Воздействие электромагнитного поля сверхвысоких частот на процессы гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.11, кандидат наук Лаптева Светлана Николаевна

• Лаптева Светлана Николаевна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Лаптева Светлана Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА О ПРОЦЕССАХ ГИДРАТАЦИИ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ И СПОСОБАХ ЕЕ АКТИВАЦИИ

1.1 Современное представление о процессах гидратации и твердения гипсовых вяжущих

1.2 Вода - как жидкость затворения гипсовых вяжущих и ее способы активации

1.3 Современное представление о процессах СВЧ - диэлектрической обработки веществ

1.3.1 Использование энергии электромагнитного поля СВЧ для интенсификации производственных процессов

Выводы по 1 главе

2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 Характеристика сырьевых материалов

2.2 Методика проведения эксперимента

2.2.1 Приборы, используемые при исследовании процесса гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих

2.2.2 СВЧ - обработка дистиллированной воды и методы исследования ее свойств

2.2.3 Физико-химические методы исследования гипсового вяжущего

2.2.4 Дифференциально-термический анализ

2.2.5 Рентгенофазовый и рентгенофлуоресцентный анализ

2.2.6 Фотометрические методы

2.3 Методы статической обработки результатов исследования

в эксперименте

Выводы по 2 главе

3. СВОЙСТВА ВОДЫ, АКТИВИРОВАННОЙ СВЧ - ИЗЛУЧЕНИЕМ

3.1 Исследование свойств активированной воды

Выводы по 3 главе

4. ПРОЦЕССЫ ГИДРАТАЦИИ И СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ В СИСТЕМЕ "ГИПС - АКТИВИРОВАННАЯ ВОДА"

4.1 Влияние активированной воды на свойства полугидрата

сульфата кальция

4.2 Деформативные свойства гипсового вяжущего

4.3 Метрические характеристики кристаллов сульфата кальция

4.4 Электронное состояние атомов Са и S в кристаллической структуре сульфата кальция при рентгеновской активации

4.5 Влияние СВЧ - активированной воды на состав продуктов твердения системы «гипс - вода»

4.6 Синхронный термический анализ дигидрата сульфата кальция

Выводы по 4 главе

5. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СВЧ - ОБРАБОТКЕ КВАРЦЕВОГО ПЕСКА И ГИПСОВО-КВАРЦЕВОЙ СМЕСИ

5.1 Модификация кварцевого заполнителя

5.2 Способ СВЧ - обработки модифицированного кварцевого заполнителя

5.3 Исследование процесса гидратации и структурообразования гипсово-кварцевых композиций

5.4 Структурно-фазовый состав гипсово-кварцевого композита

5.5 Основные требования к технологическим параметрам процесса гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих и композиционных материалов

Выводы по 5 главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Акты внедрения

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Лабораторная работа

ПРИЛОЖЕНИЕ В Технологический регламент

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Патенты на изобретение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Воздействие электромагнитного поля сверхвысоких частот на процессы гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Известно, что интенсивность твердения смеси вяжущего с водой и достигаемая при этом прочность системы в начальный и последующие периоды времени зависят от следующих факторов: свойств исходных материалов, содержания их в этой смеси, добавок и от температурных условий протекания физико-химических процессов.

При изучении проблемы твердения вяжущих веществ, в основном, главное внимание уделяется механизму взаимодействия с водой. При этом недостаточно учитывается ее влияние на микроструктуру гидратных новообразований и всей системы в целом, которая в свою очередь предопределяет физико-механические свойства (прочность, деформативность), а также и долговечность.

Свойства композиционных материалов в значительной степени зависят от свойств компонентов, входящих в их состав. Поэтому изменением свойств составных частей композиционных смесей можно целенаправленно изменять свойства последних. Основным компонентом неорганических растворимых смесей является вяжущее, заполнитель и вода затворения.

Основной из задач современного материаловедения, является создание энергосберегающих технологий получения материалов с высокими прочностными характеристиками.

В настоящее время известны различные способы изменения свойств компонентов смеси, в частности воды затворения. Такие процессы называются активацией. Методы активации воды можно свести к термическому воздействию на ее молекулы. Очевидно, что, не изучив природу, механизм, кинетику активационных процессов, невозможно создание материалов с заданными свойствами.

Изучая, литературные данные, не удалось обнаружить единой теории для активационных процессов. Каждый метод активационной теории рассматривается в той области науки и техники, где он используется. К наиболее распространенным методам активации воды, используемой в качестве жидкости затворения для получения гипсовых и гипсово-песчаных композиций, относится механическая,

ультразвуковая, магнитная, термическая, электрохимическая, а также активация электромагнитными импульсами. Большое количество исследований проведено в области изучения влияния магнитных полей на изменение свойств воды. Опубликованные данные настолько противоречивы, что их практически использовать в технологии производства строительных и композиционных материалов, а также на основе гипсовых вяжущих систем, невозможно, так как их трудно систематизировать.

Степень разработанности темы. Исследования, связанные с взаимодействием СВЧ (сверхвысокочастотного) - поля с компонентами гипсовых вяжущих недостаточно изучены и основные параметры обработки воды и заполнителей для гипсовых смесей остаются неизвестными. Использование СВЧ - технологии для активации компонентов гипсовых смесей является новым способом, что свидетельствует о недостаточной изученности происходящих процессов. Представление о физико-химической сущности СВЧ - активации, научное обоснование процессов гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих и явилось предметом данной работы.

Диссертационная работа выполнялась в рамках государственного задания Минобрнауки РФ (№ 1300 от 01.03.2014) и ФЦП «Научные и научно -педагогические кадры инновационной России на 2008-2013 г. г.» (№ 02.740.11.0474).

Цель работы - изучение влияния СВЧ - обработки компонентов гипсовой смеси на процессы гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих материалов.

Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:

- исследовать свойства дистиллированной воды, используемой в качестве жидкости затворения для гипсовых вяжущих, после СВЧ - обработки;

- изучить свойства СВЧ - обработанной воды для различных режимов вложенной СВЧ - энергии и выявить возможность наиболее приемлемого ее использования в качестве жидкости затворения гипсовых вяжущих;

- исследовать физико-механические свойства гипсового вяжущего на основе СВЧ

- обработанной воды;

- изучить процессы гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих;

- установить влияние модифицированного заполнителя, обработанного СВЧ - полем, на свойства гипсовых систем.

- разработать технические предложения для реализации технологий равномерной СВЧ - диэлектрической обработки кварцевого песка.

Научная новизна. Разработана и научно обоснована возможность управления процессами гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих, путем СВЧ - обработки компонентов гипсовых систем.

Развиты представления о воздействии СВЧ - поля (2450МГц) на структуру и свойства воды. Показано, что СВЧ - обработка воды в зависимости от удельной энергии - 0,9 до 3,6 кДж/моль, способствует изменению физико-химических параметров (удельной электропроводности, динамической вязкости, диэлектрической проницаемости и рН-фактора). При этом наибольшее изменение наблюдалось при удельной СВЧ - энергии 2,7 кДж/моль.

Установлены закономерности воздействия активированной СВЧ - полем воды на особенности процесса гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих, заключающиеся в том, что в зависимости от удельной СВЧ - энергии, поглощенной водной дисперсией, изменялась скорость протекания физико -химических процессов, длительность отдельных периодов, сроки схватывания, а также общая продолжительность процесса гидратации и структурообразования дигидрата сульфата кальция. Выявлена зависимость между энерго-активационными характеристиками воды затворения и величинами технологических процессов - ускорение, замедление гидратации, изменение габитуса и дисперсности кристаллов гипса, уменьшение размеров кристаллической решетки ди-гидрата сульфата кальция, и, как следствие, повышение прочности гипсовых систем в 1,7-2,5 раза.

Предложен метод получения модифицированного кварцевого заполнителя, с использованием СВЧ - обработки. Изучено влияние концентрации модификатора

на кинетику твердения гипсово-кварцевых композиций и их физико-механические характеристики. Выявлено, что воздействие электромагнитного поля СВЧ способствует формированию мелкокристаллической структуры дигидрата сульфата кальция.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Показана возможность применения СВЧ - активации воды затворения гипсовых систем с целью улучшения их физико-механических характеристик.

