Легкие бетоны на основе регенерированного пенополистирольного сырья тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат технических наук Журба, Ольга Васильевна

• Журба, Ольга Васильевна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Журба, Ольга Васильевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Анализ научно- технического прогресса в производстве стеновых конструкций.

1.1. Современное состояние стеновых материалов.

1.2. Основные направления использования пенополистирола.

1.3. Полистиролбетон эффективный стеновой материал.

ГЛАВА 2. Влияние химических добавок на адгезию в системе цемент-пенополистирол-вода.

2.1. Определение краевого угла смачивания.

2.2. Определение прочности при сдвиге.

2.3. Влияние химических добавок на прочность цементного камня.

2.4. Влияние химических добавок на свойство пенополистирольных гранул упрочненных цементом.

2.5. Модифицирование поверхности полистирольных гранул в процессе их получения.

2.6. Выводы к главе II.

ГЛАВА 3. Полистиролбетон на регенерированных пенополистирольных гранулах.

3.1. Роль наполнителей в структуре полистиролбетона.

3.2. Влияние химических добавок на прочность полистиролбетона.

3.3. Оптимизация состава полистиролбетона.

3.4 Выводы к главе III.

ГЛАВА 4.Легкий бетон на регенерированных пенополистирольных гранулах и магнезиальном вяжущем.

4.1. Исследование физико-химических процессов твердения магнезиального цемента.

4.2. Влияние плотности раствора MgCb и жидко-твердое отношение на свойства каустического магнезита.

4.3. Кинетика набора прочности в ранние сроки твердения.

4.4. Зависимость прочности магнезиального вяжущего от количества наполнителя.

4.5. Исследование влияния отрицательных температур на прочность вяжущего.

4.6. Подбор состава бетона на основе каустического магнезита.

4.6.1.Зависимость прочности бетона от плотности гранул и расхода вяжущего.

4.6.2. Полистиролбетон на композиционном заполнителе.

4.6.3. Влияние минерального наполнителя на свойства полистиролбетона.

4.7. Выводы к главе IV.

ГЛАВА 5.Технико-экономические показатели работы.

5.1. Описание технологической схемы производства.

5.2. Технико-экономическая эффективность применения полистиролбетона на регенерированных гранулах

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Легкие бетоны на основе регенерированного пенополистирольного сырья»

Актуальность. В практике современного строительства одной из важнейших задач является обеспечение качественной теплозащиты зданий, способствующей энерго- и ресурсосбережению.

Новое строительство, реконструкция и капитальный ремонт зданий осуществляются в соответствии с новыми, повышенными требованиями к теплозащите ограждающих конструкций (в частности, требованиям СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»).

При проектировании и строительстве зданий актуальным является вопрос снижения массы отдельных конструкций и всего здания в целом. Снижение материалоемкости здания позволяет уменьшить нагрузки на несущие конструкции и как следствие снизить затраты на строительство. Поэтому к ограждающим конструкциям сейчас уделяется особое внимание. Одно из приоритетных направлений - использование легкого бетона. Таким материалом может быть полистиролбетон, однако на его долю приходится менее 5% всего производства. Это связано с высокой стоимостью исходного полисти-рольного сырья. Производство полистиролбетона можно расширить за счет использования упаковочного полистирола.

Объем отходов на основе полистирольных пластиков достигает 50 тыс. т в год, из которых большую часть составляет вспененный полистирол, используемый как упаковочный материал, который может быть регенерирован, то есть, восстановлены пенополистирольные гранулы сферической формы с помощью экструзионной установки. Необходимо было получить теплоизоляционно-конструкционный бетон на основе пенополистирольных гранул из упаковочного материала и применить его в строительстве в качестве теплоизоляции и стеновых изделий.

Диссертационная работа выполнена в рамках Единого заказа - наряда Министерства науки РФ по теме: «Разработка теоретических основ малоэнергоемких вяжущих и бетонов на их основе», а также тематического плана госбюджета по теме: «Использование минерального сырья и отходов Забайкалья для получения эффективных строительных материалов», и подпрограмме научно-технического прогресса Министерства образования и науки «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки техники».

