Запропоновано безопальну технологію виробництва облицювальної плитки на основі КВСС, кварцевого піску, пилу газоочищення виробництва металевого марганцю і мулітокремнеземистого волокна, що дозволяє одержувати матеріали при мінімальній кількості технологічних операцій.

Практичне значення отриманих результатів:

розроблено склад і технологію виготовлення облицювальної плитки на основі концентрованої в'язкої силікатної суспензії, пилу газоочищення виробництва металевого марганцю, кварцевого піску і мулітокремнеземистого волокна;

розширено сировинну базу і знижено собівартість виготовлення виробів.

проведено дослідно - промислове впровадження розробленої облицювальної плитки на підприємстві «Интервал» м. Дніпропетровська.

Особистий внесок здобувача полягає в:

теоретичному обгрунтуванні й експериментальному підтвердженні підвищення міцності і морозостійкості за рахунок уведення до складу КВСС і матеріалу на її основі пилу газоочищення виробництва металевого марганцю;

визначенні оптимальної кількості сполучного компонента в КВСС;

розробці нового оптимального складу КВСС, а також матеріалів на її основі і дослідженні їх основних фізико-механічних властивостей.

Апробація результатів роботи. Основні положення і результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на науково-технічних конференціях «Проблемы современного материаловедения» м. Дніпропетровськ, 1995-2001 р.р.; міжнародній науково-технічній конференції «Ресурсо- и энергосберегающие технологии в химической промышленности и производстве строительных материалов», республіка Білорусь, м. Мінськ, листопад 2000 р.; на розширених засіданнях кафедр будівельних матеріалів та технології бетонів і вяжучих і на наукових семінарах для викладачів, співробітників, аспірантів і студентів в ПДАБтаА, 1994-2001 р.р.

Публікації. Основні наукові положення дисертації опубліковані у 5 статтях; отримано рішення про видачу патенту за заявкою №2001021281 від 22.02.2001 р.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел, 2 додатків. Загальний обсяг становить 145 сторінок. Крім основного тексту, викладеного на 129 сторінках, дисертація містить 34 рисунки, 14 таблиць, список літературних джерел із 120 найменувань на 13 сторінках та 2 додатків на 3 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету роботи, наведено найбільш важливі положення, які лягли в основу даних наукових досліджень і практичних розробок, показано новизну роботи, визначено практичну цінність результатів.

В першому розділі дається огляд відомих розробок, описаних у роботах Півінського Ю.Е., Розенталя О.М., Єфремова І.Ф., Мітякіна П.А. та ін., досліджень по створенню технологічних рішень і регулюванню властивостей концентрованих в'язких силікатних суспензій, що випускаються традиційно.

На підставі аналізу літературних джерел встановлено, що:

Альтернативою оздоблювальним керамічним матеріалам можуть служити оздоблювальні матеріали на зв'язці з КВСС, тому що за своїми фізико-механічними властивостями і структурі вони займають проміжне положення між дрібнозернистим бетоном і керамікою. Від бетону ці матеріали відрізняє те, що вони мають меншу пористість, більш високу водостійкість, а також малу усадку внаслідок утворення під час теплової обробки силоксанових зв'язків. А від керамічних матеріалів відрізняються тим, що їхнє виробництво не пов'язане з випалом, а теплова обробка може проводитися при температурі від 773 до 823 К. Це дозволяє скоротити енерговитрати на теплову обробку;

Готування КВСС здійснюється помелом кварцевого піску або скла у кульовому млині до намелу необхідної кількості колоїдного компонента;

Теоретичними основами одержання матеріалів на основі КВСС є реологія і колоїдна хімія дисперсних систем;

Отримання у системі КВСС колоїдного компонента є функцією не тільки загальної дисперсності, але і часу;

Матеріали на основі КВСС повинні мати поліпшені (у порівнянні з відомими даними) характеристики: мінімальну пористість і усадку при сушінні, високу механічну міцність і достатню рівнощільність;

Недоліком матеріалів на основі КВСС є підвищена вимога до сировини: обмежене утримання домішок (чистота) і певний хімічний склад, зокрема, високий вміст SiO2 і обмежений CaО, MgО, Fe2O3, FeО, тому що наявність у великій кількості з'єднань кальцію і заліза призводить до коагуляції системи на стадії її готування.

Було встановлено, що при формуванні структури штучного каменю на основі КВСС утворюється недостатня кількість зв'язків типу SiOSi у контактних зонах часток різноманітного рівня. Тому не було досягнуто достатньої міцності матеріалів на основі КВСС. У зв'язку з цим нами була запропонована робоча гіпотеза, яка дозволяє підвищити міцність матеріалу на зв'язці з КВСС за рахунок уведення високодисперсної мінеральної добавки, що містить хімічний елемент перемінної валентності марганець.

