реферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук Макiївка 1999 Дисертаціє
Работа добавлена на сайт samzan.net:
ДОНБАСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ
БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ
На правах рукопису
Федоркін Сергій Іванович
УДК 666.9.022.3
ФІЗИКО-ТЕХНОЛОГІЧНІ ОСНОВИ МЕХАНОАКТИВАЦІЇ ВТОРИННОЇ СИРОВИНИ
У ВИРОБНИЦТВІ БУДІВЕЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ
05.23.05- Будівельні матеріали та вироби
Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук
Макiївка — 1999
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Кримському інституті природоохоронного та курортного будівництва Міністерства освіти України.
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Матвiєнко Василь Андрійович, Донбаська державна академія будівництва та архітектури, професор кафедри будівельних матеріалів та виробництва будівельних конструкцій
доктор технічних наук, професор Вировий Валерій Миколайович, Одеська державна академія будівництва та архітектури, завідувач кафедрою виробництва будівельних виробiв i конструкцiй
доктор технічних наук Файнер Марко Шикович, науково-виробнича фірма “Композит”, голова (м. Чернівці)
Провідна установа: Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, кафедра технології бетонів та в'яжучих речовин, Міністерство освіти України, м. Дніпропетровськ
Захист відбудеться “_20__”_травня__ 1999 р. о __10_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.085.01 при Донбаській державній академії будівництва та архітектури за адресою: Україна, 339023, м. Макіївка, вул. Державіна, 2.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донбаської державної академії будівництва та архітектури за адресою: Україна, 339023, м. Макіївка, вул. Державіна, 2.
Автореферат розісланий “_20”__квітня_1999 р.
Вчений секретар спеціалізованої
вченої ради д. т. н., професор Погребняк В. Г.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Зростання виробництва високоякістних будівельних матеріалів стримується у теперішній час вичерпанням запасів якісної природної сировини. У цих умовах велике значення має розроблення будівельних матеріалів на основі вторинної сировини – побіжних продуктів виробництва гірничодобувних, хімічних, харчових та інших підприємств. Вторинна сировина дуже часто не має необхідних властивостей, які дозволяють її ефективне використання для виготовлення будівельних матеріалів. Тому відчувається потреба в правильному виборі технології виробництва будівельних матеріалів та виробів на основі вторинної сировини. Одним з перспективних напрямків покращення якості сировинних компонентів у виробництві будівельних матеріалів є їх механічна активація шляхом високошвидкісного подрібнення. При цьому зміна технологічних властивостей сировини пов’язана з зростанням енергії кристалічної гратки часток, створенням дефектів структури та інших процесів, що викликані механічною активацією. Питанням використання механоактивації вторинної сировини в технологіях виробництва будівельних матеріалів приділяли недостатню увагу. Рішення цієї проблеми, з одного боку, потребує вивчення складного механізму активації матеріалів при високошвидкісному навантаженні, а з другого боку, створення оптимальних умов реалізації цього механізму при формуванні структури будівельних матеріалів. Тому зараз особливу актуальність набуває здійснення нових науково обгрунтованих розробок, що спрямовані на створення будівельних матеріалів і ресурсозберігаючих технологій їх виробництва з використанням механоактивації сировини високошвидкісним подрібненням, які забезпечують вирішення важливої прикладної проблеми застосування вторинної сировини в будівельній індустрії.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконані у рамках тематики науково-дослідних робіт, що передбачені постановою Міністерства України у справах науки і технологій з пріоритетного напрямку 4. Екологічно чиста енергетика і ресурсозберігаючі технології (Тема “Розробка науково-методичних і технологічних основ екологізації будівельного комплексу України” — 1996— 1997р.), у рамках проблеми 00.405.100 Механіка утворення і розповсюдження тріщин (наказ Мінвузу УРСР №132 від 16.05.89р., тема “Дослідження процесів динамічного навантаження та руйнування твердих тіл”), а також науково-технічними програмами ДКНТ СРСР, Президії АН СРСР, Президії АН УРСР, МНТК “Механобр” та тематичними планами КІПКБ.
Мета і задачі дослідження. Головною метою роботи є розробка фізико-технологічних основ механоактивації вторинної сировини високошвидкісним подрібненням для отримання будівельних матеріалів і створення ресурсозберігаючих технологій їх виробництва шляхом встановлення закономірностей впливу інтенсивної механічної дії на процеси руйнування та активації мінеральної сировини і на формування структури та властивостей будівельних матеріалів з її використанням.
Для досягнення поставленної мети були вирішені такі задачі:
— досліджені основні закономірності впливу інтенсивної механічної дії на процеси руйнування твердих матеріалів, механоактивацію вторинної сировини і на формування структури будівельних матеріалів;
— розроблені методичні основи для дослідження структури механоактивованої сировини та фізичного моделювання динамічного руйнування матеріалів при високошвидкісному навантаженні;
— розроблені фізико-технологічні основи механоактивації вторинної сировини і способи виробництва будівельних матеріалів з її використанням;
— створені ефективні будівельні матеріали (стінові, облицювальні і теплоізоляційні) на основі механоактивованої вторинної сировини та досліджена їх структура і властивості;
— обгрунтовані технологічні принципи отримання будівельних матеріалів з механоактивованої високошвидкісним підрібненням вторинної сировини, що спрямовані на максимальне використання ефекту механоактивації;
— розроблені технології виробництва будівельних матеріалів з використанням процесів механоактивації вторинної сировини і нових конструкцій роздрібнювачів-активаторів;
— проведені єкспериментально– промислова перевірка та впровадження ресурсозберігаючих технологій вироблення будівельних матеріалів на основі механоактивованої вторинної сировини і виконано економічне обгрунтування їх ефективності.
Наукова новизна одержаних результатів:
— створені фізико-технологічні основи механоактивації вторинної сировини високошвидкісним подрібненням, що полягають в її руйнуванні і активації під дією інтенсивного механічного навантаження, яке збільшує ступінь аморфізації матеріалів, їх дисоціацію, приводить до утворення сітки мікродефектів (мікротріщин, структурних дефектів), які мають підвищений запас енергії, що реалізується при формуванні структури будівельних матеріалів;
— теоретично та експериментально встановлено, що процес динамічного руйнування твердих тіл при високошвидкісному навантаженні, який відповідає виявленню механоактиваційних ефектів, має термоактиваційний характер і залежить від структури матеріалу та швидкості навантаження;
— отримана аналітична залежність питомої поверхневої енергії від швидкості навантаження, яка придатна для розрахунку енергоємності подрібнення матеріалів у високошвидкісних млинах – активаторах;
— експериментально встановлена залежність рівня механоактивації вторинної сировини високошвидкісним подрібненням від конструктивних особливостей млинів, швидкості навантаження та температури, що полягає в зміні структурних і фізико-хімічних властивостей побіжних продуктів виробництва та будівельних матеріалів на їх основі;
— розроблено нові будівельні матеріали та ресурсозберігаючі технології їх виробництва з використанням нових підходів, що спрямовані на максимальну реалізацію ефекту механоактивації, який досягнуто високошвидкісним подрібненням;
— розроблена методична основа для дослідження процесів динамічного руйнування твердих тіл, що містить у собі методики і пристрої для ініціації тріщин високошвидкісним навантажуванням, вивчення взаємодії хвиль напружень навколо тріщини, реєстрування хвильових полів та динаміки тріщин, визначення питомої поверхневої енергії руйнування при подрібненні, довговічності зразків, дисперсного аналізу подрібнених та активованих матеріалів.
Практичне значення одержаних результатів. Практичне значення отриманих у дисертаційній роботі результатів полягає у такому:
— розроблені ефективні будівельні матеріали (стінові, облицювальні, в’яжучі та теплоізоляційні) на основі механоактивованої вторинної сировини;
— розроблені технологічні схеми виробництва будівельних матеріалів з використанням механоактивації побіжних продуктів цементного, гірничодобувного, хімічного та харчового виробництв;
— розроблені нові конструктивні рішення високошвидкісних роздрібнювачів-активаторів і конструкторська документація на млини ударної дії роторного та відцентрово-протитокового типів;
— результати роботи було впроваджено на Бахчисарайському комбінаті “Будіндустрія” при утилізації побіжних продуктів цементного виробництва, на Кримському содовому заводі при утилізації побіжних продуктів содового виробництва, у НВФ “ЭСПО” при переробці вапнякової гірничої маси у стінові матеріали, а також на інших підприємствах.
Конструкції млинiв-активаторів були виготовлені Севастопольським морським заводом ім. С.Орджонікідзе ( ВПМ ) та підприємством “ НДІ Ресурсів” ( РМУ-100В і РМУ-1000Г) і зараз їх успішно експлуатують на Бахчисарайському комбінаті “Будіндустрія” і у НВФ “ЭСПО” (м. Сімферополь) при переробці пилу цементного виробництва та вапнякових побіжних продуктів видобутку каменю.
Технологія утилізації пилу цементного виробництва впроваджена на Бахчисарайському комбінаті “Будіндустрія”, експериментально-промислове виробництво стінових матеріалів було організоване НВФ “ЭСПО”. На Красноперекопському содовому заводі було створено експериментальне виробництво з виготовлення облицювальних плит на основі побіжних продуктів содового виробництва.
Результати досліджень доведені до рівня проектно-конструкторської і технологічної документації, пройшли експериментальну і експериментально-промислову перевірку та можуть бути рекомендовані до широкого впровадження на підприємствах будівельної індустрії України.
Результати досліджень, що отримані в дисертаційній роботі, використовуються в учбовому процесі КІПКБ при вивченні дисциплін “Процеси і апарати у виробництві будівельних матеріалів”, “Ресурсозберігаючі технології у виробництві будівельних матеріалів” та “Будівельне матеріалознавство”.