Цель исследования - получение легкого бетона на регенерированных гранулах. Для решения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать влияние химических добавок на адгезионную прочность в системе цемент-пенополистирол-вода;

-определить эффективность химических добавок по совокупности ряда факторов: изменение гидрофобной поверхности пенополистирола, упрочнение гранул и влияние на прочность цементного камня;

-выявить роль микронаполнителей и заполнителя на основе местного сырья в бетоне;

-методом математического планирования подобрать оптимальные составы на основе цементного вяжущего;

-исследовать свойства магнезиального вяжущего на основе бруситового сырья и полистиролбетона на его основе;

-разработать принципиальную технологическую схему получения стеновых изделий на основе полистиролбетона;

- дать технико-экономическое обоснование применения полистиролбетона.

Научная новизна. Выдвинута концепция возможности получения сферических гранул из тарного пенополистирола и экспериментально доказана эффективность и целесообразность нового технологического подхода к переработке вторичного пенополистирольного сырья.

Выявлены закономерности повышения адгезионных свойств в системе цемент - пенополистирол - вода путем модифицирования поверхности пено-полистирольных гранул химическими добавками. Установлено, что решающим фактором является снижение краевого угла смачивания и формирование переходного слоя от гидрофобной поверхности полистирола к гидрофильной поверхности цемента. Достигнуто повышение адгезионной прочности за счет модифицирования поверхности гранул в 2-2,25 раза.

Получен композиционный материал, включающий минеральное вяжущее (портландцемент, каустический магнезит), минеральный заполнитель, микронаполнитель, химические добавки и регенерированный пенополистирол с широким диапазоном строительно-технических свойств.

Практическое значение: предложена технология переработки пенополистирола в гранулы; разработаны составы полистиролбетона на основе портландцемента на упрочненных гранулах и на основе магнезиального вяжущего; экспериментально доказана техническая возможность и подтверждена экономическая целесообразность применения полистиролбетона на регенерированном пенополистироле; получен теплоизоляционно-конструкционный бетон с физико-механическими показателями: класс бетона В 2,5 и выше, средней плотностью 800-1100 кг/м , который может быть использован для производства стеновых блоков малоэтажного строительства.

На основе разработанных составов полистиролбетона на регенерированном пенополистироле произведена теплозащита существующих зданий г. Улан- Удэ Республики Бурятия общей площадью 1375 м .

Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались в 2005-2007 гг. на международной научно-практической интернет-конференции «Проблемы и достижения строительного материаловедения» (Белгород, 2005 г.), международной научно-практической конференции «Строительный комплекс России: наука, образование, практика» (Улан-Удэ, 2006 г.), всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Анализ состояния и развития Байкальской природной территории: минерально-сырьевой комплекс» (Улан-Удэ, 2006 г.), научно-практической конференции НТТМ «Путь к обществу, основанный на знаниях» (М., 2006 г.), 5 Mongolian Concrete International Conference (Дархан, 2006 г.), международной студенческой научной конференции (Томск, 2007 г) и научных конференциях преподавателей и сотрудников ВСГТУ (Улан-Удэ, 2005-2007 гг.).

Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в семи научных публикациях, в том числе в одной статье в центральном рецензируемом издании, рекомендованном ВАК РФ.

Объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит 16 рисунков, 43 таблицы и состоит из введения, 5 глав, основных выводов, списка использованной литературы, включающего более 100 источников.

Заключение диссертации по теме «Строительные материалы и изделия», Журба, Ольга Васильевна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В работе содержатся новые решения актуальной научной задачи получения теплоизоляционно-конструкционного бетона на основе использования отходов пенополистирольной упаковки. Установлены оптимальные составы полистиролбетона на различных вяжущих.

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Экспериментально подтверждена возможность получения пенополистирольных гранул из упаковочного полистирола и использование их в технологии получения полистиролбетона на цементном и магнезиальном вяжущем.

