛОЖЕНИЕ А Акты внедрения…………………………………………….. 135
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Лабораторная работа……………………………………….. 137
ПРИЛОЖЕНИЕ В Технологический регламент……………………………….. 144
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Патенты на изобретение……………………………………. 149

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Итоги выполненного исследования:
1. Развиты теоретические представления о взаимодействии СВЧ - энергии ча-
стоты 2450 МГц с водой и гипсовым вяжущим. Установлено, что результа-том действия электромагнитного поля СВЧ на гипсовые вяжущие вещества является изменение протекающих в них процессов гидратации и структу-рообразования. Интенсификация осуществлялась путем активации компо-нентов гипсовых или гипсово-кварцевых композиционных систем. Показа-но, что управлять свойствами композиций и процессами, в них происходя-щими, можно изменением удельной СВЧ - энергии в интервале 0,9-3,6 кДж/моль для водной дисперсии.
2. Предложена методика СВЧ - активации дистиллированной воды. СВЧ - об-
лучение влияет на физико-химические показатели воды: изменяется рН фактор дистиллированной воды в широком кислотно-щелочном интервале; электропроводность; вязкость; диэлектрическая проницаемость и оптиче-ская плотность при различном значении поглощенной СВЧ - энергии (0,9-3,6 кДж/моль). Доказано, что это является главным механизмом повышения энергетики дистиллированной воды.
3. Показана возможность повышения гидравлической активности твердения
гипсовых систем путем затворения их СВЧ активированной водой с вло-женной энергией 2,7 кДж/моль.
4. Разработана технология воздействия СВЧ - излучения с поглощенной энер-
гией 0,9-3,6 кДж/моль на регулирование процесса гидратации полуводного сульфата кальция. Методом дифференцирования получены кривые, на ко-торых выделены 4 стадии твердения гипсового вяжущего: растворение, коллоидация, коагуляция и кристаллизация.
5. В результате СВЧ - активации воды затворения для гипсовых вяжущих
установлено увеличение прочностных характеристик готовых образцов.

12 3
6. При воздействии СВЧ - облучения, поглощенной энергии 2,7 кДж/моль,
действующего на воду затворения, изменяются структурные параметры кристаллической решетки дигидрата сульфата кальция - происходит сжатие его кристаллической решетки на 0,15%. Методом РФА доказано изменение межплоскостных расстояний, полуширины и интенсивности дифракцион-ных линий и углов дифракции.
7. Установлено, что СВЧ - обработка водной дисперсии полугидрата сульфата
кальция способствует возрастанию частиц гипса повышенной дисперсно¬сти в области 0,09-0,24 мкм в среднем на 5%, что и отражается на возраста¬нии удельной поверхности от 30589 см2/см3 (для контрольного образца) до 30676 см2/см3 для образца, обработанного СВЧ. СВЧ - обработка воды вли-яет на процесс твердения, морфологию (размер, форму и внешний вид кри-сталлов) дигидрата сульфата кальция.
8. Предложены способы (Приложение Г) СВЧ - обработки модифицированно-
го кварцевого заполнителя. В качестве модификатора рекомендована до-бавка щелочных стоков производства капролактама на основе дикарбоновых кислот (ЩСПК) в количестве 0,01% водного раствора, в результате появляет¬ся возможность дополнительного увеличения механической прочности.
9. Проведенные экспериментальные исследования позволили сформулировать
основные требования к технологическим процессам производства гипсовых и гипсово-кварцевых композиций в зависимости от заданных свойств, тем самым подтвердили использование СВЧ - обработки для интенсификации процессов гидратации и структурообразования.
10. Разработан технологический регламент на производство гипсовых вяжу¬
щих и силикатных материалов на их основе с применением СВЧ - актива¬
ции воды затворения.

12 4
Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы:
Полученные теоретические и экспериментальные результаты целесообразно использовать при подготовке бакалавров и магистров по профилю 18.03.01 – «Химическая технология» и для предприятий, занимающихся переработкой гип-сового сырья и изготовлением на его основе строительных и композиционных ма¬териалов.
При дальнейшей разработке темы рекомендуется изучить механизмы воздей-ствия СВЧ – обработанной воды затворения в присутствии минерализаторов и ПАВ различного класса на процессы гидратации и структурообразования гипсо-вых и композиционных материалов на их основе.