Особистий внесок здобувача складається з:
— створення фізико-технологічних основ механоактивації мінеральної сировини високошвидкісним подрібненням при її переробленні в будівельні матеріали;
— розроблення нових будівельних матеріалів та науковому обгрунтуванні і створенні ресурсозберігаючіх технологій з використанням процесів механоактивації вторинної сировини;
— створення методологічної бази досліджень процесів динамічного руйнування твердих матеріалів при високошвидкісному навантаженні та структури механоактивованої сировини;
— виявлення закономірностей динамічного руйнування твердих матеріалів і його термоактиваційного єства при високошвидкісному навантаженні, характерному для проявлення механоактиваційних процесів;
— конструювання ефективних високошвидкісних млинів-активаторів, що дозволяють механоактивувати тверді побіжні продукти промислових виробництв;
— обговорення та публікації результатів теоретичних і експериментальних досліджень по створенню нових технологій виробництва будівельних матеріалів на основі механоактивованої вторинної сировини.
Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи та матеріали досліджень доповідались та обговорювались на Всесоюзній науковій школі “Деформування та руйнування матеріалів з дефектами і динамічні явища в гірських породах та виробітках (Сімферополь, 1985, 1987 рр.), Республіканській конференції “Удосконалення розрахункових і експериментальних методів дослідження фізичних процесів” (Миколаїв, 1985 р.), Республіканській конференції “Удосконалення технології виробництва бетонів підвищеної міцності та тривкості” (Уфа, 1985р.), 2-ому Всесоюзному симпозіумі “Механіка руйнування” (Житомир, 1985 р.), Всесоюзному семінарі “Інтерференційно-оптичні методи механіки твердого тіла, що деформується, та механіки гірських порід” (Новосибірськ, 1985 р.), Всесоюзній конференції “Експериментальні методи у механіці твердого тіла, що деформується” (Калінінград, 1987 р.), Республіканському семінарі “Динамічна міцність і тріщиностійкість конструкційних матеріалів” (Київ, 1988 р.), Науково-практичній конференції і загальних зборах Кримської Академії наук “Соціально-економічне положення і шляхи виведення економіки Криму з кризи” (Сімферополь, 1994 р.), Міжнародній науково-практичній конференції “Геоекологічні і медикоекологічні проблеми промислово-міських агломерацій Криму” (Сімферополь, 1994 р.), Міжнародній регіональній конференції “Проблеми екології і рекреації Азово- Чорноморського регіону” (Сімферополь, 1994 р.), Міжнародній науково-технічній конференції “Ресурсозбереження і екологія промислового регіону” (Макіївка, 1995 р.), І-ій Всеукраїнській науково-практичній конференції “Прогресивні технології та машини для виробництва будівельних матеріалів, виробів і конструкцій” (Полтава, 1996 р.), на науково-технічних конференціях КІПКБ (1992— 1996 рр.), науково-практичній нараді Уряду Автономної Республіки Крим з проблем енергозбереження у Криму.
Публікації. Основні положення дисертації опубліковані у 61 наукових працях. Серед них наукова монографія обсягом 8,75 авторських аркушів, 17 статей у наукових виданнях, 10 тезів доповідей, 33 патенти і авторських свідоцтва. В авторефераті приведені 37 основних наукових праць.
Структура дисертації. Дисертація складається з вступу, шести розділів, загальних висновків, списку використаних джерел із 244 найменувань та додатків. Робота викладена на 399 сторінках, містить 102 iлюстрацiї на 62 сторінках, 38 таблиць на 19 сторінках та 14 додатків на 82 сторінках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
У вступі розкривається сутність і стан наукової проблеми та її значущість, підстави і вихідні дані для розробки теми , обгрунтовується необхідність проведення дослідження та дається загальна характеристика дисертації.
У першому розділі були проаналізовані фізичні і фізико-хімічні аспекти механоактивації сировинних компонентів та її роль у формуванні структури і властивостей будівельних матеріалів. Проведено огляд стану досліджень впливу механічних дій на структуру і властивості твердих матеріалів. Розглянуто сучасні теорії механохімічних процесів у технології будівельних матеріалів та процеси руйнування твердих матеріалів при механоактивації, показано вплив механоактивації на властивості основних структуростворюючих компонентів будівельних матеріалів і проведено аналіз проблем використання цього процесу у виробництві будівельних матеріалів.
У результаті проведеного аналітичного огляду було встановлено, що утягування у виробництво будівельних матеріалів вторинних джерел сировини дозволяє вирішувати масштабні ресурсні та природоохоронні проблеми. Одним з найбільш поширених способів переробки і облагороджування сировини є її подрібнення шляхом дії на частки матеріалу механічною енергією, що приводить до його механоактивації. Аналіз сучасних досліджень свідчить, що на інтенсивність процесу подрібнення і активації вплив мають характеристики механічної дії. Одною з основних характеристик є швидкість підведення механічної енергії до часток речовини, яку подрібнюють. При збільшенні швидкості співзіткнення часток матеріалу, який подрібнюють, настає різке збільшення рівня його механоактивації, що технологічно виявляється у прискоренні процесів формування структури і підвищення міцності силікатних і цементних бетонів, керамічних виробів, у скороченні температурних параметрів та параметрів протяжності часу їх теплової та термічної обробки. Незважаючи на високу ефективність високошвидкісного подрібнення, процеси ударного руйнування і механоактивації твердих матеріалів вивчені недостатньо. Особливо плідним високошвидкісне подрібнення може стати при переробці побіжних продуктів виробництва у будівельні матеріали.
На основі існуючих експериментальних і теоретичних досліджень процесів динамічного руйнування твердих тіл, високошвидкісного подрібнення і механоактивації побіжних продуктів виробництва, а також виконаних експериментально-промислових і виробничих досліджень, було розроблено таку генеральну гіпотезу досліджень: зміна режимів механічної дії на тверді тіла дозволяє інтенсифікувати процес їх руйнування та керувати комплексом поверхневих явищ, надаваючих можливість використати механохімічні ефекти, що містяться в збільшенні ступеня аморфізації матеріалів, їх дисоціації, утворенні сітки мікродефектів, які мають підвищений запас енергії, що може бути реалізована при формуванні структури будівельних матеріалів на основі вторинної сировини та дозволить перевести некондиційну вторинну сировину у кондиційний продукт для виробництва будівельних матеріалів.
Сучасні погляди на механізм руйнування і механоактивації твердих матеріалів при високошвидкісному подрібненні досить різноманітні, що свідчіть про недостатню вивченість цих процесів, які умовно можна розділити на дві частини. Перша частина включає дослідження складного механізму динамічного руйнування твердих тіл при швидкостях навантаження, які характерні для проявлення механоактиваційних ефектів, а друга частина скаладається з вивчення та створення оптимальних умов високошвидкісного подрібнення і механоактивації побіжних продуктів виробництва для виготовлення будівельних матеріалів та розробки ефективних технологій їх виробництва. Ці дві частини поєднані з обгрунтуванням технологічних принципів механоактивації і утилізації побіжних продуктів виробництва і розробленням конструктивних рішень млинiв-активаторів.
У другому розділі були обгрунтовані вибір об’єктів і методологія досліджень. Проведено аналіз утворення і використання побіжних продуктів гірничодобувної, хімічної, харчової промисловості і будівельної індустрії деяких підприємств України як вторинної сировини. Виявлено вплив цих побіжних продуктів на погіршення екологічного стану регіону. Виконано обгрунтування і вибір об’єктів дослідження, що містять багатотонажні вапнякові побіжні продукти видобутку каменю і підземного будівництва, пил обертових печей цементних заводів, вапномістючих побіжних продуктів содового виробництва, пиритні недогарки сірчанокислотного виробництва, гідролізний лігнін гідролізно-дріжджевих заводів. Вивчено хімічні і фiзико-механічні властивості відібраних побіжних продуктів виробництва, а також приведено характеристики сумішевих компонентів і добавок, використаних при розробці будівельних матеріалів з застосуванням процесу механоактивації. Проаналізовані проблеми експериментального моделювання процесів руйнування твердих матеріалів при швидкостях навантаження, які характерні для високошвидкісного подрібнення і механоактивації, та обгрунтована можливість цього моделювання методом динамічної фотопружності з використанням спрощених моделей для виявлення якісних фізичних закономірностей процесів руйнування, що властиві твердим матеріалам неоднакового єства.Були розроблені методологічні основи дослідження механізму динамічного руйнування твердих тіл при високошвидкісному навантаженні, що характерні для механоактиваційних процесів і базуються на нових методиках і пристроях для ініціювання тріщиноутворення високошвидкісним навантаженням, для вивчення взаємодії хвиль напружень поблизу тріщин, реєстрації хвильових полів і динаміки тріщин, що швидко розповсюджуються, одноразового ударного руйнування окремих часток матеріалу, довговічності зразків, визначення питомої поверхневої енергії руйнування при подрібненні.
Реєстрація кінетики розповсюдження тріщин і хвильових полів, які супроводжують процес руйнування, здійснювалась методом динамічної фотопружності з використанням загальнозаведених модельних матеріалів ПММА, ЭД-20МА, ЭД-20МТГФА і реальних матеріалів (гірських порід, бетонів та інше). Цей метод дозволяє безконтактно і об’єктивно отримувати інформацію про шляхи, швидкості розповсюдження тріщин, напружений стан в її вершині, а також він дає можливість реєстрації видимої картини хвильового процесу, який супроводжує розповсюдження тріщини у всіх фазах її розвитку. Основу експериментального комплексу складає спеціально відпрацьована поляризаційно-динамічна установка на базі швидкісного фотореєстратору СФР-1М, що дозволяє реєструвати процеси руйнування у режимі покадрової зйомки зі швидкістю до 2Ч106 кадр/с у режимі фотореєстратору зі швидкістю розгортки зображення до 3.103 м/с. Дисперсний аналіз подрібнених і механоактивованих сировинних матеріалів здійснювали по розробленому методу з використанням електронної мікроскопії та сучасної обчислювальної техніки.
Обробка експериментальних даних виконувалась на комп’ютері за допомогою спеціально створеного методу, що грунтується на фільтрації отриманих експериментальних значень параметрів мікроруйнувань і фізико-механічних характеристик зразків будівельних матеріалів.
Поставлені задачі дослідження нарівні з розробленими методами і пристроями вирішувались з використанням стандартних методів (хімічного, диференціально-термічного, рентгенографічного, електронно-мікроскопічного аналізів).
Третій розділ було присвячено розгляду фізичних основ руйнування твердих матеріалів в процесі механоактивації. Тут були досліджені процеси тріщиноутворення при динамічному навантаженні твердих матеріалів, кінетика розповсюдження тріщин, мікромеханіка руйнування і були вивчені питання довговiчностi будівельних матеріалів при високошвидкісному навантаженні.