2. Установлена эффективность восьми видов добавок по следующим четырем критериям: углу смачивания, прочности при сдвиге склеенных пенополистирольных плиток цементным тестом, по величине прочности гранул, окатанных цементным тестом, а также по их влиянию на прочность цементного камня. Установлено, что в системе цемент - полистирол - вода повышение прочности адгезионных контактов идет за счет использования химических добавок (АП, ПВА, С-3, МС, ПТО, КМЦ, БДСЛ) в количестве от 0,2 до 0,8 % от массы цемента.

3. Выявлено, что введение химических добавок повышает адгезионную прочность по сравнению с контрольными образцами от 1,26 до 3,06 раза. Только за счет повышения прочности адгезионных контактов повышается прочность полистиролбетона на 102%.

4. Показан эффективный путь получения теплоизоляционно-конструкционного бетона марки 35 и выше за счет комплексного подхода к подбору состава, а именно при использовании химических добавок, микронаполнителя и мелкозернистого заполнителя.

5. Методом математического планирования эксперимента оптимизированы составы полистиролбетона на регенерированных гранулах, включающие вулканический шлак и песок. Получен полистиролбетон марок М 35 - 100, марка по морозостойкости 25, теплопроводность 0,23 Вт/м°С.

6. Впервые экспериментально подтверждена высокая адгезия магнезиального вяжущего к поверхности пенополистирольных гранул. Полученные составы полистиролбетона на основе магнезиального вяжущего, отличаются высокой скоростью набора прочности и способностью твердеть при отрицательных температурах.

7. Разработана технологическая схема получения пенополистирольных гранул из упаковочного материала и изготовление на их основе стеновых блоков.

8. Технико-экономические расчеты показали, что использование регенерированных гранул позволяет существенно снизить потребление товарного пенополистирола и снизить себестоимость полистиролбетона.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Журба, Ольга Васильевна, 2007 год

1. Ясин Ю. Д., Ясин В. Ю., Ли А. В. Пенополистирол. Ресурс и старение материала. Долговечность конструкций // Строительные материалы. 2002. № 5. С. 33-35.

2. Резниченко Ю. Ю. Наружная теплоизоляция фасадов с применением пенополистирола// Строительные материалы. 2003. № 3. С. 13-15.

3. Матросов Ю. А., Ярмаковский В. Н. Энергетическая эффективность зданий при комплексном использовании модифицированных легких бетонов // Строительные материалы. 2006. № 1. С.19-21.

4. Чиненков Ю. В., Ярмаковский В. Н. Модифицированные полистирол-бетоны в ограждающих конструкциях зданий и инженерных сооружений // Строительные материалы: архитектура. №2 Приложение к журналу « Строительные материалы» 2004. №4 С.13-17.

5. Кулачков В. Н. Комплексный подход к энергосбережению в строительстве //Строительные материалы. 2000. №8. С. 14.

6. Сажнев Н. П., Шелег Н. К., Сажнев Н. Н. Производство, свойства и применение ячеистого бетона автоклавного твердения // Строительные материалы. 2004. №3. С. 2-6.

7. Гончарик В. Н. и др. Теплоизоляционный ячеистый бетон // Строительные материалы. 2004. №3. С. 24-25.

8. Величко Е. Г., Комар А. Г. Рецептурно-технологические проблемы пенобетона // Строительные материалы. 2004. №3. С. 26-29.

9. Величко Е. Г., Кальгин А. А., Комар А. Г., Смирнов М. В. Технологические аспекты синтеза структуры и свойств пенобетона // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2005. №3. С. 68-71.

10. Бертов В. М., Собкалов П. Ф. Использование золы-уноса в производстве пенобетона// Строительные материалы. 2005. №5. С. 12-15.

11. Овчинников Е. Н. Система утепления фасадов «шуба плюс» // Строительные материалы. 2000. №8. С. 15-17.

12. Муляр С. А. Применение экструдированных пенополистиролов в сен-двич-панелях // Строительные материалы. 2000. №11. С. 23-24.

13. Матросов Ю. С. Энергетическая эффективность высотного домостроения. Информационный сборник №1 « Уникальные и специальные технологии в строительстве г. Москвы». Центр новых строительных технологий, М., 2004. С. 100-106.