За добавку був використаний пил газоочищення металевого марганцю, що містить, в основному, у своєму складі MnCO3 і Mn. Введення цієї добавки в КВСС на стадії готування не призводить до коагуляції суспензії і підвищує її міцність.

У другому розділі наведено характеристики сировинних матеріалів і методи дослідів.

Таблиця 1. Технічні характеристики застосовуваної сировини

Третій розділ присвячено дослідженням та розробці в'яжучих на основі концентрованої в'язкої силікатної суспензії.

Для виявлення внеску в міцність КВСС вмісту сполучного компонента (кремнекислоти та колоїдних часток) була досліджена модель КВСС, що складається з чистої кремнекислоти марки ЧДА (сполучний компонент), мікронаповнювача та води. За мікронаповнювач використовували мелений кварцевий пісок (S = 5000 см²/г).

Виходячи з проведених досліджень, було визначено раціональний вміст сполучного компонента (кремнегелю) у твердій фазі КВСС, що складає 50%. Такий вміст сполучного компонента в КВСС дозволяє одержати штучний камінь достатньої міцності при її усадці менше 1%.

Отримання необхідної кількості кремнекислоти та колоїдної фракції потребує тривалості помелу, і, безумовно, веде до підвищення вартості КВСС. Тому було доцільним уведення до складу КВСС, для збільшення змісту сполучного компонента, добавки - сировини склобою, яка містить SiO2 = 71,01% і Na2O = 13,16%, підвищує рН середовища та активізує помел.

У результаті досліджень складів КВСС на основі кварцевого піску та на основі склобою фотоколориметричним методом, за основу було прийнято склад КВСС, одержаний у результаті помелу в рівних кількостях кварцевого піску та склобою. рН середовища регулювали додаванням рідкого натрієвого скла в кількості 0,05% від маси початкового завантаження сировини.

При дослідженні в'яжучого на основі КВСС фізико-хімічним методом (термічним) було встановлено, що найбільше зміцнення в'яжучого на основі КВСС досягається в результаті його сушіння при 573 К за рахунок полімеризації кремнекислоти та поліконденсації колоїдного кремнезему.

Для підвищення міцності в'яжучого на згин вводилася тонкодисперсна мінеральна добавка - пил газоочищення виробництва металевого марганцю. Пил газоочищення металевого марганцю (ПГВММ) містить Mn, MnCO3. MnCO3 дисоціює при температурі вище 573 К на MnО і CO2, а Mn окисляється в MnО. Далі, у процесі нагрівання (до 873 К) частина вільного MnО переходить з двох- у чотирьохвалентний стан і взаємодіє з кремнеземом КВСС, утворюючи додаткові зв'язки, що спричиняє за собою підвищення міцності.

Марганець зв'язує як частки розміром менше 0,1 мкм, так і частки більші 0,1 мкм.

Вищеописані процеси підтверджуються результатами ІЧ-спектроскопічного аналізу. Розкладання карбонату марганцю добре виявляється по ІЧ-спектрам, зразків в'яжучих, знятих при різноманітних температурах. Так, у ІЧ-спектрах зразків термооброблених при 623 К, добре помітні характерні для карбонату смуги поглинання в діапазоні від 1400 до 1480 см^-1 (рис. 3), у той час, як на ІЧ-спектрах зразків, оброблених при 823 К, вони відсутні. Проте, на ІЧ-спектрах зразків в'яжучих з ПГВММ, оброблених при 823 К, з'являється нова смуга поглинання в межах від 600 до 610 см^-1 (рис. 3), характерна для коливань - Mn-O-, що свідчить про утворення вищенаведеного типу зв'язку.

Проведені дослідження показали, що введення до раціонального складу в'яжучого на основі КВСС пилу газоочищення виробництва металевого марганцю (ПГВММ) у кількості 10% призводить до підвищення межі міцності на згин після термообробки при 823 К на 35% із 7,8 до 12 МПа (рис. 4).

З метою збільшення міцності на згин в'яжучого його армували дискретним мулітокремнеземистим волокном (МКВ). Було визначено, що армування в'яжучого на основі КВСС і ПГВММ 10% мулітокремнеземистого волокна підвищує його міцність на згин на 30% із 12 до 15 МПа і знижує усадку при нагріванні до 823 К на 80% із 0,25 до 0,05%.

На підставі проведених результатів фізико-механічних досліджень було визначено оптимальний склад армованого в'яжучого, що включає компоненти в такому співвідношенні, мас.%: кварцевий пісок - 40%; склобій - 40%; пил газоочищення виробництва металевого марганцю - 10%; мулітокремнеземисте волокно - 10%, при В/Т=0,33.

Четвертий розділ дисертації містить дослідження та розробку матеріалу для плитки.