Особливістю руйнування при високошвидкісному навантаженні і механоактивації твердих матеріалів є нерівномірність протягом часу і за розмірами розподілу напружень по обсягу часток, які навантажують, тобто розподіл напружень має хвильовий (динамічний) характер.
Одним з найбільш важливих напрямків, які сприяють розвитку уявлень про природу руйнування, є вивчення завершального етапу динамічного навантаження — розповсюдження швидкої руйнуючої тріщини. Процес руйнування твердих матеріалів містить декілька стадій. На початку під дією зовнішнього навантаження і теплових флуктуацій в тілі утворюються субмікротріщини. Далі починається їх злиття і укрупнення з утворенням мікротріщин. Подальший розвиток і взаємодія мікротріщин приводять до практично повного вичерпання міцності твердого матеріалу. Щоб отримати повне уявлення про руйнування при динамічному навантаженні, необхідно провести дослідження цього процесу на усіх його стадіях.
На першому етапі була досліджена кінетика зростання макротріщин в модельних матеріалах (ПММА і ЭД). У результаті численних експериментів було виявлено стрибкоподібний характер зростання тріщини, який зберігався в інтервалі температур 90— 343 К та полягав у чергуванні стану спокою та руху її вершини, при цьому коливання швидкості тріщини мали приблизно регулярний характер.
В зразках з модельних матеріалів тривалість зупинок тріщини на початковому етапі її розвитку досягла величини 1— 3 мкс, а тривалість стрибків — 1— 2 мкс. Швидкість вершини тріщини під час стрибка досягла V=1000 м/с. Середня швидкість тріщини залишалась незмінною на значному відрізку шляху (v=300— 400 м/с) і знижувалась лише на заключному етапі її розповсюдження. Оскільки максимальна швидкість тріщини під час стрибка (V=1000 м/с) достатньо наближена до граничної, яку передбачають термофлуктуаційною теорією міцності (V=1500 м/с), то можна зробити висновок, що на стадії швидкого руйнування термофлуктуаційний механізм реалізується не повністю, але його внесок у процес руйнування є суттєвим.
При вивченні хвильових полів уздовж розриву суцільності, створеного тріщиною, було встановлено, що навздогін за поздовжньою хвилею з тією ж швидкістю розповсюджується локалізована область значних напружень. При досягненні фронту тріщини, яка знаходиться у стані спокою, поздовжня хвиля проходить крізь нього без взаємодії, а область напружень ініціює подальший розвиток тріщини і рухається з нею зі швидкістю, яка відповідає середній швидкості розповсюдження тріщини. Ця область є пружистою контактною хвилею і характеризується розмиканням берегів тріщини на деякому проміжку за її фронтом (3— 5 мм), а максимальні напруження у ній досягаються на деякій відстані (2— 6 мм) від берегів тріщини. Утворюється контактна хвиля із-за наближення до контактуючих поверхонь при проходженні уздовж них пружного імпульсу напружень. Контактна хвиля розповсюджується уздовж розриву суцільності і стає своєрідним акумулятором енергії для розвитку тріщини. На підставі концепції контактної хвилі була запропонована модель стрибкоподібного режиму розповсюдження тріщини.
Проведено теоретичні і експериментальні дослідження процесів утворення і розвитку мікроруйнувань перед фронтом мікротріщини, що розповсюджується.
Руйнування, яке розпочалось від найбільш небезпечного мікродефекту, продовжує розвиватись на фронті мікротріщини, що розповсюджується, а потім — магістральної макротріщини, та утворює у матеріалі нові поверхні. Дослідження утворення і розвитку мікротріщин було проведено фрактографією поверхні руйнування.
Характерною особливістю поверхонь, що утворюються при розповсюдженні тріщин під дією хвиль напружень, є чергування за порядком, що відповідає зміні коефіцієнту інтенсивності напружень К(t), зон руйнування: дзеркальної, шорсткуватої і зони зруйнованого на шматки матеріалу. Фрактографічний аналіз поверхонь руйнування з умовами ініціювання тріщини і величиною К(t) засвідчує факт утворення поперед фронту магістральної тріщини в ПММА мікротріщин і випередження фронту магістральної тріщини у епоксидних матеріалах авангардними мiкротріщинами. Мікротріщини в ПММА розвиваються до зустрічі одна з одною або з магістральною тріщиною, що відповідає утворенню “лусок” або “парабол” на поверхнях руйнування. Тому ПММА вважаються найбільш інформативними матеріалами для кількісного опису утворення і розвитку мікротріщин.
Експериментально визначено залежність цільності мікротріщин в ПММА від номінальних статичних напружень, енергії хвильового навантаження і поточної довжини магістральної тріщини. На підставі кінетичних уявлень про механізм руйнування ПММА при хвильовому навантаженні були отримані математичні залежності між поверхневою цільністю мікротріщин і часом на її розвиток. Визначені швидкості фронтів мікротріщин та їх зміна на стадії зустрічі мікротріщини з магістральною тріщиною на різних етапах її розповсюдження.
Був визначений взаємозв’язок стрибкоподібного характеру руху тріщини з процесами накопичення ушкоджень, утворення мікроруйнувань і концентрації напружень поблизу її фронту. На підставі фрактографічного аналізу показано, що рух магістральної тріщини і мікротріщин припиняється і відновлюється одночасно. Утворення і розвиток мікротріщин не може проявитись у вигляді стрибків магістральної тріщини із-за хаотичного розташування мікротріщин і незначних її розмірів в порівнянні з величиною стрибків. Було виявлено причину стрибкоподібного руху тріщини, яка знаходилась у конкуренції процесів накопичення пошкоджень і концентрації напружень поблизу її вершини.
Зміна температури матеріалів, які досліджують, приводить до якісної зміни процесів утворення і розвитку мікротріщин: утворення мікротріщин перед фронтом тріщини, що розповсюджується, трансформується у випередження його авангардними мікротріщинами і, навпаки, тобто процеси утворення і розвитку мікротріщин при хвильовому навантаженні суттєво залежать від температури. Так як розвиток мікротріщин при динамічному навантаженні здійснює перехід від руйнування на мікрорівні до макроруйнування зразка, то характер процесів утворення і розвитку мікротріщин визначає і характер процесу руйнування у цілому.
Результати дослідження процесу утворення і розвитку мікротріщин при динамічному навантаженні свідчать про термоактиваційний механізм руйнування твердих тіл, проява якого залежить від будови матеріалу і умов руйнування.
Досліджена залежність довговічності твердих матеріалів (вапняків, діориту, дрібнозернистого бетону) від швидкості навантаження і температури. Результати фрактографічного аналізу свідчать про зміну характеру руйнування при збільшенні швидкості навантаження. По структурі досліджені матеріали являють з себе зерна мінералів і піску, зцементованих різними хімічними речовинами. У більшості матеріалів такого типу міцність міжзернистих границь нижча міцності самих зерен. При імпульсному розтягу з підвищенням швидкості спостерігається перехід до змішаного типу руйнування від міжзереного до внутрішньозерневого. Перехід до цього виду руйнування відбувався при швидкості навантаження >106 МПа/с для усіх досліджених матеріалів. При швидкості навантаження > 1,5Ч106 МПа/с руйнування відбувалось у зоні товщиною 1,5— 2,5 мм у вигляді крихкого шару. У цьому випадку розподіл зразків на частини здійснювався за рахунок злиття окремих тріщин, які зростають у різних площинах, паралельних одна одній, що свідчить про вплив швидкості навантаження на концентрацію мікротріщин в об’ємі матеріалу. При підвищенні температури зразків з 293К до 393К внутрішньозерневе руйнування матеріалів дещо змістилось у зону більш низьких швидкостей навантаження, рівних 0,8Ч106 МПа/с для усіх вивчених матеріалів. Поява крихкого шару почалась з = 1Ч106 МПа/с, що пов’язане зі збільшенням кількості дефектів структури при зростанні температури матеріалу. Такий вплив температури на процес динамічного руйнування матеріалів знаходиться у повній відповідності з кінетичною концепцією і повністю підтверджує встановлений факт термофлуктуаційної природи руйнування не тільки модельних полімерів, але й гірських порід і дрібнозернистого бетону.
Експериментально вивчена залежність питомої поверхневої енергії і енергоємності руйнування при високошвидкісному подрібненні і механоактивації у діапазоні швидкостей навантаження часток (0,6 — 2) . 106 МПа/с. Одержано аналітичну залежність для разрахунку питомої поверхневої енергії руйнування
де — питома поверхнева енергія руйнування;
— питома поверхнева енергія руйнування при статичному навантаженні;
— питома поверхнева енергія руйнування при швидкості навантаження зі швидкістю хвиль Релея у матеріалі;
— швидкість навантаження;
k — коєфіцієнт, який залежить від властивостей матеріалу.
Здійснено оцінку енергоємності руйнування вапняків при швидкостях навантаження, які характерні для кульового млина, вібромлина, роторного та відцентропротипотокового млина. Результати оцінки свідчать, що енергоємність подрібнення мшанкового вапняку зменшується у 3,2 рази, а мармуроподібного вапняку у 1,2 рази. Зростання швидкості навантаження при подрібненні більш ефективне для пластичних порід, що пов’язане зі зменшенням витрат енергії на пластичні деформації при високошвидкісному руйнуванні матеріалу.
Таким чином, зростання швидкості навантаження і температури сприяє більш ефективному багатоосередковому руйнуванню при високошвидкісному навантаженні, що необхідно враховувати при високошвидкісному подрібненні твердих матеріалів у процесі переробки вторинної сировини у будівельні матеріали.
В четвертому розділі досліджувались процеси високошвидкісного подрібнення і механоактивації вторинної сировини. У процесі високошвидкісного подрібнення частки матеріалу б’ються в робочі органи активаторів або співударяються між собою зі швидкістю 100— 600 м/с. В момент удару в цих частках виникає складне поле напружень і деформацій як результат взаємодії поздовжної, поперечної, поверхневої і відбивної хвилі, це викликає утворення мікротріщин, зріст макротріщин і наступне руйнування.