14. Баталин Б. С. Исследование свойств пенополистирола как утеплителя в панелях сборных жилых домов //Строительство.2003. №4. С. 58-61.

15. ГОСТ Р 51263-99 «Полистиролбетон. Технические условия».

16. OCT 301-05-202-92Е « Полистирол вспенивающийся. Технические условия».

17. ГОСТ 15588-86 «Плиты полистирольные. Технические условия».

18. ГОСТ 10178-85 (СТ СЭВ 5683-86). « Портландцемент и шлакопорт-ландцемент. Технические условия». Постановление Госстроя СССР от 10.7.1985 №116.

19. ГОСТ 24211-91 « Добавки для бетонов. Общие технические требования».

20. Полуяненко В. С. Полистиролбетон технология, составы, рецептура.

21. Рахманов В. А. Довжик В. Г. Полистиролбетон получает государственный статус // Строительные материалы. 1999. № 7-8.

22. ВНИИжелезобетон. Отчет по обобщению теоретических основ технологии полистиролбетона с управляемыми свойствами. Москва, 2003.

23. Довжик В. Г. Факторы, влияющие на прочность и плотность полисти-ролбетолна // «Бетон и железобетон». 2004. №3. С.5-11

24. Беляков В. А., Носков А. С. Проектирование составов конструкционного полистиролбетона с использованием современных химических добавок.

25. Мелихов В. И., Девятов В. В., Шумилкин В. И. Энергосберегающая технология тепловой обработки полистиролбетонных изделий // «Бетон и железобетон» 1997. №2. С. 17-18.

26. Милых Т. И. Конструкционно-теплоизоляционный полистиролбетон // «Бетон и железобетон» 1988. №10. С. 11-13

27. Мелихов В. И., Козловский А. И., Россовский В. Н. Возможности получения особо легкого пенополистирольного заполнителя // «Бетон и железобетон» 1997. №2. С. 17-18

28. Евдокимов А. А. Физико-механические свойства теплоизоляционных бетонов на пористых заполнителях для многослойных ограждающих конструкций. Дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. Наук. М., 1989. 241С.33. Патент №670933

29. Патент № 2082696 Толорая Д. Ф., Рахманов В. А., Козловский А. И., Россовский В.Н., Козловский Р.А. способ изготовления особо легких полистиролбетонных изделий.

30. Патент № 2230717 Конструкционно-теплоизоляционный экологически чистый полистиролбетон, способ изготовления из него изделий и способ возведения из них теплоэффективных ограждающих конструкций зданий по системе «ЮНИКОН»

31. Патент № 2002129773 Конструкционно-теплоизоляционный экологически чистый полистиролбетон, способ изготовления из него изделий и способ возведения из них теплоэффективных ограждающих конструкций зданий по системе «ЮНИКОН»

32. Зыренова В. Н, Бердов П. И. Магнезиальные вяжущие вещества // Строительные материалы. 2006. №4. С. 61-65.

33. Бердов П. И. Магнезиальные вяжущие вещества // Строительные материалы. 2004. №6. С. 28-32.

34. Пак А. А. Свойства магнезиального вяжущего // Строительные материалы. 1999. №2. С.14-18.

35. Фотин О. В. Опыт строительства жилых домов в г. Иркутске с использованием полистиролбетона // П-я Всероссийская (Международная) конференция по бетону и железо бетону. « Бетон и железобетон- пути развития». 5-9 сентября 2005 г. М. С. 298-303.

36. Лаймов И. С., Ченцов М. А., Косяков С. А., Фотин О. В. Полистиролбетон исследование прочности на магнезиальном вяжущем //Сборник докладов VII научной конференции по актуальным проблемам строительной теплофизики. С. 214-216.

37. Строительные материалы: Справочник / А. С. Болдырев, П. П. Золотое, А. Н. Люсов и др.; Под ред. А. С. Болдырева, П. П. Золотова. М.: стройиздат, 1989. 567 е.: ил.