Предложены способы СВЧ - обработки модифицированного кварцевого песка, используемого для получения гипсово-кварцевых композитов. Выявлено оптимальное содержание модификатора, на примере ЩСПК (добавка щелочных стоков производства капролактама), соответствующее 0,01% водной дисперсии, способствующее получению композита с повышенными физико-механическими характеристиками (предел прочности на сжатие для образцов увеличился в 2 раза), при этом удалось увеличить мощность поглощения слоем кварцевого песка СВЧ -энергии на 25%, что значительно ускорило процесс сушки заполнителя, и способствовало уменьшению энергозатрат в 4 раза. Технические решения данных способов защищены 2 патентами РФ на изобретения.

Результаты исследования внедрены в учебный процесс по курсу «Физика» и «Физическая химия» для бакалавров и магистров специальности 18.03.01 -«Химическая технология» и 18.03.02 - «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии».

Результаты диссертационной работы внедрены в производство строительного предприятия ООО «Эра-Капитал Строй» (г. Белгород).

Разработан технологический регламент на производство гипсовых вяжущих и гипсово-кварцевых композитов с применением СВЧ - активации воды затворения.

Методология и методы исследований. Обоснован выбор объектов исследования (строительного гипса, воды затворения, заполнителя и модификатора). Для проведения количественного и качественного анализа по изучению процессов гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих композиционных материалов использованы: рентгенофазовый (РФА) и рентгенофлуоресцентный анализы,

фотометрические методы, растровую электронную (РЭМ) и оптическую микроскопию, термический анализ, электрофизические методы анализа.

Физико-химические свойства активированных систем изучались с помощью стандартных методик и приборов в соответствии с ГОСТ.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Экспериментально подтвержденные и менее энергоемкие режимы СВЧ -активации дистиллированной воды.

2. Изменение структуры и свойств дистиллированной воды, прошедшей СВЧ - обработку, и использование ее в качестве жидкости затворения для гипсовых вяжущих.

3. Научные и экспериментальные результаты исследований, объясняющие механизм и закономерности процесса гидратации и структурообразования дигид-рата сульфата кальция.

4. Анализ особенностей структурообразования дигидрата сульфата кальция, после СВЧ - обработки воды затворения.

5. Способы СВЧ - обработки модифицированного кварцевого заполнителя, обеспечивающие получение гипсово-кварцевых композитов с повышенными прочностными и эксплуатационными характеристиками, а также способствующие снижению энергоемкости производственных процессов.

Степень достоверности полученных результатов. Для получения достоверных результатов исследований, все эксперименты проведены по стандартным методикам, соответствующим ГОСТам.

Все представленные результаты, получены при непосредственном участии автора. Автор принимал участие во всех этапах исследований: разработке экспериментальных исследований, их обработке, обсуждении полученных результатов, оформлении публикаций.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлены на следующих конференциях: Международная научно -практическая конференция «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (г. Белгород, 2005 г.); Всероссийская

научно-техническая конференция (г. Нижний Новгород, 2005г.); VI Международная конференция «Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов» (г. Воронеж, 2005 г.); Международная конференция ИРЭМВ (г. Таганрог, 2005 г.); V Международная научно-техническая конференция «Эффективные строительные конструкции: теория и практика» (г. Пенза, 2006 г.); VII Международная конференция (г. Воронеж, 2007 г.); Международная научно-практическая конференция «Эффективные композиционные материалы» (г. Пенза, 2009 г.); Международная научно-практическая конференция (XIX научные чтения) «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в промышленности строительных материалов. Наносистемы в строительном материаловедении» (г. Белгород, 2010 г.); Международная научно-практическая конференция (г. Уфа, 2013 г.); Международная научно-практическая конференция «Строительство: Тенденции и перспективы» (г. Курск, 2014 г.); Международная научно-практическая конференция «Наукоемкие технологии и инновации» (г. Белгород, 2014 г.); III Международная научно-практическая конференция «Теоретические и практические аспекты технических наук» (г. Уфа, 2014 г.); Международная научно-практическая конференция "Современное состояние и перспективы развития технических наук" (г. Уфа, 2015 г.).

Публикации. Основные результаты исследований по диссертационной работе изложены в 23 научных публикациях, в том числе в 4 статьях рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ и в 1 статье зарубежного издания, индексируемого в базе данных Scopus. Получены патенты РФ на изобретения(№ 2302592 от 10.07.2007 г. и № 2570293 от 10.11.2015 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 113 наименований и приложений. Работа изложена на 150 странице машинописного текста, включающего 22 рисунка, 34 таблицы и 4 приложения.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА О ПРОЦЕССАХ ГИДРАТАЦИИ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ И СПОСОБАХ ЕЕ АКТИВАЦИИ

В данной главе рассмотрены вопросы гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих, а также способы активации компонентов гипсовых систем в современном представлении. А также состояние вопроса о воздействии СВЧ - излучения на систему «гипс - вода».

1.1. Современное представление о процессах гидратации и твердения

гипсовых вяжущих

Гипсовое сырье и гипсовые вяжущие распространены повсеместно и обладают простотой и экономичностью в процессе переработки. Для производства строительных материалов на основе гипсовых вяжущих требуется меньше энергозатрат, чем, например, для производства цемента. По экологическим, эстетическим и декоративным показателям гипсовые материалы не имею в стройинду-стрии себе равных [1, 2].

К гипсовыми вяжущим веществам относят материалы, которые состоят из полуводного гипса или ангидрита и получаемые тепловой обработкой исходного сырья и последующим его помолом. Наиболее распространенные в природе кристаллические горные породы являются сырьем для производства гипса[3, 4]. Гипсовый камень состоит из солей сернокислого кальция и двух молекул воды (СаБ04 * 2Н20), а состав ангидрита - СаБ04. Химический состав гипса СаО -32,56% (окись кальция); SОз - 46,51% (серный ангидрит); Н2О - 20,93%, а ангидрид состоит из СаО - 41,2% и SОз - 58,8%. Плотность дигидрата сульфата кальция составляет 2,2-2,4 г/см3. Растворимость дигидрата сульфата кальция в воде составляет 2,05 г/л, а ангидрита 1 г/л. Чистый гипс белого или прозрачного цвета. В гипсе, кроме кристаллической воды, на поверхности и в порах гипсового камня

бывает гигроскопическая влага [5-9]. Кристаллическая решетка у гипса слоистая и относится к моноклинной сингонии [10]. Две группы SO42- образуют с ионами Са2+ два слоя связи, между которыми располагаются молекулы воды. На рисунке 1.1 представлена структура дигидрата сульфата кальция.

Рисунок 1.1 - Структура дигидрата сульфата кальция

Кристаллическая решетка дигидрата сульфата кальция состоит из четырех или из восьми молекул. В структуре ионы кальция и группы SO4 расположены слоями и молекулами воды, которые занимают определенное положение в кристаллической решетке дигидрата сульфата кальция. Удаление небольшого количества воды может привести к изменению структуры кристаллической решетки. Положение молекул воды между слоями ионов Са2+ способствует тому, что они легко полностью или частично выделяться из кристаллов дигидрата сульфата кальция. Межатомное расстояние между молекулами воды и ионами Са2+ составляет 0,306 - 0,375 нм, поэтому связь между ними слабая и они легко могут ее разорвать.

Большое значение для практических целей имеют условия протекания процесса гидратации. Изучением таких процессов и условий их протекания, а также изучением теории твердения гипсовых вяжущих, занимались многие ученые, среди них А. А. Байков, А. Ле Шателье, Д. С. Белянкин, Д. Суттард, П. П. Будников, П. А. Ребиндер, К. Келли, К. Андерсон и др.

Д. С. Белянкин и Л. Г. Берг на основании своих исследований, а также данных Д. Суттарда и К. Андерсона, пришли к выводу, что существуют следующие

модификации гипсовых вяжущих:

-дигцдрат сульфата кальция (гипс) Са^О^Н^О:

- а-полущдрат сульфата кальция а-Са804-0,5Н;0;

- -полугидрат сульфата кальция р-СаЯОд-О.ЗЕЬО:

- а-о без воженный полугцдрат СаЭСц:

- р-обезвоженный полугидрат CaS04:

- а-растворимый ангидрит CaS04:

- р-растворимый ангидрит Са$04:

-нерастворимый ангидрит (обычно называемый ангидритом) CaS04.

На рисунке 1.2 представлена структура кристаллической решетки дигидрата сульфата кальция (а) и ангидрита (б) в сравнении.

Рисунок 1.2 - Кристаллическая решетка дигидрата сульфата кальция (а) и

ангидрита (б)

По химическому составу дигидрат сульфата кальция содержит: СаО - 32,56%, 803 - 46,51 %, Н20 - 20,93%.

Истинная плотность его колеблется в пределах от 2,2 до 2,4 г/см3.

