Delist.ru

  Повышение эксплуатационных свойств облицовочных изделий из карбонатных пород обработкой сульфатами металлов (20.02.2007)

Автор: Евсеев Егор Николаевич

методом рентгено-дифракционного анализа установлена высокая однородность слоя нерастворимых соединений на поверхности облицовочных изделий, образующихся в ходе обработки сульфатами меди и железа (II);

обосновано улучшение декоративности путём изменения окраски поверхности облицовочных изделий из карбонатных пород в ходе обработки сульфатами меди и железа (II) из-за наличия в растворах этих сульфатов окрашенных гидратированных ионов, участвующих во взаимодействии с породообразующим минералом.

Практическая значимость.

Получены декоративные карбонатные изделия, модифицированные растворами сульфатов меди и железа (II): известняк уникальных расцветок (класс II) с водопоглощением 3%, кислотостойкостью 1%, микротвёрдостью 13 кгс/см2, морозостойкостью 25 циклов; мрамор уникальных расцветок (класс I) с водопоглощением 0,24%, кислотостойкостью 0,2%, микротвёрдостью 27 кгс/см2, морозостойкостью 35 циклов;

разработана технология обработки камня растворами сульфатов меди и железа (II), включающая процессы нанесения, процессы сушки с учётом различных параметров влажности и температуры окружающего воздуха, процессы приготовления растворов.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы доложены на научно-практических конференциях: семинаре "Эффективные строительные материалы и технологии, используемые при реализации программы "Доступное жильё"(в рамках седьмой специализированной выставки "Отечественные строительные материалы 2006". Москва, СК «Олимпийский», февраль 2006 г.), семинаре «Инновационные технологии в строительстве» (в рамках 14 Международной Строительной недели. Москва, КВЦ «Сокольники», март 2006 г.), научно-практической конференции, посвещённой памяти профессора Андрианова Р.А. (Москва, МГСУ, апрель 2006 г.), 4-ой международной научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и докторантов «Строительство – формирование среды жизнедеятельности», посвящённой 85-летнему юбилею МГСУ-МИСИ (Москва, МГСУ, апрель 2006 г.), межрегиональной конференции «Энергосбережение в ЖКХ и строительстве» (Москва, Гостиный Двор, апрель 2006 г.), научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодёжи – путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, ВВЦ, июнь 2006 г.).

На защиту выносится:

теоретическое обоснование возможности использования растворов сульфатов некоторых металлов для обработки изделий из карбонатных горных пород;

механизм взаимодействия между породой и растворами сульфатов некоторых

технология обработки горных пород карбонатного состава растворами сульфатов меди и железа (II) и её оптимизация с позиций физико-механических свойств.

эксплуатационные свойства обработанных горных пород;

Структура и объём диссертации:

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы из 95 наименований и приложения. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка и 12 таблиц.

содержание работы

Одними из наиболее распространённых горных пород на Земле являются породы, содержащие карбонатные породообразующие минералы (карбонаты). Такие породы хорошо поддаются распиловке и другим видам механической обработки, поэтому широко используются для изготовления облицовочных плит, а также для создания малых архитектурных форм.

Среди карбонатных горных пород, как сырьё для производства строительных материалов и изделий, наиболее широко применяются мрамор и известняки различной прочности. На территории Российской Федерации ведётся добыча белого, бело-серого, серого, коричневого мрамора и белого известняка. Мрамор и известняк других цветов импортируется из Италии, Испании, Индии, Португалии.

Основной проблемой всех карбонатныхх пород является низкая стойкость к воздействиям кислой среды. Кислые дожди и тающий снег разрушают их поверхность, она становится рыхлой. Это происходит, потому что влага, заполняющая тончайшие трещины и пустоты в камне, передвигается по капиллярам. При повышении температуры она испаряется. Камень то намокает, то высыхает, и связь между зернами кальцита ослабевает. Еще сильнее действует вода при резкой смене температур. Через 10 - 15 лет полировка на лицевой поверхности исчезает, на изделиях из мрамора образуются каверны и трещины, известняк в зонах раковин разрушается. В современном крупном городе для светлых мраморов и известняков характерно почернение от копоти и прочих видов грязи при использовании в качестве материала для наружной облицовки. Даже применение этих материалов в экологически чистых районах, пригородах, парковых зонах сопровождается довольно интенсивной потерей декоративных свойств.

Обобщив современные научно-технические достижения в области защиты камня можно заключить, что окончательное решение этой проблемы ещё не достигнуто. Разработанные в настоящее время пропитки и полироли имеют органическую основу и высокую стоимость, а в некоторых случаях способствуют ускорению процессов разрушения камня из-за кристаллизации солей под плёнкой, образованной пропиточным составом.