38. Наназашвили И. X. Строительные материалы, изделия и конструкции: Справочник. -М.: Высш. шк., 1990. 495с.: ил.

39. Иванов И. А. Технология легких бетонов на искусственных пористых заполнителях. М., 1974.

40. Горлов Ю. П., Меркин А. П., Устенко А. А. Технология теплоизоляционных материалов. М., 1980.

41. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

42. Баженов Ю. М. Способы определения состава бетона различных видов. М.: Стройиздат, 1975.- 268с.

43. Баженов Ю. М., Комар А. Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. М.: Стройиздат, 1984. - 672с.

44. Гершберг О. А. Технология бетонных и железобетонных изделий. -М.: Стройиздат, 1971. 359 с.

45. Бек-Булатов А. И. Фундаменты мелкого заполнения с применением плит «Пеноплекс» // Строит, материалы. 2007. №3. С. 16-17.

46. Бек-Булатов А .И. Морозозащитные фундаменты мелкого заложения // Строит, материалы. 2006. №6. С. 68-69.

47. Соков В. Н. Теория и практика создания новых эффективных теплоизоляционных материалов: Дисс. докт. техн. наук. М., 1985

48. Соков В. Н. Теоретические и практические основы получения легковесных огнеупоров из самоуплотняющихся масс // Огнеупоры. 1982. № 7-8.

49. Акопов Е. К., Дробашева Т. И. Общая химия. Ростов-на-Дону: РГУД992.

50. Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсионные системы: Учебник для вузов- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Химия, 1988. 464с.: ил.

51. Хенней Н. Химия твердого тела. М.: изд. «Мир», 1971. -223с.

52. Черкинский Ю. С. Полимерцементный бетон. М.: Стройиздат, 1984.212с.: ил.

53. Корнеев В. И., Зозуля П. В. Словарь «Что» есть «что» в сухих строительных смесях. СПб.: НП « Союз производителей сухих строительных смесей», 2005.-312с.: ил.

54. Павлов В. А. Пенополистирол. М.: Химия, 1973.

55. Воробьев В. А., Андрианов Р.А. Технология полимеров: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. - М.: Высш. школа, 1980. -303с., ил.

56. Малкин А. Я. и др. Полистирол. М.: Химия, 1975.

57. Фадеева В. С. Яхонтова Н.Е. Закономерности процесса вспенивания суспензионного полистирола // Строительные материалы. 1966. № 5.

58. Годило П. В., Патуроев В .В., Романенков И. Г. Беспрессовые пенопласта в строительных конструкциях. М.: Изд. литературы по строительству, 1969.

59. Бутт Ю. М., Богомолов Б. Н., Дворкин JI. И. Высокопрочный магнези-ально-доломитовый цемент/ сб. «Вяжущие материалы Сибири и Дальнего Востока», Новосибирск. 1970.

60. Бочаров В. К. Тезисы Докладов к предстоящий Всесоюзной конференции. Часть 1. Физикохимия строительных и композиционных материалов. Белгород. 1989. С. 17.

61. Третьякова А. С. Исследование процессов твердения магнезиального цемента из мергелей Кулунды и перспективы их использования / Сб. «Вяжущие материалы Сибири и Дальнего Востока», Новосибирск. 1970. С. 167-173.

62. Бубнов Н. И. Строительные материалы на базе каустического доломита. М.: Госстрой издат. 1983.

63. Ребиндер П. А. Поверхностно- активные вещества. М.: Знание 1061. 211с.

64. Абрамзон А. А., Бочаров В. В., Гаевой Г. М. Поверхностно-активные вещества. JL: Химия. 1976.297.

65. Дворкин JI. И. Исследование МДЦ как вяжущего для строительных изделий с органическими заполнителями. Дисс.к.т.н. Томск 1966.

66. Кузьменков М. И., Куницкая Т. С., Бахир Е. Н. Полистиролбетон на магнезиальном вяжущем из доломита.// Ресурсосберег. и экол. чист, технол. : Тр. 3-й Науч.-техн. конф., Гродно, 25-26 июня, 1998. Ч. 2. -Гродно, 1999. С. 159-161.