При взаимодействии гипсового вяжущего с водой протекает химическая реакция гидратации полугидрата сульфата кальция с образованием дигидрата сульфата кальция по схеме:

Са804-0,5Н20 + 1,5 Н2О ^ CaSO4•2H2O (1.1)

Гидратация полугидрата сульфата кальция сопровождается экзотермическим эффектом, т. е. выделяется количество тепла, которое составляет 133 кДж на 1 кг полугидрата сульфата кальция. Температура гипса в - модификации, и ее изменение в процессе гидратации и структурообразования, зависит от химического состава, от тонкости помола, от обжига гипсового сырья, от теплоемкости гипсового раствора и условий теплоотдачи в окружающее пространство. Изменение увеличивающейся температуры колеблется в небольших пределах и увеличение составляет от 40 до 50 °С, без использования заполнителя - кварцевого песка. Основу процесса гидратации для гипсовых вяжущих, составляет процесс взаимодействия полугидрата сульфата кальция с водой и образование при этом пересыщенных растворов. Это означает, что растворимость в воде полугидрата сульфата кальция при температуре 20 °С составляет 6,3 - 7,4 г/л. Что касается растворимости продукта реакции гидратации - дигидрата сульфата кальция то она достаточно низка (2,05 г/л). Данные пересыщенные растворы неустойчивы и стремятся перейти в более устойчивое состояние, таким образом, из раствора выкристаллизовывается более устойчивый в этих условиях дигидрат сульфата кальция в виде мелких кристаллов. Процесс растворения полугидрата сульфата кальция в гипсовом растворе происходит очень быстро: в результате процесса взаимодействия полугидрата сульфата кальция и водной дисперсии возникают новые образования, которые менее растворимы, чем полугидрат сульфата кальция. Данный раствор является пересыщенным по отношению к новым образованиям, что впоследствии способствует их кристаллизации. В дальнейшем в растворе уже содержится меньшая концентрация сернокислого кальция-это дает возможность раствориться новой порции полугидрата сульфата кальция до образования насыщенного и пе-

ресыщенного раствора, из которого снова будут выделяться кристаллы дигидрата сульфата кальция в тонкодисперсном состоянии. Процессы растворения гипсовых вяжущих и кристаллизации дигидрата сульфата кальция из пересыщенного по отношению к нему раствора взаимосвязаны и протекают одновременно до полного превращения полугидрата сульфата кальция в дигидрат сульфата кальция. По времени этот процесс занимает около 30-40 минут, при этом образующиеся кристаллы дигидрата сульфата кальция могут переплетаться друг с другом, срастаться, создавая кристаллизационный каркас, который в начальный момент времени не отличается особой прочностью. В дальнейшем, по мере превращения в дигид-рат сульфата кальция все большего количества полугидрата сульфата кальция вещества, прочность кристаллического каркаса изделия возрастает.

В промышленных условиях твердение гипсовых изделий обычно ускоряют путем сушки, так как для полного высушивания образцов твердение гипса заканчивается и прочность больше не возрастает, чтобы не возникло обратного процесса - дегидратации температура сушки не должна превышать 60-80 °С.

Реакции дегидратации гипса с образованием различных модификаций (при условной температуре 25 °С) протекают с поглощением теплоты (1.2) - (1.4):

Са304-2Н20 = Са£04 0,5Н:0(а) + 1,5Н30

(1.2)

(вода) -17,2 или (пар) 83,17 кДж/моль: 573 Дж/г полугцдрата:

Са$0А-1Н20 = Са804-0,5Н:0(£) + К5Н.0

(1.3)

(вода) -19.3 илн (пар) 85,27 кДж/моль; 588 Дж/г полугцдрата:

Са304"2Нп0=Са304 (нерастворииыи ангидрит) + 2Н;>0 (1.4)

(вода) — 16,9 или (пар) 105 кДж/моль; 771 Дж/г ангидрита.

Для гипсовых вяжущих веществ, при затворении водой характерно образование пластичной массы, которая и превращается в камневидное тело [11,12].

Данное превращение осуществляется не сразу, а спустя несколько этапов. Для полугидрата сульфата кальция первый период после затворения водой характеризуется текучестью массы, затем подвижная пластичная масса уплотняется и густеет, что свидетельствует о начале процесса схватывания. Конец схватывания характеризуется следующим: гипсовая масса все больше уплотняется, окончательно теряет пластичность и постепенно превращается в камневидное тело, не имеющее сначала заметной прочности.

С химической точки зрения твердение полугидрата сульфата кальция можно представить реакцией гидратации (1.5):

СаБ04 0,5Н20 + 1,5Н20= СаБ04 -2^0 + О (1.5)

Многих ученых привлекал к себе процесс твердения гипсовых вяжущих. Так, например, М. М. Сычев считал [13], что для процесса твердения необходимо увеличить концентрацию твердой фазы, при этом тесном межчастичном контакте возможным становится проявление сил различной природы, приводящих к образованию структуры твердения.

Некоторые ученые, например, А.Ф. Полак [14] рассматривали процесс твердения вяжущих веществ как два процесса: образование гидратов и возникновение структуры.

По фактору твердения выдвигались следующие три теории:

1. кристаллизационная теория (А. Ле - Шателье [15]),

2. топохимическая (Байков А.А. [16]),

3. коллоидная (Михаелис, Вольский, Оствальд [17]).

По кристаллизационной теории - теории А. Ле - Шателье развитие кристаллической структуры затвердевшего гипсового камня протекает в два этапа. В течение первого этапа сформировывается кристаллизационный каркас, характеризующийся наличием контактов взаимосрастания между кристаллами новообразований. В течение второго этапа происходит обрастание сформированного кристаллизационного каркаса, т.е. рост составляющих его кристаллов. В результате

срастания кристаллов увеличивается прочность, но при некоторых условиях это может сказаться на появлении внутренних напряжений, вызывающих понижение прочности. Конечная прочность обусловливается возникновением кристаллов новообразований достаточной величины при минимальных напряжениях, сопровождающих формирование и развитие кристаллизационной структуры.

По А. Ле Шателье, полугидрат сульфата кальция при взаимодействии с водой растворяется в ней до образования насыщенного им раствора. Растворимость полугидрата сульфата кальция составляет около 7 г на 1 л воды, считая на CaSO4. Полугидрат сульфата кальция в растворе вследствие гидратации переходит в ди-гидрат сульфата кальция, растворимость которого составляет 2 г CaSO4 на 1 л воды. Образуется насыщенный раствор, по отношению к полугидрату сульфата кальция, и пересыщенный по отношению к образующемуся дигидрату сульфата кальция, который будет выделяться из раствора в виде кристаллов. При этом предоставляется возможность раствориться в нем новой порции полугидрата сульфата кальция до образования насыщенного раствора, из которого будут выделяться кристаллы дигидрата сульфата кальция. Этот процесс продолжается до полной гидратации и кристаллизации всего полугидрата сульфата кальция.

По другой теории - теории А.А. Байкова [18] в процессе твердения полугидрата сульфата кальция, кроме процессов растворения и кристаллизации, имеет место процесс коллоидации. Если гипсовый раствор становится насыщенным по отношению к полугидрату сульфата кальция, действие воды на полугидрат сульфата кальция вследствие сходного их химического состава продолжается на поверхности. Образующийся при этом дигидрат сульфата кальция не может переходить в раствор, так как он является по отношению к нему пересыщенным. Поэтому будет выделяться в коллоидально-дисперсном состоянии, которое способствует формированию пластичности затворенного водой гипсового вяжущего вещества. Дигидрат сульфата кальция, образующийся в коллоидальном состоянии, через некоторое время формирует кристаллическую структуру, а потеря пластичности вызывается образованием большого числа кристаллов и трением, возникающим при их соприкосновении.

Процесс гидратации полугидрата сульфата кальция можно, по А.А. Байко-ву, разделить на три периода:

- первый - растворение и образование насыщенного раствора, процесс сопровождается небольшим повышением температуры, так как данная химическая реакция сопровождается выделением тепла с одной стороны, а с другой - эффект компенсируется количеством теплоты, затраченной на растворение;

- второй этап - образование коллоидальной массы (геля), характеризуется тем, что в результате реакции полугидрата сульфата кальция с водой продукты их взаимодействия не могут растворяться в окружающей жидкой среде, а выделяются в коллоидальном состоянии, минуя растворение. Этот процесс сопровождается быстрым повышением температуры (из-за отсутствия процесса растворения) и интенсивностью реакции (чего скорость реакции увеличивается). Затворенная водой гипсовая масса теряет свою пластичность, но не приобретает механической прочности, так как между частицами еще нет сцепления.