Проведено моделювання на комп’ютері процесу руйнування окремих часток при високошвидкісному ударі з швидкостями 50— 250 м/с з використанням чисельного модифікованого методу кінцевих елементів. Було встановлено, що розподіл напруг має хвильовий характер і при зростанні швидкості окремого удару з 50 до 250 м/с поверхня руйнування збільшується у 2,4 рази. Експериментально досліджено вплив швидкості співзіткнення часток у діапазоні 50— 300 м/с і температури на процес її подрібнення і механоактивації за допомогою електромагнітної метальної установки. Відзначено, що зі збільшенням швидкості співзіткнення окремих часток вапняка з 50 до 300 м/с, температури з 273К до 373К і розміру часток з 5 до 10 мм починається зростання питомої поверхні продуктів руйнування і підвищення рівня їх механоактивації, який оцінюється по вмісту вільного СаО. Для зразків розміром 5 мм критична швидкість співзіткнення часток, яка відповідає початку механоактивації, складає 150 м/с при 273К і 100 м/с — при 293К і 373К. Для зразків розміром 10 мм критична швидкість дорівнює 150 м/с при 273К, 100 м/с при 293К і 50 м/с при 373К. Вивчення гранулометричного складу продуктів руйнування окремих часток свідчить про монотонне зростання мілких фракцій з зростанням швидкості співзіткнення.
Механоактивація матеріалів визначається не тільки швидкістю навантаження, але й конструктивними особливостями млинів. З метою визначення оптимальних способів подрібнення було проведено дисперсний аналіз і вивчення структури матеріалів при подрiбненнi у кульовому, вібраційному, роторному і газоструменевому млинах. При цьому швидкість співзіткнення часток змінювалась від 30 м/с (кульовий млин) до 400 м/с (газоструменевий млин). Електронно-мікроскопічні дослідження часток і аналіз гістограм показав, що найбільш тонкі і монодисперсні частки є характерними для газоструменевого і роторного подрібнення зі швидкостями ударного навантаження 400 і 150 м/с відповідно. Обсяг часток розміром менше як 5 мкм складає 9— 14% при подрібненні матеріалів у кульовому та вібраційному млинах і 59— 61% при роторному і газоструменевому подрібненні. При цьому, у випадку газоструменевого і роторного подрібнення вапняку починається його інтенсивна декарбонизація з наступною агрегацією і зарощуванням місця контактів подрібнених часток.
Встановлена можливість повторного гідратаційного твердіння цементів після високошвидкісного подрібнення шиферних побіжних продуктів і дрібнозернистого бетону. Було показано, що подрібнення і активація шиферних побіжних продуктів у високошвидкісному млині приводить до підвищення міцності зразків на їх основі у 3 рази в порівнянні з подрібненням у кульовому млині, а активація дрібнозернистого бетону на карбонатному і кварцевому пісках підвищує міцність зпресованих зразків у 2,4— 3 рази і дозволяє отримати міцний (сж= 10— 15 МПа ) і водостійкий (Кр= 0,65— 0,78) матеріал. Рентгенографічні дослідження зпресованих зразків на основі шиферних побіжних продуктів у 28-добовому віці, виготовлених з сировини, обробленої з різною швидкістю навантаження часток, свідчать, що високошвидкісне подрібнення побіжних продуктів у роторному млині в порівнянні з подрібненням у кульовому млині приводить до аморфизації речовини, зникнення ліній кристалічних гідросилікатів кальцію і до появи низькоосновних гідросилікатів кальцію типу CSH(B) i C2SH2 , які надають цементному каменю високу міцність.
Досліджена роль малих часток при подрібненні вапняку і визначено їх внесок в загальний рівень механоактивації матеріалу при високошвидкісному подрібненні. Подрібнення вапняку Альминського родовища виконували у млині ударної дії РМУ - 100В при лінійних швидкостях ротора від 50 м/с до 300 м/с. У подрібненому при різних швидкостях вапняку методом дисперсного аналізу визначали кількість часток розміром до 5 мкм, питому поверхню і вміст вільного СаО. На рис. 1 показано залежності цих показників від швидкості подрібнення.
Рис. 1. Залежність питомої поверхні S (1), вмісту вільного СаО (2) та кількості часток розміром до 5 мкм (3) у подрібненому вапняку від максимальної лінійної швидкості обертання ротору млину ударної дії
На графіку видно, що крива з вмістом часток розміром до 5 мкм корелює з кривою декарбонизації вапняку, яка характеризує рівень механоактивації матеріалу. Електронно-мікроскопічні дослідження структури подрібненого матеріалу підтвердили наявність декарбонизованих агрегатів, а також характер розподілу малих часток, який криється в розміщенні їх на поверхні значно більших часток. Було обумовлено визначну роль малих часток у механоактивації матеріалу при високошвидкісному подрібненні. Особливості поведінки цих часток, їх властивості і енергетичний стан дозволяють зробити важливий висновок про можливість отримання механоактивованих систем шляхом сумісного використання звичайних порошків і порошків, що складаються з активованих малих часток, при переробці твердих побіжних продуктів промислових виробництв у будівельні матеріали.
П’ятий розділ присвячено розробці будівельних матеріалів на основі механоактивованої вторинної сировини і дослідженню їх структури. Використання високошвидкісного подрібнення дозволяє по новому глянути на механізм структуроутворення і формування властивостей будівельних матеріалів з механоактивованої вторинної сировини і здійснити нетрадиційні підходи до технологічних параметрів і схем її переробки.
У цьому розділі було досліджено процеси механоактивації вапнякових побіжних продуктів видобутку каменю, пилевиносу обертових печей цементного виробництва, карбонатних побіжних продуктів содового виробництва, пиритних недогарків, гідролізного лігніну і були розроблені способи їх переробки у стінові теплоізоляційні, облицювальні і в’яжучі будівельні матеріали.
Одним з ефективних способів пiдвищення коефiцiєнту розм’якшення і зниження водопоглинання є гідрофобізація стінових матеріалів або сировинних сумішей кремнійорганічними речовинами. Деякі кремнійорганічні сполуки (органілхлорсилани, тетраалколсилани, органілсиликонати натрію, поліорганілгідросилоксани то що) створюють на різних матеріалах водовідштовхуючі плівки, тобто володіють здатністю гідрофобізувати гідрофільні поверхні. Основною реакцією, що приводить до створення водовідштовхуючих плівок з поліалкілгідросилоксанів, є їх взаємодія з гідроксильними групами поверхні. Наприклад, між поліетилгідросилоксаном (ГКЖ-94) і гідрооксидом кальцію вже при звичайній температурі йде хімічна реакція з виділенням водню і утворенням кальційорганілсилоксанів, що мають значну міцність і в’яжучі властивості. Було розроблено технологічні параметри отримання і досліджено структуру і властивості стінових матеріалів шляхом сполучення механоактивації вапнякових побіжних продуктів видобутку каменю високошвидкісним подрібненням з їх гідрофобізацією кремнійорганічними речовинами. Введення гідрофобної добавки ГКЖ-94 у кількості 0,1— 0,15% дозволяє отримати міцний (sсж=7— 9,8 МПа), водостійкий (коефіцієнт розм’якшення 0,8) і морозостійкий матеріал (35 — і більш 50 циклів) (табл.1).
Таблиця 1
Фізико-механічні властивості зразків на основі вапнякових побіжних продуктів і ГКЖ
|
Склад сировинної суміші, % (мас) |
||||||
|
вапнякові побіжні продукти |
глина |
ГКЖ-94 |
Границя міцності при стисненні, МПа |
Коефіцієнт розм,якшення |
Водопоглинання, % |
Морозостійкість, цикл |
|
100 85 100 100 85 85 |
— 15 — — 15 15 |
— — 0,10 0,15 0,10 0,15 |
6,4 8,6 7,7 7,9 9,4 9,8 |
— — 0,70 0,81 0,84 0,86 |
— — 0,50 0,40 0,10 0,10 |
— — 35 40 більш 50 більш 50 |
При високошвидкісному подрібненні вапнякових побіжних продуктів у суміші утворюється оксид кальцію, розміщений по поверхні більш великих зерен.
Добавка водного розчину кремнійорганічної речовини до механоактивованої сировинної суміші веде до появи в’яжучих властивостей гідрофобізатора з отриманням при пресуванні міцного водостійкого матеріалу. Ефект підвищення міцності посилюється доданням активованих глин, що містять аморфизовані оксиди кремнію, алюмінію, магнію, та здібні гідратуватися і тим самим приймати участь у створенні міцних і стійких структуроутворюючих сполук.
Електронно-мікроскопічні дослідження структури матеріалу дозволили виявити обкутуючі відокремлення продуктів взаємодії ГКЖ-94 з компонентами сировинної суміші, які пов’язують і покривають частки матеріалу, забезпечуючи підвищення міцності зразків, високу водостійкість і морозостійкість (рис. 2).
Другим напрямком отримання стінових матеріалів на основі механоактивованої вапнякової сировини є використання безводної силікат-натрієвої зв’язки. Були досліджені сировинні суміші на основі вапнякових побіжних продуктів видобутку каменю і безводної силікат-натрієвої зв’язки (силікатної брили) та розробка і отримання стінових матеріалів. Технологічний процес грунтується на відокремленій підготовці механоактивованої зв’язки і вапнякового заповнювача, при цьому останній модифікувався зв’язкою у процесі інтенсивного перемішування. Оптимальні витрати силікатної брили у порівнянні з відомими технологіями зменшились з 30% до 10— 20%, границя міцності матеріалу при стискуванні склала 22,9— 58,6 МПа (табл.2).
Було встановлено, що введення у сировину суміш пиритних недогарків у кількості 5— 20% підвищує міцність зразків у 2— 2,5 рази, що пов’язане з їх активацією і хімічною взаємодією з продуктами гідролізу силікатної брили.