67. Козлова В. К., Свит Т. Ф., Гришина М. Н., Долгих О. В. Влияние вида затворителей на свойства смешанных магнезиальных вяжущих веществ // Резервы пр-ва строит, матер. / Алтайск. гос. техн. ун-т. Барнаул, 1999. С. 33-38.

68. Патент. 2162455 Россия, МПК{7} С 04 В 28/30 / Мовчанюк В. М., Трофимов В. М., Пузанов С. Н. N 2000115608/03; Заявл. 20.06.2000; Опубл. 27.01.2001. Сырьевая смесь для изготовления пенобетона на магнезиальном вяжущем.

69. Путляев И. Е., Ярмаковский В. Н., Орентлихер JI. П. Состояние производства и перспективы развития легких бетонов на пористых заполнителях в России. Часть 2 // Строит, матер., оборуд., технол. 21 в. 2001. - № 9. - С. 14-15,46,47. - Рус.; рез. англ.

70. Самченко С. В., Лютикова Т. А., Третьякова Н. С. Зависимость свойств магнезиальных вяжущих от концентрации затворителя и вида добавок // Пром-сть строит, матер. Сер. 1: Экспресс-обзор. 2001. № 2. С. 9-17.

71. Патент. 2278096 Россия, Кириченко Виктор Алексеевич, Крылов Борис Александрович.-№2004119356/03; Заявл. 24.06.2004; Опубл. 20.06.2006. Способ изготовления строительных изделий из полисти-ролбетонной смеси.

72. Крамар Л. Я. О требованиях стандарта к магнезиальному вяжущему строительного назначения //Строит, матер. 2006. № 1. С. 54-56,

73. Адлер Ю. П. Введение в планирование эксперимента. М.: Металлургия, 1969. С. 159.

74. Крук Т. К. и др. Планирование эксперимента. М.: Наука, 1966.

75. Бирюков В. В. Практическое руководство по применению методов планирования эксперимента для поиска оптимальных условий в многофакторных процессах. Рига: Зинтыс, 1969.

76. Хикс И. Основные принципы планирования эксперимента. М.: Мир, 1967. С. 263.

77. Рохваргер Г. Е. Применение методов математического планирования эксперимента в технологии строительных материалов. Обзор. -М.: ЦНИИТЭСтром, 1969.

78. Руководство по подбору составов тяжелых бетонов. М.: Стройиздат, 1979.

79. Вознесенский В. А. Статистические решения технологических задач. -Кишинев. 1968. -с.232.

80. Зейдель А. Н. Элементарные оценки ошибок измерения. М.: Наука, 1967.

81. Тихомиров В. Б. Планирование и анализ эксперимента (при проведении в легкой и текстильной промышленности). М.: Легкая индустрия, 1974.

82. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., 1976.

83. Хартман К., Лекций Э., Шефер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. М., 1970

84. Рекомендации по применению методов математического планирования эксперимента в технологии бетона М., 1982

85. Мануйлов Г. А. Методы лабораторных испытаний строительных материалов. М.: Высшая школа. 1983.

86. Добавки к бетону. Admixtures // Austral. Concr. Constr. 2001. № 4. С. 2829.

87. Высокопрочный бетон с добавкой тонкодисперсной золы-уноса. Но-chleistungsbeton mit Feinstflugasche als Betonzusatzstoff / Brandenburger Dirk, Huttl Roland // Beton. 2006. - 56, № 5. - C. 198-200.

88. Черкинский Ю. С. Полимерцементные бетоны. -2-е изд., перераб. и доп. -М.: Стройиздат, 1984. -212 е., ил.

89. Мешкаускас Ю. И. Конструктивный керамзитобетон. М., Стройиздат, 1977. С. 87.

90. Получены составы теплоизоляционно-конструкционного бетона с физико-механическими показателями: класс бетона В 2,5 -10, средней плотностью 800-1100 кг/м3.

91. Зав. кафедрой «Производства строительных материалов и изделий»,1. М. Е. Заяханов1. О. В. Журба