- третий - кристаллизация с превращением геля в кристаллический сросток, характеризуется превращением коллоидных новообразований в кристаллическое состояние. Данный период наибольший по продолжительности, сопровождается небольшим выделением тепла, нарастает механическая прочность изделия.

До образования насыщенного раствора на поверхности дигидрата сульфата кальция начинают появляться коллоидальные массы, а превращение этих масс в кристаллическое состояние начинается раньше окончания процесса коллоидации по всему объему затворенного водой вещества.

Указанные периоды не следуют друг за другом в строгой последовательности, а могут частично налагаться друг на друга.

Во всех рассмотренных теориях представлены общие закономерности: после затворения гипсовых вяжущих веществ водой образуются кристаллогидраты в виде мельчайших частиц, обладающих свойствами коллоидов и находящихся в равновесии с окружающей средой. Рост кристаллогидратов отличается особенностью роста их зародышей, возникающих путем выпадения из раствора в начальный момент процесса гидратации гипсовых вяжущих веществ. Рост количества

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лаптева Светлана Николаевна, 2018 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Белов, В.В. Современные эффективные гипсовые вяжущие, материалы и изделия: научно-справочное издание / В.В. Белов, А.Ф. Бурьянов, В.Б. Петропавловская. - Тверь, 2007. - 132 с.

2. Ферронская, А.В. Гипс: эколого-экономические аспекты его применения в строительстве / А.В. Ферронская // Строительные материалы. - 1999. № 4. - С. 13-15.

3. Волженский, А.В. Минеральные вяжущие вещества /А.В. Волженский. - М.: Стройиздат, 1986. - 464 с.

4. Вихтер, Я.И. Производство гипсовых вяжущих веществ / Я.И. Вихтер. - М.: Высшая школа, 1970. - 280 с.

5. Попов, Л.Н. Лабораторные работы по дисциплине «Строительные материалы и изделия» / Л.Н. Попов, Н.Л. Попов. - М: Москва, 2005.

6. Невский, В.А. Строительное материаловедение / В.А. Невский. - Феникс. -Ростов на Дону, 2007. - 571 с.

7. Ферронская, А. В. Гипсовые материалы и изделия (производство и применение) / А.В. Ферронская // Справочник. - Издательство АСВ, 2004. - 488 с.

8. Книгина, Г.И. Лабораторные работы по технологии строительной керамики и искусственных пористых заполнителей /Г.И. Книгина, Э.Н. Вершинина, Л.Н. Тацки - М.: Высшая школа, 1977. - 208 с.

9. Белов, В. В. Лабораторные определения свойств строительных материалов /В.В. Белов, В.Б. Петропавловская, Ю.А. Шлапаков. - М.: АСВ, 2004. - 176 с.

10.Белянкин, Д.С. Гипс и продукты его обезвоживания / Д.С. Белянкин, Л.Г. Берг // Избранные труды. - М., 1956. - С. 32-330.

11. Полак, А.Ф. Твердение минеральных вяжущих веществ / А.Ф. Полак. - М.: Госстройиздат. - 1966. - 208 с.

12. Полак, А.Ф. О механизме растворения вяжущих веществ / А.Ф. Полак, В.М. Мендельсон // Коллоидный журнал. - 1963. - Т. 25. - № 4. - С. 459 - 465.

13. Сычев, М.М. Твердение вяжущих веществ / М.М. Сычев. - М.: Стройиздат, 1974. - 80 с.

14.Полак, А.Ф. Твердение минеральных вяжущих веществ / А.Ф. Полак, В.В. Бабков, Е.П. Андреева. - Уфа, 1990. - С.215.

15.ЬеСЬа1еШег,Н. // Frans. Faraday Soc. -1919. -Vol. 14, №. 8.

16.Байков, А.А. Теория твердения цементных растворов / А.А. Байков // Строительные материалы. - Гостехиздат, 1948. - С.7-22.

17. Michaelis, W. // Chem. Leitung. - 1893. - V. 3. - P. 982.

18.Байков, A. A. Труды в области вяжущих веществ и огнеупорных материалов / А.А. Байков // Сборник трудов. - М.: Изд-во АН СССР, 1948. - 272 с.

19.Ребиндер, П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика / П.А. Ребиндер // Избранные труды. М.: Наука, 1970. -384 с.

20. Ребиндер, П.А. Физико-химическая механика / П.А. Ребиндер. - М.: Знание, 1958. - С. 64.

21. Сегалова, Е.Е. Новое в химии и технологии цемента / Е.Е. Сегалова, П.А. Ребиндер. - М.: Госстройиздат, 1962. - С. 56 - 58.

22. Сегалова, Е.Е. Физико-химическая механика природных дисперсных систем /Е.Е. Сегалова, П.А. Ребиндер. // Строительные материалы. - 1960. - № 1. - С. 28-31.

23. Андреева, Е.П. Роль коллоидно-химических процессов при гидратационном твердении вяжущих. Успехи коллоидной химии и физико-химической механики / Е.П. Андреева, А.Ф. Полак. - М.: Наука, 1992. - 231 с.

24. Амелина, Е.А. Особенности процессов твердения кристаллизационного структурообразования в суспензиях полуводного гипса / Е.А. Амелина, Е.Е. Сегалова, П.А. Ребиндер. - ДАН СССР, 1962. - Т. 142. - С. 884 - 886.

25. Волженский, А.В. Минеральные вяжущие вещества /А.В. Волженский, Ю.С. Буров, В.С. Колокольников. - М.: Стройиздат, 1973. - С. 251.

26. Полак, А.Ф. О механизме структурообразования при твердении вяжущих / А.Ф. Полак // Коллоидный журнал. - 1962. - Т. 24. - № 2. - С. 206 - 214.

27. Полак, А.Ф. Твердение минеральных вяжущих веществ / А.Ф. Полак. - М.: Госстройиздат, 1966. - 208 с.

28. Полак, А.Ф. О механизме растворения вяжущих веществ /А.Ф. Полак, В.М. Мендельсон // Коллоидный журнал. - 1963. - Т. 25 - № 4. - С. 459 - 465.

29. Сычев, М.М. Современные представления о механизме гидратации цемента / М.М. Сычев // Обзор информация. - М.: ВНИИЭСМ, 1984. - 51 с.

30. Сычев, М.М. Исследование элементарных актов гидратации цементов /М.М. Сычев, Е.Н. Казанская // Журнал прикладной химии. - 1982. - Т. 55. - № 4. - С. 736 - 748.

31. Сычев, М.М. Химия отвердевания и формирования прочностных свойств цементного камня / М.М. Сычев // Журнал Цемент. - 1978. - № 2. - С. 6.

32. Сычев, М.М. Электронные явления при твердении цементных систем /М.М. Сычев, Л.Б. Сватовская, М.Б. Орлеанская // Журнал Цемент. -1980. - № 7. - С. 6.

33. Бутт, Ю.М. Химическая технология вяжущих материалов / Ю.М. Бутт, М.М. Сычев, В.В. Тимашев. - М.: Высшая школа, 1980. - 471 с.

34. Сычев, М.М. Твердение вяжущих веществ / М.М. Сычев. - М.: Стройиздат. -1974. - 80 с.

35. Сычев, М.М. Методы разработки новых вяжущих систем /М.М. Сычев // Журнал прикладной химии. 1976. - Т. 49. - № 10. - С. 2121 - 2132.

36. Сычев, М.М. Самоорганизация в твердеющих цементных пастах / М.М. Сычев, М. С. Гаркави // Журнал Цемент. - 1991. - № 9. - С. 66-67.

37.Горленко, Н.П. Системная, структурная и информационная организация водо-содержащих дисперсий /Н.П. Горленко, Ю.С. Саркисов // Материалы III межд. конференции. - Киев, 2004. - С. 22-28.

38. Классен, В.И. Омагничивание водных систем / В.И. Классен. - М.: Химия. -1973. - 239 с.

39. Гапочка, Л.Д. Воздействие электромагнитного излучения КВЧ - и СВЧ - диапазонов на жидкую воду /Л.Д. Гапочка, М.Д. Гапочка, А.Ф. Королев // Вестник МГУ. Серия Физическая. Астрономия. - 1994. - Т. 35. - № 4. - С. 71 - 76.

40. Персидская, А.Ю. О влиянии импульсного магнитного поля на механические

свойства полимерных волокон / А.Ю. Персидская, И.Р. Кузеев, В.А. Антипина // Журнал химической физики. - 2002. - № 2. - С. 90.