Изучение научно-технических предпосылок позволило высказать рабочую гипотезу. Было предположено, что использование в качестве пропиточного состава растворов сульфатов некоторых металлов позволит, в случае химического взаимодействия с породообразующим минералом, ожидать увеличения водопоглощения, кислотостойкости, твёрдости и других физико-механических свойств пород из-за образования на их поверхности слоя нерастворимых соединений. Предполагалось также, что применение растворов сульфатов некоторых металлов позволит достичь изменения декоративности карбонатных пород за счёт изменения цвета поверхностного слоя. При использовани неорганических соединений для изменения декоративности и физико-механических свойств карбонатных пород можно ожидать существенную экономию трудовых и энергетических ресурсов, а невысокая, по сравнению с органическими пропиточными композициями, цена исходных компонентов позволит усилить экономический эффект.

В процессе работы использовались образцы мрамора «Коелга» (Коелгинское месторождение), известняка «Мячковский» (с. Мячково, Западный карьер), мела белого в виде призм и кубов размерами, регламентированными Государственными стандартами на испытания горных пород. В качестве компонентов для приготовления растворов применялись кристаллогидраты сульфатов меди, железа (II) и железа (III), цинка, хрома, марганца с массовой долей основного вещества не менее 96 %.

Технологию нанесения растворов на поверхность камня предполагалось оптимизировать на примере насыщенных растворов медного и железного купоросов из-за их выраженного влияния на окраску поверхности указанных

Наносить насыщенные растворы сульфатов на поверхность камня предполагалось с помощью уже известных методов обработки: кистью, пропиткой, распылением. С целью выявления оптимального способа определялось время обработки и расход, достаточные для снижения водопоглощения и увеличения микротвёрдости изделий из карбонатных горных

На основе результатов испытаний было установлено, что растворы можно наносить всеми тремя способами обработки (кистью, пропиткой, распылением). Так, для снижения водопоглощения мрамора с 0,6 до 0,54 % достаточно нанести распылителем раствор железного купороса (Б) в количестве 2,8-3,0 кг/м2 с проходом за три раза. Для того, чтобы вдвое снизить водопоглощение мрамора, раствор медного купороса (А) достаточно нанести кистью с проходом за 3 раза (расход при этом составит 0,4-0,5 кг/м2). В процессе обработки необходима промежуточная сушка до полного высыхания предыдущего слоя в течение не менее 30 минут. Обработка пропиткой позволяет получить наилучшие среди указанных видов обработки показатели, однако более продолжительна, а при обработке распылителем значительно увеличивается расход раствора из-за потерь на «разбрызгивание».

При определении оптимальных способов обработки камня, испытания проводились при температуре 22°С (с относительной влажностью воздуха 75%). Изменение температуры окружающей среды и относительной влажности воздуха может повлечь изменение режимов послойной сушки. На основании полученных данных установлено, что при повышении относительной влажности воздуха до 85 % время сушки каждого слоя возрастает на 20-25 %.

Долговечность обработки определялась с помощью климатической камеры, куда помещались обработанные образцы мрамора и выдерживались в течении числа циклов, соответствующего определенному количеству лет. Затем образцы испытывались на водопоглощение и микротвёрдость (табл. 1) На основании полученных данных установлено, что эффект защиты камня, обработанной раствором (А) сохраняется в течении минимум четырёх лет, снижаясь на пятом году. Эффект защиты камня, обработанной раствором (Б) снижается на четвёртом году, сохраняясь в течении минимум трёх лет. Следовательно, для сохранения эффекта защиты, необходимо повторять обработку камня (в данном случае мрамора) растворами (А) или (Б) раз в 4 года и раз в 3 года соответственно.

В ходе определения оптимальных способов нанесения растворов сульфатов меди и железа (II) был зафиксирован максимальный прирост микротвёрдости и снижение водопоглощения в ходе обработки пропиткой. Перед тем, как перейти к более детальному определению физико-механических характеристик, необходимо было провести химический анализ. Исследование влияния сульфатов меди, железа (II) и железа (III), цинка, хрома, марганца, на СаСО3 , проводили с использованием образцов мела, мрамора и известняка методом ИК-фурье-спектроскопии и рентгено-дифракционного

Таблица 1.

Климатические испытания обработанных образцов мрамора

№ Условное обозначение состава Расход, кг/м2 Период времени, созданный климатической камерой, лет Водопогло-щение

W, % Микротвёрдость

Н, кгс/мм2

1 (А) 0,4-0,5 1-4 0,22 27,0

5 0,6 23,3

2,0-2,5 1-4 0,28 26,9

5 0,63 23,2

2 (Б) 0,4-0,5 1-3 0,5 24,9

4 0,61 23,2

2,5-3,0 1-3 0,54 24,7

4 0,60 23,3

загрузка...