Рис. 2 Структура зразка, що містить (%, мас.): 85% вапнякових побіжних продуктів, 15% глини і 0,15% ГКЖ-94 (збільшення 10000х)
Таблиця 2
Фізико-механічні характеристики зразків на основі безводної
силікат-натрієвої зв’язки (БСНЗ)
|
Склад сировинної суміші, % мас |
||||||
|
вапнякові побіжні продукти |
глина |
ГКЖ-94 |
Середня щiльнiсть, кг/м3 |
Границя міцності при стисненні, МПа |
Водопоглинання, % |
Коефiцiєнт розм'як-шення |
|
95 90 80 70 85 80 70 |
5 10 20 30 10 10 10 |
— — — — 5 10 20 |
1560 1550 1640 1670 1820 1870 1850 |
13,9 22,9 32,5 32,6 54,2 58,6 44,1 |
24,2 19,3 14,1 14,0 12,1 12,8 12,8 |
0,5 0,6 0,7 0,7 0,7 0,8 0,8 |
Варто звернути увагу на процес виготовлення зв’язки. Оскільки аморфний кремнезем силікатної брили має високу хімічну активність по відношенню до оксиду кальцію, який утворюється при високошвидкісному подрібненні вапняку, механоактивацію силікатної брили проводили з добавкою вапняку у млині РМУ-100В. Кількість вапняку складала 10% від загальної його маси, що приблизно відповідає кількості малих часток розміром до 10 мкм, які дають найбільший внесок у внутрішню енергію матеріалу, що подрібнюється. Для збарвлюючого ефекту у в’яжучі вводились пиритні недогарки — побіжні продукти виробництва сірчаної кислоти ВО “Титан”. У дослідженнях використовувалась силікатна брила ВО “Титан” з кремнеземистим модулем 2,9. Основний обсяг побіжних продуктів камнепилення подрібнювали у кульовому млині до 0 — 2 мм, після чого вапняк модифікували активованим в’яжучим у лопатевому змішувачі, сировинну суміш зволожували до вологості 10% і при питомому тиску 25 МПа пресували зразки-циліндри. Теплову обробку зразків проводили у режимі: запарювання при 90— 95о С — 4 години, сушіння при 180— 200оС — 4 години.
Електронно-мікроскопічні дослідження структури зразків виявили кристалічні новоутворення від взаємодії гідросилікатів натрію і оксидів кальцію сплутано-волокнистої форми, частки вапняку і новоутворення від введення пиритних недогарків, що зшивають частки і агрегати вапняку і безводної силікат-натрієвої зв’язки.
Таким чином, модифікування вапнякових побіжних продуктів видобутку каменю механоактивованим в’яжучим на основі безводної силікат-натрієвої зв’язки вапняку і пиритних недогарків дозволило отримати зразки стінових матеріалів з міцністю до 58,6 МПа і підтвердити можливість використання у технологіях процесу модифікування речовин малими частками.
Вивчені вапняково-кремнеземисті сировинні суміші з використанням побіжних продуктів содового виробництва і було досліджено структуру матеріалів на їх основі. Рентгенофазовим і диференційно-термічним аналізами встановлено, що високошвидкісна механоактивація вапняково-кремнеземистої сировинної суміші на основі побіжних продуктів содового виробництва впливає на процес структуроутворення силікатного матеріалу при його гідротермальній обробці, що сприяє виникненню більш міцних однокальцієвих гідросилікатів CSH(B), які у сполученні з C2SH(A) утворюють міцний силікатний матеріал (рис. 3). Розроблено технологічний процес утилізації побіжних продуктів содового виробництва (карбонатні побіжні продукти процесу гашення вапна) шляхом приготування механоактивованого в’яжучого, що містить 70% побіжних продуктів содового виробництва і 30% кварцевого піску, змішування в’яжучого з вапняковими побіжними продуктами видобутку каменю і фарбуючою добавкою, вібропресуванням облицювальних плит та їх автоклавуванням. Отримані облицювальні плити середньої щiльностi 1600— 1900 кг/м3 , з границею міцності при стисненні 5— 10 МПа і морозостійкістю більш, ніж 25 циклів.
Рис. 3 Рентгенограми силікатних зразків (а — сировинна суміш, що подрібнена у кульовому млині; б — сировинна суміш, що подрібнена у млині РМУ-100В)
Важливим напрямком утилізації вапнякових побіжних продуктів видобутку каменю є отримання на їх основі теплоізоляційних порошків для засипки, які, наприклад, використовуються при безканальному прокладенні трубопроводів. Розширення функціональних можливостей порошків дозволяє значно зменшити капітальні витрати, економити дефіцитні матеріали, скоротити терміни будівництва.
На основі вапнякових побіжних продуктів видобутку каменю і гідролізного лігніну було розроблено порошковий матеріал, який окрім гідрофобних та теплоізоляційних властивостей має антикорозійний ефект. Цей ефект забезпечується наявністю у суміші гідролізного лігніну, антикорозійні властивості якого пов’язані з його здібністю утворювати комплексні сполуки з металами і, зокрема, з оксидами заліза і його сполуками. Гідролізний лігнін є відходом гідролізно-дріжджевих заводів в подрібненому і модифікованому вигляді являє собою порошковий перетворювач іржі (ППІ). Фізико-хімічною основою виробництва теплоізоляційного антикорозійного порошкового матеріалу є здібність гідролізного лігніну диспергуватися до розміру часток 2 мкм, взаємодіяти з оксидом кальцію, що утворюється при спільному високошвидкісному подрібненні вапнякових побіжних продуктів і гідролізного лігніну. Оксид кальцію взаємодіє з карбоксильними групами природного редокс-полімеру (гідролізного лігніну) з утворенням кальцієвої солі редокс-полімеру, яка може утворювати за рахунок функціональних груп — спиртових, фенольних і карбоксильних — комплексні сполуки з оксидами і гідрооксидами заліза. У результаті припиняється корозійний процес, тобто кальцієва сіль редокс-полімеру, яка утворилася, надає суміші антикорозійні властивості.
Було розроблено технологічні параметри отримання теплоізоляційного порошкового матеріалу шляхом високошвидкісного спільного подрібнення компонентів. При цьому встановлено, що високошвидкісне подрібнення вапняку спільно з ППІ за даними рентгенографічного аналізу приводить до створення кристалів кальциту (заменшення інтенсивності піків кальциту) у порівнянні з подрібненням без ППІ. Насипна щiльнiсть засипки 670—780 кг/м3, коефіцієнт теплопровідності 0,08— 0,14 Вт/м К.
Механоактивація високошвидкісним подрібненням використана для розробки способу утилізації пилу клінкеровипалювальних печей цементного виробництва. Більше 80% пилу, що утворюється на цементних підприємствах і уловлюється пилостримуючими агрегатами, виділяється клінкеровипалюючими печами. Основним напрямком утилізації пилу печей є його використання безпосередньо у процесі виробництва цементу. За звичаєм пил різними способами повертають у піч або використовують у змішаних в’яжучих при виготовленні силікатної цегли і силікатних бетонів, асфальтових бетонів.
Розроблена технологія утилізації пилу обертових печей, суть якої полягає у високошвидкісному подрібненні і механоактивації цементного пилу і його синхронному зведенні у цементні силоси разом з портландцементом. Цементний пил від електрофільтрів, з пилоосадових камер і у суміші активували у млині РМУ-100В та подавали у портландцемент у кількості 3— 15% (мас). З отриманого в’яжучого виготовлялися стандартні зразки на основі Вольського кварцевого піску та визначалися їх фізико-механічні властивості. Результати досліджень (табл.3) свідчать про позитивний вплив активованого пилу на міцність зразків.
Таблиця 3
Фізико-механічні властивості зразків на основі портландцементу з добавкою цементного пилу
|
Склад в,яжучого |
Границя міцності (МПа) у віці 28 діб |
|
ПЦ |
цементний пил |
при вигині |
при стисненні |
|
100 97 95 90 85 |
- 3 5 10 15 |
5,9 6,3 6,1 6,4 6,0 |
34,2 34,0 35,2 36,7 34,1 |
Петрографічні дослідження структури цементного каменю з домішкою механоактивованого цементного пилу не виявили новоутворень, які приводять до виникнення дефектів і втрати міцності зразків. Оскільки цементний пил обертових печей містить підвищену кількість SO3 i Na2O+K2O, що регламентується стандартом, у порівнянні з портландцементом, обсяг пилу, який додають до ПЦ, обмежується сумарним вмістом у в’яжучому саме цих оксидів. Простий розрахунок показує, що для більшості цементних заводів обсяг пилу, що утилізується, не перевершує 5— 7%. Зокрема, для Бахчисарайського цементного заводу ця кількість перевершує увесь обсяг пилу, що уловлюється, тобто увесь обсяг пилу може бути повністю утилізовано без зниження якісних характеристик портландцементу.
У шостому розділі досліджено фізико-механічні властивості будівельних матеріалів на основі механоактивованої вторинної сировини, розроблені технології їх виробництва з використанням нових конструкцій високошвидкісних млинiв-активаторів, приведені результати промислового освоєння технологій та визначено техніко-економічну ефективність виробництва. Приведено результати досліджень експериментальних партій рядкової і лицьової цегли, облицювальних плит, теплоізоляційної антикорозійної засипки, портландцементу з добавкою пилу обертових печей. Фізико-механічні характеристики виробів і матеріалів експериментальних партій свідчать, що використання механоактивації вторинної сировини дозволяє отримати будівельні матеріали з високими якісними показниками.
Було показано, що неможливо ефективно використовувати роздрібнювачі одного типу для механоактивації і модифікації багатьох твердих матеріалів із-за різноманітності їх властивостей і різної мети процесу механоактивації. Розроблено цілий ряд високошвидкісних млинів-активаторів нових конструкцій, в яких навантаження матеріалу здійснюється вільним ударом. В млинах першого типу вільний удар здійснюється робочими органами (билами) об частки матеріалу, у млинах другого типу — співзіткненням часток між собою. Млини третього типу розроблені для отримання гомогенізованих двокомпонентних сумішей і для розподілу однокомпонентних сумішей на активовані потоки матеріалу різної дисперсності і рівня механоактивації. На основі експериментальних даних, аналітичних і емпіричних залежностей розроблено конструкторську документацію, виготовлено експериментальні зразки роторних млинів РМУ-100В, РМУ-1000Г і відцентрово-протипотоковий млин ВПМ. У результаті випробувань високошвидкісних млинів-активаторів і електронно-мікроскопічних досліджень подрібненого в них вапняку було встановлено, що частки матеріалу, подрібненого у млинах РМУ-100В і РМУ-1000Г мають однакову полідисперсність і розмір часток до 15 мкм. Вапняк, подрібнений в ВПМ має частки до 40 мкм.