41. Железцов, А.В. Магнитные явления в растворах / А.В. Железцов // Электронная обработка материалов. - 1976. - № 4. - С. 25 - 31.

42. Киргинцев, А.Н. К вопросу о влиянии магнитного поля на физико-химические свойства растворов / А.Н. Киргинцев, В.М. Соколов, В.И. Ханаев // Журнал химической физики. - 1968. - Т. 48. - С. 301-303.

43. Миненко, В.И. О физико-химических основах магнитной обработки воды /В.И. Миненко, В.И. Петров // Теплоэнергетика. - 1962. - Т. 9. - С. 63.

44. Duskin, S.S. Pouziti aktivovanych roztoku cinidel pri uprave vody / S.S. Duskin, J.P. Belicenko// Vod. hosp. - 1988. - Vol. 38 - № 6. Р. 141 - 145.

45. Новиков, К.Г. Интенсификация процесса диализа с помощью магнитной активации раствора / К.Г. Новиков, В.Г. Зерницкий, О.Б. Киселев. // Тезисы докладов 4-й Всесоюзной конференции «Процессы разделения веществ и их применение в народном хозяйстве». - Батуми. Черкассы, 1988. - С. 363.

46. Душкин, С.С. Влияние окисления раствора коагулянта, подвергнутого магнитоэлектрической активации, на процесс осветления воды / С.С. Душкин, В.А. Сырова, В.И. Беляев // Известия вузов. Строительство и архитектура. - 1989. -№1. - С. 88 - 91.

47. Душкин, С.С. Магнитно-электрическая активация раствора коагулянта при очистке технической воды / С.С. Душкин, Е.Б. Донченко, Ю.П. Беличенко // Химическая промышленность. - 1989. - № 10. - С. 759 - 761.

48.Наберухин, Ю.И. Структурные модели жидкостей / Ю.И. Наберухин. - Новосибирск: Изд-во Новосибирск. гос. ун-та. - 1981. - 84 с.

49. Зацепина, Г.Н. Свойства и структура воды / Г.Н. Зацепина. - М: МГУ. - 1974. -167 с.

50. Зацепина, Г.Н. Физические свойства и структура воды. / Г.Н. Зацепина. - М: МГУ. - 1987. - 192 с.

51. Эйзенберг, Д. Структура и свойства воды / Д. Эйзенберг, В. Кауцман В. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1975. - 324 с.

52. Маленков, Г.Г. Вода: свойства и структура / Г.Г. Маленков, Т.Н. Лакомкин. -М.: Информационный издательский центр Роспатента. - 2006. - 62 с.

53. Бучаченко, А.Л. Химия на рубеже веков. Свершения и прогнозы / А.Л. Буча-ченко // Журнал Успехи химии. - 1999. - Т. 68. - № 2. - С. 99 - 118.

54. Киселев, В.Ф. Структурные изменения в воде после воздействия слабых переменных магнитных полей / В.Ф. Киселев, А.М. Салецкий, Л.П. Семихина // Вести Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. - 1990. -Т. 3. - № 2. - С. 53-58.

55. Горленко, Н.П. Низкоэнергетическая активация гомогенных и гетерогенных сред / Н.П. Горленко // Известия ВУЗов. Вестник ТГАСУ. - 2002. - № 1. - С. 12 - 21.

56.Жданов, Г.С. Физика твёрдого тела /Г С. Жданов. - М.: Изд-во МГУ. - 1962. -500 с.

57.Блохин, М.А. Физика рентгеновских лучей / М.А. Блохин. - 2 изд. - М., 1957. -518 с.

58.Блохин, М.А. Методы рентгеноспектральных исследований /М.А. Блохин. -М., 1959. - 508 с.

59.Адамсон, А. Физическая химия поверхностей / А. Адамсон. - М.: Мир. - 1979. - 568 с.

60.Ребиндер, П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах / П.А. Ре-биндер // Коллоидная химия. Избранные труды. - М.: Наука. - 1978. - 368 с.

61.Ахметов, Н.С. Неорганическая химия / Н.С. Ахметов. - Москва, 1992. - 207 с.

62.Кингстон, Г.М. Пробоподготовка в микроволновых печах: Теория и практика / Под редакцией Г.М. Кингстона, Л.Б. Джесси. - М.: Мир. - 1991. - 336 с.

63. Архангельский, Ю.С. Сверхвысокочастотные нагревательные установки для интенсификации технологических процессов / Ю.С. Архангельский, И.И. Девяткин. - Саратов: Саратовский государственный университет. - 1983. - 140 с.

64.Чмиленко, Ф.А. Интенсификация пробоподготовки при определении элементов - примесей в пищевых продуктах / Ф.А. Чмиленко, А.Н. Бакланов // Журнал аналитической химии. - 1999. - Т. 54. - №1. - С. 6-16.

65.Бердоносов, С.С. Микроволновое излучение в химической практике / С.С. Бердоносов, Д.Т. Бердоносова, И.В. Знаменская // Хим. технология. -2000. -№3. - С. 2-8.

66.Бердоносов, С.С. Отжиг дефектов в неорганических кристаллогидратах при их облучении МВ-полем / С.С. Бердоносов, М.А. Прокофьев, В.Я. Лебедев // Неорганические материалы. - 1997. - Т. 33. - №10. - С. 1257-1262.

67. Душкин, С.С. Магнитная водоподготовка на химических предприятиях / С.С. Душкин, В.Н. Евстратов. - М.: Химия. - 1986. - 144 с.

68.Миненко, В.И. Магнитная обработка воды / В.И. Миненко, С.М. Петров, М.Н. Миц. - Харьковский инженерно-экономический институт. - Харьков, 1962. - 40 с.

69.Непримеров, Н.Н. К вопросу о механизме действия магнитных полей на водную систему / Н.Н. Непримеров, У Ш. Ахмеров, А.Л. Бильдюкевич // Тезисы докладов и сообщений Всесоюзного научного семинара по проблеме «Магнитная обработка воды в процессах обогащения полезных ископаемых». - М., 1966.

70.Иванова, Г.М. Изменение структуры воды и водных растворов под действием магнитного поля / Г.М. Иванова, Ю.М. Махнев // Тезисы докладов ко второму Всесоюзному семинару «Вопросы теории и практики магнитной обработки воды». - М.,1969.

71.Кисловский, Л.В. Метастабильные структуры в водных растворах / Л.В. Кисловский // Тезисы докладов ко второму Всесоюзному семинару «Вопросы теории и практики магнитной обработки воды». - М.,1969.

72.Прилуцкий, В.И. Электрохимически активированная вода: аномальные свойства, механизм биологического действия / В.И. Прилуцкий, В.М. Бахир. - М.: ВНИИИМТ АО НПО «Экран». - 1997. - 228 с.

73.Миненко, В.И. Электромагнитная обработка воды в теплоэнергетике / В.И. Миненко. - Харьков: ХГУ. - 1981. - 96 с.

74.Разработка теории и исследование возможностей создания технических устройств излучения электромагнитных волн на основе сред с заряженными кластерами. Отчет по НИР № гос. рег. 01.960.009493. - Челябинск. - ЧГТУ.

75.Бахир, В.М. Современные технические электрохимические системы для обеззараживания, очистки и активирования воды / В. М. Бахир. - М.: ВНИИИМТ. - 1999. - 84 с.

76.Ввозная, Н.Ф. Химия воды и микробиология / Н.Ф. Ввозная. - Учеб. пособие для вузов. - М.: Высшая Школа. - 1979. - 340 с.

77. А. С. 1577798 СССР. МКИ 4А 61 1/00 / А.А. Бритова, Р.А. Долгих, Л.Я. Зазу-левская. Опубл. 05.07.88.

78.Голгер, Ю.Я. К термодинамической теории влияния структурных изменений жидкости на смачивание и флотационное прилипание /Ю.Я. Голгер, В.И. Классен // Тезисы докладов ко второму Всесоюзному семинару «Вопросы теории и практики магнитной обработки воды». - М.,1969.

79.Миненко, В.И. Электромагнитная обработка воды в теплоэнергетике / В. И. Миненко. - Харьков: ХГУ. - 1981. - 96 с.

80.Миненко, В.И. Магнитная обработка воды / В.И. Миненко, С.М. Петров, М.Н. Минц. - Харьков: Изд. Харьков. - 1962. - 125 с.

81.John, M. History of Microware Heating Applications / M. John, A. Osepchuk // IEEE Transcription Microware Theory and Techniques. - 1984. - Vol. MTT-32. -№ 9. - P. 1200-1223.

82.Гольдштейн, Л.Д. Электромагнитные поля и волны / Л.Д. Гольдштейн, Н.В. Зернов. - М.: Изд-во «Советское радио». - 1971. - 664 с.

83.Татур, Т.А. Основы теории электромагнитного поля / Т.А. Татур // Справочное пособие для электротехнических специальностей вузов. - М.: Высшая школа. - 1989. - 271с.

84.Рудаков, В.И. Применение СВЧ - технологий в энергоемких производственных процессах /В.И. Рудаков // Труды «МКТТА-95». - Украина, 1995.

85. Архангельский, Ю.С. Сверхвысокочастотные нагревательные установки для интенсификации технологических процессов /Ю.С. Архангельский, И.И. Девяткин. - Саратов: Изд-во Саратовского университета. - 1983.

86.Морозов, Г.А. Микроволновые технологии в промышленности и сельском хозяйстве: современные достижения и новые подходы / Г.А. Морозов. - М.: Антенны. - 1998. - Выпуск 1(40). - С. 88-97.

87.Потапова, О.В. Микроволновая технология сушки керамических изделий для пищевых продуктов / О.В. Потапова, М.М. Бадретдинов // Труды МНПК «Пищевая промышленность 2000». - Казань, 1996.

88.Колпаков, Н.Д. Практика использования СВЧ - энергии для переработки промышленных и сельскохозяйственных продуктов /Н.Д. Колпаков, В.Т. Глянь-ко, С.В. Лусганова // Труды «МКТТА-95». - Украина, 1995.

89.Бородин, И.Ф. Электрофизическая интенсификация сушки и обработки агросы-рья / И.Ф. Бородин // Труды международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии». - М.: МГАУ. - 2002. - Т. 1. - С.61-67.

90.Диденко, А.Н. СВЧ - энергетика /А.Н. Диденко, Б.В. Зверев. - М.: Наука. -2000.

91.Брандт, Э.А. СВЧ - сушильная установка с бегущей волной / Э.А. Брандт, Б.М. Лебедь // Материалы докладов Всероссийской НТК «МВТ-95». - Казань, 1996. - С. 42 - 43.

92.Явчуновский, В.Я. Микроволновая и комбинированная сушка / В.Я. Явчунов-ский // Физические основы технологии и оборудования. - Саратов: Издательство Саратовского университета. - 1992.

93. Архангельский, Ю.С. СВЧ - электротермия / Ю.С. Архангельский. - Саратовский государственный университет. - Саратов, 1998.

94.Девятков, Н.Д. Нетепловые эффекты миллиметрового излучения / Н. Д. Де-вятков. - М.: Ротапринт ИРЭ. - 1981.

95.Петрасик, Л.А. Прикладные задачи оптимизации электромагнитных и тепловых полей в объемных интегральных схемах СВЧ и КВЧ с применением

нейросетей / Л.А. Петрасик // Международная НК «Моделирование, вычисление, проектирование в условиях неопределенности - 2000». Доклады, часть III «Уравнения математической физики». - У.: УАТУ. - 1999.

96.Морозов, Г.А. Задачи методологии планирования стратегий развития микроволновых технологий / Г.А. Морозов // Труды 1 - МНК «Модели механики сплошной среды, вычислительные технологии и автоматизированное проектирование в авиа- и машиностроении». - К.: КГТУ. - 1997. - Т. 1. - С. 207 -212.

97.Petrasik, L. Iteration methods forsolving control problemsinnon-linear electrother-malsystem swithdistributed parameters / L. Petrasik // Electrodynamics and Technique of Microwave and EHF. - 1999. - Vol. 7. - №1. - Р.103-110.

98.Ильинский, Ю.А. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом /Ю.А. Ильинский, М.В. Келдыш. - М. - 1989.

99.Пюшнер, Г. Нагрев энергией сверхвысоких частот / Г. Пюшнер. - М.: Энергия. - 1968.

100. Jangue'sThuery. MicrowareIndustrial. ScientifîcandMedical Applications Edited by Edward M. Grant. Larstin Atreda House. - Boston. London. - 1992.

101. Ушеров-Маршак, А.В. Кинетика тепловыделения при гидратации полуводного гипса /А.В. Ушеров-Маршак, А.М. Урженко // Строительные материалы. - 1979. - № 10. - С. 27-28.

102. Кубракова, И.В. Микроволновое излучение / И.В. Кубракова // Успехи химии. - 2002. - 71. - С. 329.

103. Гусев, А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А. И. Гусев. -М.: ФИЗМАТЛИТ. - 2005. - 416 с.

104. Лаптева, С.Н. СВЧ - обработка поверхностно-модифицированного кварцевого песка и ее влияние на твердение и прочность гипсопесчаных композиций / С.Н. Лаптева, В И. Павленко, Ю.П. Гладких // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2016. - № 12. - С. 152-154.

105. Равшанов, З.А. Физико-химические основы формирования структуры гипсовых вяжущих материалов / З.А. Равшанов, С.С. Ваккосов, Н.Х. Талипов // Молодой ученый. - 2016. - № 7. - С. 15-19.

106. Устинова, Ю.В. Изучение кристаллизации двуводного гипса в присутствии полимерных добавок / Ю.В. Устинова, С.П. Сивков, В.М. Алексашин // Вестник МГСУ. - 2012. - № 7. - С. 130 - 135.

107. Устинова, Ю.В. Влияние различных добавок на морфологию кристаллов двуводного гипса /Ю В. Устинова, С.П. Сивков, О.П. Баринова, А.Ю. Санжа-ровский // Вестник МГСУ. - 2012. - № 4. - С. 140-144.

108. Гладких, Ю.П. О конденсационной природе твердения неорганических вяжущих /Ю.П. Гладких, В.И. Завражина // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. -2005. - № 10. - С. 59-61.

109. Гладких, Ю.П. О гидроксилировании поверхности сульфатов кальция в водных средах и процессах их твердения / Ю.П. Гладких, В. И. Завражина // Журнал прикладная книга. - 2010. - № 2. - С. 184-187.

110. Малыхин, Д.Г. Определение плотности дислокаций по рентгеновскому анализу микроискажений в поликристаллических материалах / Д.Г. Малыхин // Вестник ХТУ. Серия физическая. - 2010. - Вып. 1. - № 887. - С. 115-117.

111. Pedersen, Berit F., Semmingsen Dag. Neutron diffraction refinement of the structure of gypsum CaS04* 2H20 / Berit F. Pedersen // Acta crystallogr. -1982. - № 4.

- P. 1074-1077.

112. Маслов, А.Ф. СВЧ энергетика - путь к радикальному энергосбережению /А.Ф. Маслов, В.А. Маслов // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2003. - № 5.

- С. 173-175.

113. Гладких, Ю.П. Влияние модифицированного наполнителя на твердение и прочность гипсопесчаных композиций / Ю.П. Гладких, С.Н. Лаптева // 1-ая Международная научно-практическая конференция «Строительство: Тенденции и перспективы». - Курск. - 2014. - С.19-23.

Приложение А Акты внедрения

УТВЕРЖДАЮ: ООО «Эра - КапиталСтрой» /А.К./Сизгеева

к3'-" Ж

2017г.

« » -го^с^^

Акт

внедрения диссертационной работы Лаптевой Светланы Николаевны

на тему:

« Воздействие электромагнитного поля сверхвысоких частот на процессы гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих»

Настоящий акт составлен в том, что результаты диссертационной работы «Воздействие электромагнитного поля сверхвысоких частот на интенсификацию процессов гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих» внедрены в производство строительного предприятия

ООО «Эра - КапиталСтрой», в том числе:

- методика СВЧ - активации воды затворения для гипсовых и силикатных изделий на их основе;

-способы СВЧ - обработки кварцевого песка, используемого в качестве заполнителя для гипсово - кварцевых смесей.

Внедрение результатов диссертационной работы позволило:

- повысить прочностные показатели для гипсовых материалов и материалов на его основе в среднем в 2-3 раза;

- получить материалы с улучшенными физико-механическими свойствами;

- ускорить время обработки (сушки кварцевого заполнителя) в среднем в 3-5 раз;

- снизить энергоемкость процессов в среднем в 3 раза, о чем заключен

настоящий акт.