Досліджено вплив високошвидкісного подрібнення на кристалічну структуру і температуру дисоціації мармуроподібного вапняку. Диференційно-термічним аналізом було встановлено зниження температури дисоціації на 75оС механоактивованого вапняку, подрібненого у високошвидкісному роторному млині РМУ, в порівнянні з вапняком, подрібненим у кульовому млині. Рентгенографічним аналізом показана аморфізація механоактивованого вапняку, яка виявилась у зниженні ступеня кристалічності на 28— 30%.
Експериментально показано, що багаторазовому навантаженню з інтенсивністю, що зростає, за краще віддати перевагу над одноразовим навантаженням навіть з більш високою швидкістю. В роздрібнювачах РМУ частки матеріалу піддають багаторазовому ударному навантаженню з постійно зростаючою швидкістю удару до 103— 109 м/с (розмір кінцевого продукту до 15 мкм). У роздрібнювачі ВПМ частки матеріалу, сковзнувши з розгінних лопатей, будуть мати в противопотоці значно меншу кількість співзіткнень і з меншою швидкістю, хоча швидкість першого співзіткнення в 2,6— 2,7 разів перевершує швидкість в млинах РМУ (розмір кінцевого продукту до 40 мкм).
При конструюванні високошвидкісних млинів-активаторів необхідно враховувати позитивний вплив зростання температури на процес подрібнення і механоактивації. Технологічно такого підвищення температури можна досягти відомим заходом використання теплоти, яка виділяється при подрібненні, наприклад, створенням високошвидкісних млинів з тепловою ізоляцією.
Досліджена залежність від часу спаду рівня механоактивації твердих побіжних продуктів виробництва після припинення обробки матеріалу. Було встановлено, що ефект механічної активації спадає протягом часу, зникаючи у вапнякових побіжних продуктах пилення каменю через 20 хвилин, побіжних продуктах шиферного виробництва — через 40 хвилин, пилу обертових печей — через 50 хвилин (рис. 4). При цьому загальним для всіх побіжних продуктів є інтенсивний спад рівня механоактивації у перші 5— 10 хвилин після подрібнення.
Для використання з максимальною ефективністю внутрішньої енергії, накопиченої матеріалом у процесі високошвидкісного подрібнення, механоактивовані побіжні продукти необхідно піддати наступній технологічній операції через 1— 5 хв. після припинення обробки. В технологічних схемах необхідно відмовитись від проміжних накопичувальних бункерів між високошвидкісним роздрібнювачем і обладнанням чергової стадії.
Досліджено вплив інтенсивності перемішування механоактивованих сировинних компонентів у процесі виготовлення сировинних сумішей на фізико-механічні властивості стінових матеріалів і дрібнозернистого бетону на основі портландцементу з добавкою пилу обертових печей. Показано, що зростання швидкості перемішування приводить до зростання можливості руйнування агрегатних часток з оголюванням їх активної поверхні і рівномірного та однорідного формування структури будівельних матеріалів. Це підтвержено більш високими фізико-механічними показниками зразків та виробів. Встановлено, що для підтримання активності часток матеріалу, який високошвидкісно подрібнювали, та для посилення ефекту механоактивації у процесі підготовки сировинних сумішей необхідно використовувати інтенсивне перемішування сировинних компонентів у швидкісних змішувачах примусової дії з лінійною швидкістю обертання лопатей 2— 3 м/ с при тривалості перемішування 90—120 с.
Рис. 4. Залежність вмісту СаО у вапнякових побіжних продуктах (1,2), границі міцності при стисненні зразків з шиферних побіжних продуктів (3,4) і пилу цементного виробництва (5,6), що подрібнені у млинах РМУ-100В (1,3,5) та РМУ-1000Г (2,4,6) від часу витримання після подрібнення
Обгрунтовано технологічні схеми подрібнення і механоактивації твердих побіжних продуктів виробництва і проведено оцінку сумарних питомих енергозатрат на ці процеси. Показано, що зниження енергоємності роздрібнення і подрібнення вапняку на 10% можна досягти при обробленнi матеріалу у валковій дробарці перед високошвидкісним подрібненням. Питомі енергозатрати при модифікуванні матеріалу механоактивованими малими частками майже у два рази нижче, ніж при активації усього матеріалу.
Розроблено технологічні схеми і технологічні регламенти процесу виробництва рядкової і лицьової цегли на основі вапнякових побіжних продуктів добутку каменю, облицювальних плит на основі побіжних продуктів содового виробництва, теплоізоляційної антикорозійної засипки на основі побіжних продуктів камнедобутку і ППР та утилізації пилу обертових печей цементного виробництва з використанням механоактивованих сировинних компонентів.
Розроблені технології і високошвидкісні млини впроваджено на Бахчисарайському цементному заводі, Кримському содовому заводі, НВФ “ЭСПО”, МБП “Будкомплекс” та інших підприємствах.
Виконана техніко-економічна оцінка використання технології у будівельній індустрії. Сумарна економічна ефективність з урахуванням ефекту від скорочення економічної утрати, яка наноситься навколишньому середовищу скопичуванням побіжних продуктів у відвалах, і ефекту від реалізації продукції на основі механоактивованої вторинної сировини, склала 1 млн.377 тисяч гривень.
Загальні висновки
1. Аналіз сучасних досліджень і ресурсозберігаючих технологій показав, що одним з перспективних напрямків підвищення якості будівельних матеріалів є використання в їх виробництві механоактивації сировинних компонентів. До цього часу не встановлено закономірності впливу інтенсивної механічної дії при високошвидкісному подрібненні на процеси руйнування та механоактивації мінеральної сировини, особливо вторинної, і на формування структури та властивостей будівельних матеріалів на її основі. Це не дозволяє обгрунтовано підійти до створення якісних будівельних матеріалів і технологій їх виготовлення з використанням активованих побіжних продуктів виробництва та, тим самим, ефективно вирішити важливу проблему перероблення вторинної сировини в галузі будівельної індустрії.
2. Розроблено методологічні основи дослідження динамічного руйнування твердих тіл при високошвидкісному навантаженні, характерному для механоактиваційних процесів, які включають нові методики і створені пристрої для ініціювання тріщиноутворення високошвидкісним навантаженням, для вивчення взаємодії хвиль напружень поблизу тріщин, реєстрації хвильових полів і динаміки тріщин, що швидко розповсюджуються, одноразового ударного руйнування окремих часток матеріалу, визначення довговічності зразків, дисперсного аналізу подрібнених матеріалів та математичної обробки експериментальних даних на комп’ютері. Крім того, використовувались сучасні методи хімічного, електронно-мікроскопічного, рентгенографічного, диференційно-термічного та інших аналізів.
3. Теоретичними і експериментальними дослідженнями процесів тріщиноутворення при динамічному навантаженні твердих тіл уперше доказано, що їх руйнування при високошвидкісному навантаженні, яке характерне для проявлення механоактиваційних ефектів, визначається термоактиваційним механізмом, який залежить від структури матеріалу і швидкості навантаження.
4. Уперше експериментально встановленно зниження питомої поверхневої енергії руйнування твердих матеріалів при зростанні швидкості високошвидкісного подрібнення у діапазоні (0,6— 2).106 МПа/с. Була одержана аналітична залежність для розрахунку питомої поверхневої енергії руйнування та здійснена оцінка енергоємності руйнування вапняків при швидкостях навантаження, які характерні для кульового млина. Показано, що енергоємність подрібнення вапняків у високошвидкісних млинах у 1,2— 3,2 рази нижче у порівнянні з кульовим млином та залежить від пластичних властивостей матеріалів.
5. Математичним моделюванням на комп’ютері процесу руйнування окремих часток матеріалу при високошвидкісному ударі з використанням чисельного модифікованого методу кінцевих елементів, показано, що зі зростанням швидкості удару з 50 до 200 м/с після затухання хвильвих процесів поверхня руйнування збільшується у 2,4 рази. Експериментальними дослідженнями процесу руйнування окремих часток твердих матеріалів зі швидкостями співзітхнення у діапазоні 50— 300 м/с при температурі 273— 373 К доказано, що критична швидкість співзіткнення часток, яка відповідає початку механоактивації, при зростанні температури від 273 до 373 К знижується з 150 м/с до 50— 100 м/с
6. Встановлено переважний внесок малих часток (менших за 5 мкм) у зростання внутрішньої енергії вапняків, які подрібнюються, і рівень їх механоактивації, що визначають по змісту у матеріалі вільного СаО. Показано, що доля часток розміром менше за 5 мкм у мінеральній сировині, яка подрібнена у високошвидкісних роторних і газострумневих млинах, у 4,2— 6,8 разів перевищує їх наявність у матеріалі, який отримано у кульовому та вібраційному млинах. Доказано, що високошвидкісне подрібнення знижує температуру дисоціації вапняка на 75оС і частково аморфізує його кристалічну структуру, знижуючи ступінь кристалічності на 28— 30%.
7. Встановлена залежність падіння протягом часу рівня механоактивації твердих побіжних продуктів виробництва (побіжних продуктів камнепилення вапняку, шиферного виробництва, пилу обертових печей цементного виробництва) після закінчення обробки матеріалів у високошвидкісних роторних млинах. Було показано, що ефект механічної активації, який визначають по вмісту вільного СаО у вапняку та по межі міцності зразків з активованих побіжних продуктів шиферного і цементного виробництва, зберігається протягом 5— 10 хвилин, монотонно знижується і повністю зникає через 20— 50 хвилин після подрібнення.