От ООО «ЭраКапиталСтрой» нач ,;рехщ1ягОтдела_

¡«ЭраКапиталСтрой» ^А.К.Сергеева

Рисунок А.1. - Акт внедрения в производство ООО «Эра - Капитал Строй»

«УТВЕРЖДАЮ»

Первый Проректор

Белгородского государственного гсх 11 о.| I о гцч ее кого у н и ве ре и тета

%Ж.» - 2017

им. В. Г. Шухова, дд.н., профессор " Д. Шаповалов

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы Лаптевой С. Н. в учебный процесс

Результаты экспериментальных исследований, полученных при выполнении диссертационной работы Лаптевой С. Н. на тему: «Воздействие электромагнитного поля сверхвысоких частот на процессы гидратации и структурообразования гипсовых вяжущих», используются в лекционном курсе «Физика», а так же по курсу «Физическая химия» для студентов специальностей 18.03.01 «Химическая технология» и 18.03.02 «Энерго - и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии».

Зав. кафедрой физики,

к.ф.-м.н., доцент

Л. В. Корнилов

Зам. заведующего кафедрой теоретической и прикладной химии, к.х.т., доцент

Л. В. Денисова

Рисунок А.2 - Акт внедрения в учебный процесс

Приложение Б

Лабораторная работа

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ТВЕРДЕНИЯ ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ НА АКТИВИРОВАННОЙ СВЧ - ИЗЛУЧЕНИЕМ ВОДЕ ЗАТВОРЕНИЯ

Цель работы: изучение особенностей взаимодействия СВЧ активированной воды затворения и кинетики твердения гипсовых вяжущих.

Приборы и оборудование:

1. Чаша сферической формы.

2. Весы с погрешностью взвешивания не более 1 г.

3. Химический мерный стакан (100 мл).

4. Линейка длиной 20см с ценой деления 1мм.

5. Секундомер.

6. Форма из коррозионностойкого материала для изготовления образцов-балочек размерами 20*20*100 мм с ввинченными электродами.

7. Ручная мешалка.

8. Дистиллированная вода.

9. СВЧ - печь частотой 2450 МГц и регулируемой мощностью.

10.Измеритель Я, Ь, С.

11. Прибор Михаэлиса.

12.Гипс строительный (Г-5).

13.Гидравлический прессе ПСУ-10.

Теоретические сведения

Гипсовые вяжущие получают путем термической обработки гипсового сырья до полугидрата сульфата кальция и применяют для изготовления строительных изделий всех видов, при производстве строительных работ, и других отраслях промышленности. Твердение гипсовых вяжущих связывают с возникновени-

ем кристаллической структуры гидратных новообразований, которые выделяются из раствора. Гипсовые вяжущие при затворении водой растворяется с образованием насыщенного по отношению к нему раствора. Реакция гидратации гипса записывается в виде следующего уравнения (1).

СаБ04 0,5Н20 + 1,5Н20 = СаБ04 2Н2О + 0 (1)

В насыщенном растворе образуется новое соединение - СаБ04 ■ 2Н2О, по отношению к которому гипсовый раствор становится пересыщенным, вследствие чего происходит кристаллизация этого соединения (растворимость полугидрата сульфата кальция в 3,5 раза выше растворимости дигидрата сульфата кальция). В результате выделения кристаллов СаБ04 2Н20 полугидрата сульфата кальция в растворе становится меньше - это дает возможность вновь растворяться в нем новым порциям полугидрата сульфата кальция до образования насыщенного, а затем пересыщенного раствора, из которого снова будут выделяться кристаллыСаБ04 2Н20. В результате появляется коллоидальной массы (гелеоб-разная), когда продукты реакции гипса с водой не растворяются, а образуют гель (скорость реакции возрастает и наблюдается схватывание системы). Растворение и коллоидация идут не в строгой последовательности: одни этапы могут накладываться на другие, так еще до образования насыщенного раствора на поверхности строительного гипса возникают коллоидальные массы, а превращение их в кристаллы начинается ранее окончания процесса коллоидации по всей массе затворенного водой гипсового материала. В течение этого этапа формируется каркас кристаллизационной структуры с возникновением контактов срастания между кристаллами. Период продолжается 20-40 мин и соответствует времени, в течение которого практически полностью заканчивается гидратация основной массы полугидрата сульфата кальция. Особенностью твердения гипса является то, что по мере накопления новообразований СаБ04 2Н20система их роста не только размещается в объёме мезернового пространства системы сложения, но и полностью занимает «исчезающий» в результате реакций гидратации объем исходного ком-

понента СаБ04 0,5Н20. В дальнейшем происходит обрастание ранее возникшего каркаса, рост имеющихся кристаллов. Конечная прочность системы характеризуется наличием кристаллов дигидрата сульфата кальция достаточной величины при минимальных напряжениях, сопровождающих формирование и развитие кристаллизационной структуры. Некоторый спад прочности может быть вызван процессами перекристаллизации. Рост прочности соотносится с ростом кристаллов и сращиванию их между собой, чему способствуют испарение воды и дополнительная кристаллизация дигидрата сульфата кальция, растворенного в ней. Гипс сохраняет прочность в воздушных условиях, так как увлажнение способствует растворению дигидрата сульфата кальция, ослаблению кристаллических контактов и, как следствие, потере прочности.

Задание

1. Активировать дистиллированную воду СВЧ - излучением на заданных преподавателем режимах вложенной энергии (0, 9-3,6 кДж/моль).

2. Использовать активированную воду в качестве жидкости затворения гипсовых вяжущих.

3. Исследовать процесс гидратации и твердения полугидрата сульфата кальция с помощью метода электросопротивления.

4. Определить показатели предела прочности гипсовых образцов - балочек.

Для выполнения работы каждая бригада работает с гипсовым вяжущим, затворенным водой, активированной определенной СВЧ- энергией, заданной преподавателем.

Методика выполнения

На первом этапе испытаний СВЧ - облучению подвергается проба в 30 мл дистиллированной воды, которая помещается в химический мерный стакан и, обрабатывается в зависимости от заданной энергии, в СВЧ - печи.

На следующем этапе исследований готовятся гипсовая масса. используя обработанную в СВЧ - поле дистиллированную воду.

Гипсовое вяжущее в течение 5-20 с засыпают в чашку с водой, взятой в количестве, соответствующем В / Г =0,6, и перемешивают в течение 1 минуты ручной мешалкой до получения однородного теста. Полученную однородную смесь немедленно разливали в формы 2*2*10 см из органического стекла. Все формы наполняются одновременно, для этого емкость с гипсовым раствором водят над формами, разливая тонкой струей. После наполнения форм поверхности образцов сглаживают. Для проведения эксперимента нижнюю часть ячейки герметично закрывают и ввинчивают в ее торцы электроды, которые изготовлены из тонкой листовой нержавеющей стали, затем заполняют ячейку раствором СаБ04-2Н20. Параллельно с экспериментальным исследуют контрольный образец (без обработки дистиллированной воды СВЧ - излучением).

Кинетика твердения гипсовой смеси изучается методом электросопротивления, измеряемого с помощью моста переменного тока Е7-11. С промежутком времени 1 мин регистрируются показания сопротивления. По данным находят изменение сопротивления со временем и строится график для контрольного образца и экспериментального. По данному методу выявляются все стадии твердения гипсового вяжущего. Заполнить таблицу Б 1.

Таблица Б 1. - Продолжительность стадий твердения для полугидрата

сульфата кальция

Стадия Время начала- Время начала-конца Продолжительность стадии тверде-

твердения конца стадии стадии (образцы с ния, мин

(образцы с необработанной Эксперименталь- Контрольный

СВЧ обрабо- СВЧ - полем во- ный образец образец

танной водой дой),

затворения), мин

мин

I

II

III

IV

Изменение физико-механических свойств затвердевших гипсовых образцов оцениваются согласно ГОСТ 310.4-81; 28498-90. Предел прочности образцов при изгибе определяется с помощью прибора Михаэлиса, предел прочности при сжатии на гидравлическом прессе ПСУ-10.

Образцы вынимают из форм спустя 1,5 часа от начала затворения, через 30 минут испытывались на предел прочности при изгибе.

Гипсовый образец помещается на опоры изгибающего устройства так, чтобы его горизонтальные грани находились в вертикальном положении. После установки образца верхний рычаг с помощью установочного винта прибора поднимается на такую высоту, чтобы в момент излома образца рычаг находился как можно ближе к положению равновесия. Затем ведерко нагружалось дробью из бункера прибора. Когда масса дроби с ведерком достигала максимального значения, действовала максимальная сила, способствующая разлому образца, в этот момент он ломается. Погрешность при данном измерении не должна по массе превышать 2 г. После этого ведерко с дробью, находящейся в нем в момент излома образца взвешивается. Предел прочности при изгибе ЯИЗГ вычислялся по формуле (2).