8. У результаті теоретичних та експериментальних досліджень механізму руйнування твердих матеріалів, створені фізико-технологічні основи організації високошвидкісного подрібнення і активації твердих побіжних продуктів виробництва у високошвидкісних млинах-активаторах і розроблено будівельні матеріали та ресурсозберігаючі технології їх вироблення на основі механоактивації вторинної сировини гірничодобувної, хімічної, харчової галузей і галузі будівельної індустрії:
— на основі карбонатних побіжних продуктів камнедобутку одержано стінові матеріали шляхом їх механоактивації та гідрофобізації кремнiйорганічними речовинами. Показано, що введення гідрофобної домішки ГКЖ-94 у процесі високошвидкісного подрібнення у кількості 0,1— 0,15% дозволяє одержати міцний (7-9,8 МПа), водостійкий (коефіцієнт розм’якшення 0,8) та морозостійкий матеріал (35 — більш 50 циклів);
— на основі карбонатних побіжних продуктів каменедобутку і безводної силікат-натрієвої зв’язки (силікатної брили) одержано стінові матеріали шляхом роздільної підготовки механоактивованої зв’язки та карбонатного заповнювача. Встановлено, що оптимальна витрата силікатної брили у порівнянні з відомими технологіями зменшилась з 30% до 10— 20%, межа міцності при стиску складає 22,9— 58,6 МПа. Показано, що введення у сировину суміш піритних недогарок у кількості 5— 20% збільшує міцність зразків у 2— 2,5 рази, що пов’язано з їх активацією і хімічною взаємодією з продуктами гідролiза силікатної брили;
— на основі вапномістючих побіжних продуктів содового виробництва одержано автоклавні силікатні облицьовувальні плитки з механоактивованого в’яжучого (70% побіжних продуктів содового виробництва і 30% кварцового піску), карбонатних побіжних продуктів каменедобутку та пігментної домішки. Рентгенофазовим і диференційно-термічним аналізом встановлено, що високошвидкісна механоактивація вапняково-кремнеземистої сировинної суміші впливає на процес структуроутворення силікатного матеріалу при його гідротермальній обробці, що сприяє виникненню більш міцних однокальцієвих силікатів;
— розроблено теплоізоляційний антикорозійний матеріал (засипка) щодо безканального проведення теплотрас на основі карбонатних побіжних продуктів каменевидобуття та порошкового перетворювача іржі шляхом їх високошвидкісного спільного подрібнення. При цьому встановлено, що високошвидкісне подрібнення вапняка разом з ППІ, за даними рентгенографічного аналізу, приводить до зниження ступеня його кристалічності на 30— 35% у порівнянні з подрібненням без ППІ. Насипна щiльнiсть засипки 670—780 кГ/м3, коефіцієнт теплопровідності 0,08— 0,14 Вт/м.К;
— встановлена можливість домішки механоактивованого пилу обертових печей цементного виробництва до портландцементу. Вивчення стандартних зразків на отриманому в’яжучому з домішкою до 15% активованого пилу показало, що марка в’яжучого у порівнянні з портландцементом без домішки не знижується;
— встановлена можливість повторного гідратаційного твердіння цементу, що міститься у побіжних продуктах шиферного виробництва і бетонах, які підлягають високошвидкісній механоактивації у роторному млині. За даними рентгенографічного аналізу, це пов’язано з аморфізацією структуроутворюючих компонентів цементу, що надає їм гідратаційну активність.
9. Розроблено ресурсозберігаючі технології виробництва стінових, облицювальних, теплоізоляційних та в’яжучих будівельних матеріалів з використанням процесу механоактивації вторинної сировини за допомогою млинів-активаторів ударної дії нових конструкцій. Технологічні принципи, що реалізовані в цих технологіях, спрямовані на максимальне використання ефекту механоактивації шляхом: вживання високошвидкісних млинів з багаторазовим навантаженням часток матеріалу вільним ударом з швидкістю не менш за 100 м/с; використання теплоти, що виділяється матеріалом при подрібненні; скорочення часу використання механоактивованого матеріалу до 1—5 хвилин; підсилення ефекту механоактивації інтенсивним перемішуванням сировинної суміші; модифікації сировинних компонентів механоактивованими малими частками.
10. Вірогідність наукових положень, теоретичних і практичних висновків була підтверджена достатнім обсягом експериментальних даних, отриманих у лабораторних, експериментальних, експериментально-промислових і виробничих умовах з використанням сучасних методів досліджень і інструментальних засобів вимірювань, а також позитивними результатами досліджень і експлуатації млинів-активаторів та технологій механоактивації і переробки вторинної сировини у будівельні матеріали різного призначення. При цьому обгрунтовано конкретність поставлення експериментів з граничних умов і основних факторів, що впливають, та були видані оцінки похибки отриманих експериментальних даних.
11. Проведена техніко-економічна і екологічна оцінка ефективності розроблених ресурсозберігаючих технологій вироблення будівельних матеріалів на основі механоактивованої вторинної сировини та показано, що вони забезпечують здобування високоякісних стінових, облицювальних, в’яжучих та теплоізоляційних матеріалів з використанням побіжних продуктів різних виробництв, що підтверджено актами впровадження і економічним ефектом від виробництва будівельних матеріалів у розмірі 1377 тис. грн. Крім того, одержано економічний ефект від скорочення екологічної утрати, яка наноситься навколишньому середовищу скопичуванням побіжних продуктів у відвалах в розмірі 637 тис. грн.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ
1. Федоркин С.И. Механоактивация вторичного сырья в производстве строительных материалов.— Симферополь: Таврия, 1997.— 180 с.
2. Федоркин С.И. О влиянии малых частиц на изменение внутренней энергии твердых материалов при высокоскоростном измельчении// Строительные конструкции и материалы. Сборник научных трудов КИПКС. — Симферополь: Таврия, 1997.— С.30— 34.
3. Федоркин С.И. Технологическая оценка релаксации механоактивированного вторичного сырья// Строительные конструкции и материалы. Сборник научных трудов КИПКС. — Симферополь: Таврия, 1997.— С.35— 39.
4. Федоркин С.И. Технологии утилизации известняковых отходов камнедобычи с использованием процесса механоактивации сырьевой смеси// Строительство и техногенная безопасность. Сборник научных трудов КИПКС. — Симферополь: Таврия. 1998.— С.— 88— 92.
5. Федоркин С.И. Влияние интенсивности перемешивания на уровень механоактивации активированного вторичного сырья в процессе его переработки в строительные материалы// Строительство и техногенная безопасность. Сборник научных трудов КИПКС. — Симферополь: Таврия, 1998.— С.— 93— 97.
6. Федоркин С.И. Проблемы экспериментального моделирования процессов разрушения твердого техногенного сырья при измельчении и механоактивации// Строительство и техногенная безопасность. Сборник научніх трудов КИПКС. — Симферополь: Таврия, 1998.— С.— 97— 102.
7. Федоркин С.И. Новые направления переработки известняковых отходов камнедобычи//Труды Крымской академии наук. Научно-практический сборник. Вып. №1.— Симферополь: Таврия.— 1998.— С. 83— 86.
8. Федоркин С.И. Влияние скорости соударения частиц известняка на процесс их измельчения и механоактивации // Строительство и техногенная безопасность. Сборник научных трудов КИПКС. – Симферополь: Таврия, 1999. – С.144-149.
9. Костандов Ю.А., Скоблин А.А, Федоркин С.И., Шевляков Ю.А. Фрактографичесий анализ развития трещин при динамическом нагружении// Механика композитных материалов.— 1986.— №6.— С.987— 994 (Проведено аналіз результатів досліджень).
10. Костандов Ю.А., Скоблин А.А., Федоркин С.И. Методика исследования процесса разрушения полимерных материалов при динамическом нагружении// Заводская лаборатория.— 1986.— №9.— С.65— 67 (Запропонована методика досліджень та проведено аналіз результатів експерименту).
11. Костандов Ю.А., Локшина Л.Я., Федоркин С.И. К вопросу автоматизации исследования конструкций поляризационно-оптическим методом// Известия вузов. Строительство и архитектура.— 1987.— №11.— С.109— 111 (Запропоновано метод фільтрації експериментальних даних).
12. Костандов Ю.А., Скоблин А.А., Федоркин С.И., Шевляков Ю.А. Характер движения трещины при динамическом воздействии// Прикладная механика.— 1988.— Т.24, №3.— С.69— 75 (Запропоновано модель стрибкоподібного розповсюдження тріщин).
13. Костандов Ю.А., Федоркин С.И. Распространение фронта быстрых трещин в твердых полимерах// Проблемы прочности.— 1988.— №9.— С.23— 26 (Проведено аналіз та пояснення результатів експерименту).
14. Костандов Ю.А., Федоркин С.И. Методика исследования фронта быстрораспространяющихся трещин в прозрачных материалах// Заводская лаборатория.— 1989.— №3.— С.59— 61 (Запропоновано методику та проведено аналіз результатів досліджень).
15. Костандов Ю.А., Федоркин С.И. Микромеханика разрушения твердых полимеров при динамичном нагружении// Проблемы прочности.— 1990.— №2.— С.80— 85 (Запропоновано механізм руйнування твердих полімерів при динамічному навантаженні).
16. Костандов Ю.А., Локшина Л.Я.,Федоркин С.И. Определение эффективной поверхностной энергии динамического разрушения// Проблемы прочности.— 1992.— №7.— С.10— 14 (Запропонована методика визначення енергії динамічного руйнування).
17. Костандов Ю.А., Рыжаков А.Н., Федоркин С.И. Разрушение твердых полимеров при импульсном растяжении//Проблемы прочности.— 1992.— №7.— С.14— 17 (Проведено постановку екмперименту та аналіз результатів досліджень).
18. Федоркин С.И., Димитращук Л.Н. Высокопрочные материалы на основе карбонатных порд Крыма и силикат-натриевой связки // Строительство и техногенная безопасность. Сборник научных трудов КИПКС. – Симферополь: Таврия, 1999. – С 138-142 (Проведено постановку експерименту та аналіз результатів досліджень).
19. А.с. 1392434 СССР, МКИ С 01 № 3/18. Образец для исследования распространения трещин/ Ю.А. Костандов, С.И. Федоркин (СССР).— №4085382/25; Заявлено 30.01.86; Опубл. 30.04.88, Бюл. №16.— 2 с. (Запропонована конструкція зразка).
20. А.с. 1364863 СССР, МКИ С 01 В 11/18. Образец для исследования напряжений в вершине бегущей трещины/ Ю.А. Костандов, С.И. Федоркин (СССР).— №4055528/25; Заявлено 15.04.86; Опубл. 01.01.88, Бюл. №1.— 3 с. (Розроблені основні конструкційні параметри зразка).