3Р1 2Ък:

Яизг = ^ГГ к (2)

где Р - вес дроби [Н],

I, Ъ, к - размеры образца[м],

к - расстояние между опорами.

Для образца размером 20x20x100 мм при расстоянии между опорами 50 мм и соотношении рычагов 1/50 расчетная формула будет иметь вид (3).

яизг = 11,7 р

(3)

Таблица Б 2. - Физико-механические испытания гипсовых образцов

Прочность при изгибе Оизг, МПа Прочность при сжатии Осж, МПа

Контрольный образец Исследуемый образец Контрольный образец Исследуемый образец

Полученные после испытания на изгиб в результате излома шесть половинок образцов подвергаются испытанию на сжатие. Каждая половина балки помещается между пластинками площадью по 25 см2 так, чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к продольным стенкам формы, находились на плоскостях пластинок, а упоры пластинок прилегали к торцовой гладкой стенке образца. Образец вместе с пластинками подвергается сжатию на прессе.

На основании данных заполняется таблица Б 2.

Оценить дисперсию средней величины измерений по формуле (4):

5

Е(х -<х >)2

£¡2 _ _г=1_

«" «(«-1) , (4)

где п - число измерений.

Для данной доверительной вероятности 0,95 проводится по 5 измерений, что является достаточным количеством для обработки результатов эксперимента.

Результат вычислений пределов прочности при сжатии и изгибе представить в виде:

х=<х>± (р,к^<х>, (5)

где

<х> - среднее значение величины, tp.fr коэффициент Стъюдента, зависящий от вероятности р и числа степеней свободы к=п-1,

Б<х->- среднеквадратичное отклонение измеряемой величины. Для 5 измерений коэффициент Стъюдента равен tp,k=2,8. На основании анализа полученных данных необходимо сделать вывод о влиянии СВЧ - излучения на кинетику процесса твердения гипсового вяжущего и сопоставить данные прочностных характеристик исследуемых и контрольных образцов.

Контрольные вопросы

1.Что такое гипсовые вяжущие вещества?

2. Каков механизм гидратации гипсового вяжущего?

3. Какой процесс активации был предложен в данной работе и как он отразился на механизме гидратации гипсовых вяжущих веществ?

4. Какова методика определения прочностных характеристик гипсовых образцов?

Приложение В Технологический регламент

УТВЕРЖДАЮ: ООО «Эра - КапиталСтрой»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РЕГЛАМЕНТ

ТРп 02364573. 001 -2017

Технология производства гипсовых вяжущих и силикатных материалов на их основе с применением СВЧ - активации

воды затворения

Дата введения: 23.05.2017

Согласовано:

Разработано:

От ООО «ЭраКапиталСтрой»

БГТУ им. В. Г. Шухова

д.т.н., профессор Павленко В. И.

аспирант Лаптева С. Н.

1. Сырьевые материалы

1.1 В качестве вяжущего рекомендуется использовать гипс марки Г-5. Согласно химическому составу и свойствам, представленным в таблице В.1.

Таблица В.1 - Химический состав и свойства гипса

Природный гипс СаО, % БОз, % ппп, % СаБО4 -2И2О Плотность насыпная, кг/м3

32,56 46,51 20,93 100 2200-2400

1.2 В качестве мелкого заполнителя рекомендуется применять песок кварцевый с модулем крупности МК = 2,0... 3,0 по ГОСТ 8736 - 93 и ГОСТ 26633 - 91 с учетом требований СниП 3.06.04.91.

1.3 Содержание пылевидных, илистых и глинистых частиц, определяемое методом мокрого просеивания, не должно превышать 2 % по массе. Наличие глины в комках и других засоряющих примесей не допускается.

1.4 Для обеспечения требований по морозостойкости и водонепроницаемости в гипсово-кварцевую смесь необходимо вводить комплексные химические добавки, включающие одновременно добавки пластифицирующего и воз-духововлекающего действия, например, добавка щелочных стоков производства капролактама на основе дикарбоновых кислот (ЩСПК).

1.5 Вода для приготовления гипсово-кварцевых смесей должна соответствовать ГОСТ 23732 - 79.

1.6 Сырьевые материалы, применяемые для приготовления бетонных смесей, должны соответствовать ГОСТ 30108-94 по удельной эффективной активности естественных радионуклидов.

1.7 Сырьевая база должна включать, %:

- Полуводный гипс - 26,1;

- Кварцевый песок - 52,2;

-Добавка щелочных стоков производства капролактама на основе дикарбо-новых кислот (ЩСПК) - 0,001 - 1;

- Вода - 20,7 .

2. Приготовление исходных материалов

2.1 При использовании комплексных составляющих смеси каждый компонент, как правило, приготовляется и дозируется отдельно.

2.2 Вода, используемая в качестве жидкости затворения, должна пройти СВЧ, для этого трубопровод подачи воды должен быть подключен к СВЧ - генератору, например, с помощью неизлучающих волноводов.

2.3 Исходные материалы: гипс, кварцевый песок, вода, химические добавки должны удовлетворять требованиям, изложенным в разделе 1.1-1.7 Сыпучие материалы для гипсово-кварцевой смеси дозируют по массе, жидкие составляющие - по массе или объёму.

2.4 Погрешность дозирования исходных материалов весовыми дозаторами циклического и непрерывного действия не должны превышать для гипса, воды, сухих химических добавок, рабочего раствора жидких химических добавок ± 1,5%, заполнителей ± 2%.

2.5 В емкость для приготовления раствора наливается 0,42-0,46 л воды, обработанной СВЧ - полем воды на 1 кг сухой смеси. Количество воды подбирается опытным путем до требуемой консистенции и в соответствии с технологическими требованиями (пункт 1.7).

2.6 Высушенный в естественных условиях кварцевый песок (модуль крупности 1,08) тщательно смешивается с раствором катионо-активного ЩСПК различной концентрации (0,001%, 0,01%, 0,1% и 1%). Полученная влажная масса подвергается СВЧ - обработке с частотой 2,45 ГГц до полного высушивания, количество поглощенной энергии СВЧ - излучения составляло 200-800 кДж/ кг.

2.7 Сухую смесь, состоящую их гипса и модифицированного заполнителя, тщательно перемешивают.

2.8 Сухую смесь высыпать в воду при интенсивном перемешивании до получения однородной массы, не содержащей комков. Перемешивание осуществлять с помощью миксера или дрели с насадкой для вязких веществ.

3. Формовка и распалубка

3.1 Стадия связана с формированием блоков и для нее используется вибростанок. Готовое сырье закладывается в специальные формы станка с небольшой горкой, после чего происходит кратковременное его включение, дающее усадку гипсово-кварцевой смеси.

3.2 Поверхность заготовки разравнивается и устанавливается прижим, на который осуществляется небольшое давление вместе с включением вибратора. Так блоки гипсово-кварцевые с пустотами внутри подвергаются вибрации в течение 5 секунд, а полнотелые 8 секунд.

4. Сушка изделий

4.1 После уплотнения блоков вибратором их необходимо сложить в пирамидальные штабеля с зазором друг от друга в 2 3 см для просушки. Обсушивание блоков лучше делать в специальных печах.

4.2 Сушку рекомендуется производить в СВЧ - печах с целью снижения энергоемкости и времени процесса.

5. Контроль качества готовых образцов и хранение сухих строительных

смесей

5.1 Отбор проб и методы испытаний образцов производят по ГОСТ 23789.

5.2 Обеспечение хранения и отгрузки потребителю с соблюдением герметичности транспортировки, без доступа загрязняющих примесей немаловажный фактор стабильных показателей свойств готовой продукции.

5.3 Строительные смеси (гипс + модифицированный кварцевый заполнитель) упаковываются в специализированную тару различным весом, и поставляются потребителю.

5.4 Срок хранения смеси в неповрежденной таре - 9 месяцев, с момента изготовления.

5.5 Дата изготовления указывается на таре и в паспорте качества.

5.6 Для качественных гипсово-кварцевых готовых композитов должны выполняться следующие физико-механические характеристики:

- прочность на сжатие - не менее 3 МПа;

- прочность на растяжение при изгибе - не менее 5 МПа;

- удельная эффективная активность естественных радионуклидов - не более 370 Бк/кг;

Приложение Г Патенты на изобретение

Рисунок Г.1 - Патент РФ № 2302592

Рисунок Г.2 - Патент РФ № 2570293