21. А.с. 1629272 СССР, МКИ С 04 В 20/10. Способ получения порошкового теплоизоляционного материала/ С.И. Федоркин, Ю.Н. Форостян, И.В. Ванеева (СССР).— № 4494506/33; Заявлено 10.08.88; Опубл.23.02.91, Бюл. №7.— 2 с. (Запропоновано використання лігніну в сировинній суміші).
22. А.с. 1661171 СССР, МКИ С 04 В 40/00. Способ изготовления строительных изделий/ С.И. Федоркин, И.В. Ванеева (СССР).— №4494369/33; Заявлено 23.08.89; Опубл. 07.07.91, Бюл. №25.— 2 с. (Запропоновано основні параметри способу).
23. А.с. 1717581 СССР, МКИ С 04 В 28/22. Способ получения строительных изделий/ С.И. Федоркин, И.В. Ванеева (СССР).— №4642894/33; заявлено 19.12.88; Опубл. 07.03.92, Бюл. №9.— 3 с. (Розроблені основні параметри способу).
24. А.с. 1766874 СССР, МКИ С 04 В 28/00. Способ изготовления строительных изделий/ С.И. Федоркин, И.В. Ванеева, А.С. Перминов (СССР).— №4819218/05; Заявлено 22.03.90; Опубл. 07.10.92, Бюл. №37.— 3 с. ( Запропоновано основні параметри способу).
25. А.с. 1719062 СССР, МКИ В 02 С 13/14. Мельница ударного действия/ С.И. Федоркин, В.Я. Горбань (СССР).— №4756262/33; Заявлено 04.11.89; Опубл. 15.03.92, Бюл. № 10.— 3 с. (Розроблена принципова конструкція млина ударної дії).
26. А.с. 1717215 СССР, МКИ В 02 С 13/06. Мельница ударного действия/ С.И. Федоркин, А.С. Перминов, Г.В. Суворов, Е.В. Кононов (СССР).— №4819216/33; Заявлено 27.03.90; Опубл. 07.03.92, Бюл. №9.— 3 с. (Розроблено основні елементи конструкції млина).
27. А.с. 1717216 СССР, МКИ В 02 С 13/ 16. Мельница ударного действия/ С.И. Федоркин, Г.В. Суворов, Е.В. Кононов (СССР).— №4820914/33; Заявлено 27.03.90; Опубл. 07.03.92, Бюл. №9.— 3 с. (Розроблена принципова конструкція млина).
28. А.с. 1717221 СССР, МКИ В 02 С 18/06. Мельница ударного действия/ С.И. Федоркин, Г.В. Суворов, Е.В. Кононов (СССР).— №4820912/33; Заявлено 27.03.89; Опубл. 07.03.92, Бюл. №9.— 3 с. (Розроблена принципова конструкція млина).
29. А.с. 1729576 СССР, МКИ В 02 С 13/06. Мельница ударного действия/ С.И. Федоркин, А.С.Перминов, В.Г. Суворов, Е.В. Кононов (СССР).— №4818885/33; Заявлено 27.03.90; Опубл. 30.04.92, Бюл. №16.— 3 с. (Розроблені основні елементи конструкції млина).
30. А.с. 1759453 СССР, МКИ В 02 С 13/02. Мельница ударного действия/ С.И. Федоркин, Г.В. Суворов (СССР).— №4761519/33; Заявлено 23.10.89; Опубл. 07.09.92, Бюл. №33.— 3 с. (Розроблена принципова конструкція млина).
31. Пат.1729573 СССР , МКИ В 02 С 7/06. Центробежная мельница/ С.И. Федоркин, Е.В. Кононов, Г.В. Суворов (СССР).— ).— №4808151/33; Заявл.16.02.90; Опубл. 30.04.92, Бюл. №16.— 3 с. (Розроблена принципова конструкція відцентрового млина).
32. Пат. 2012548 РФ, МКИ С 04 В 28/18. Способ получения строительных изделий/ С.И. Федоркин, Н.Н. Фальковский (Украина).— №5009022/33; Заявл. 17.09.91; Опубл. 15.05.94, Бюл. №9.— 5 с. (Запропоновано склад сировинної суміші та основні параметри способу).
33. Пат. 1819 Украина, МКИ С 04 В 28/18. Способ получения строительных изделий/ С.И. Федоркин, Н.Н. Фальковский (Украина).— №93260447; Заявл. 29.10.93; Опубл. 25.10.94, Бюл. №3.— 3 с. (Запропоновано склад сировинної суміші та основні параметри способу).
34. Пат.1820 Украина, МКИ С 04 В 28/90. Способ изготовления строительных изделий/ С.И. Федоркин (Украина).— №9360448; Заявл.29.10.93; Опубл. 25.10.94, Бюл. №3.— 3с.
35. Пат. 2821 Украина , МКИ В 02 С 07/08. Центробежная мельница/ С.И. Федоркин (Украина).— №93300795; Заявл.29.04.94; Опубл. 26.12.94, Бюл. №5— 1.— 3с.
36. Федоркин С.И. Новые технологии переработки отходов химических и горнодобывающих предприятий Крыма// Материалы международной региональной конференции “Проблемы экологии и рекреации Азово-черноморского региона”.— Симферополь: КАН.— 1994.— С. 289— 291.
37. Федоркин С.И. Получение материалов наполненной каркасной структуры на основе отходов промышленности// Труды международной научно-технической конференции “Ресурсосбережение и экология промышленного региона”.— Макеевка: ДГАСА.— 1995.— С. 143— 144.
Федоркін С.І. Фізико-технологічні основи механоактивації вторинної сировини у виробництві будівельних матеріалів .— Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.05 — будівельні матеріали та вироби.— Донбаська державна академія будівництва та архітектури, Макіївка, 1999.
Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-технічної проблеми залучення вторинної сировини у виробництво будівельних матеріалів. В роботі було досліджено механізм динамічного руйнування матеріалів та умови його реалізації при механоактивації твердих побіжних продуктів виробництва. Встановлено технологічні принципи механоактивації вторинної сировини високошвидкісним подрібненням і показано її вплив на структуру та властивості побіжних продуктів і будівельних матеріалів з їх використанням. Розроблено та апробовано у технологіях нові конструкції млинів-активаторів. Створені фізико-технологічні основи механоактивації твердих побіжних продуктів високошвидкісним подрібненням при їх переробленні у будівельні матеріали. Основні результати роботи знайшли промислове використання у виробництві стінових, в’яжучих і теплоізоляційних матеріалів.
Ключові слова: механоактивація, динамiчне руйнування, вторинна сировина, високошвидкісне подрібнення, млини-активатори.
FEDORKIN S. I. The physico-technological principles of mechanical activation of recoverable waste in production of building materials. — Manuscript.
This is a typescript of a thesis for a degree of doctor of engineering (speciality — 05.23.05 — building materials and products). — Donbass State Academy of Construction and Architecture, Makeyevka, 1999.
The thesis is devoted to the solution of a topical scientific and technical problem of involving recoverable waste in production of construction materials. In the thesis the mechanism of dynamic destruction of materials has been studied and the conditions of its realization under mechanical activation of hard waste have been investigated. The technological principles of mechanical activation of recoverable waste by means of grinding at high speed have been determined. The way of mechanical activation influencing the structure and the properties of wastes and building materials has also been presented. New constructions of grinders — activators have been developed and tested. The physico-technological principles of mechanical activation of hard waste by means of grinding at high speed under their processing into building materials have been created. The main results of the thesis have found their industrial application in production of walling, binding and heat-insulating materials.
Key words: mechanical activation, dynamic destruction, recoverable waste, grinding at high speed, grinders-activators.
Федоркин С.И. Физико-технологические основы механоактивации вторичного сырья в производстве строительных материалов. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.23.05 - строительные материалы и изделия. - Донбасская государственная академия строительства и архитектуры, Макеевка, 1999.
Диссертация посвящена решению актуальной научно-технической проблемы использования попутных продуктов строительной индустрии, горнодобывающих, химических и пищевых предприятий юга Украины в производстве строительных материалов. Основная цель работы – разработка физико-технологических основ механоактивации вторичного сырья высокоскоростным измельчением для получения строительных материалов и создания ресурсосберегающих технологий их производства путем установления закономерностей влияния интенсивного механического воздействия на процессы разрушения и активации минерального сырья и на формирование структуры и свойств строительных материалов с его использованием. В диссертации исследован сложный механизм динамического разрушения твердых тел и обоснованы оптимальные условия реализации этого механизма при высокоскоростном измельчении и механоактивации вторичного сырья в производстве строительных материалов. Разработаны методологические основы исследования динамического разрушения твердых тел при высокоскоростном нагружении, характерном для механоактивационных процессов. Доказано, что разрушение твердых тел при высокоскоростном нагружении определяется термоактивационным механизмом. Экспериментально установлено снижение удельной поверхностной энергии разрушения твердых материалов с увеличением скорости нагружения частиц при измельчении. Произведена оценка энергоемкости измельчения известняков в мельницах различного типа. Экспериментально определены значения критической скорости соударения частиц материала, соответствующие началу механоактивации. Показан преимущественный вклад малых частиц в увеличение внутренней энергии измельченных известняков и уровень их механоактивации. Доказано снижение температуры диссоциации известняка и повышение степени аморфизации его кристаллической структуры при высокоскоростном измельчении. Установлена временная зависимость падения уровня механоактивации твердых попутных продуктов производства после их обработки в высокоскоростных роторных мельницах. Созданы физико-технологические основы организации высокоскоростного измельчения и активации твердых попутных продуктов производства в высокоскоростных мельницах-активаторах, разработаны строительные материалы и ресурсосберегающие технологии их изготовления. На основе карбонатных попутных продуктов камнедобычи получены стеновые материалы путем их механоактивации и гидрофобизации кремнийорганическими веществами. Из карбонатных попутных продуктов камнедобычи и безводной силикат-натриевой связки (силикат-глыбы) получены стеновые материалы раздельной подготовкой механоактивированной связки и карбонатного заполнителя. Установлен значительный рост прочности образцов при вводе в силикат-глыбу пиритных огарков. На основе известковосодержащих попутных продуктов содового производства разработаны автоклавные силикатные облицовочные плиты из механоактивированного вяжущего, карбонатных попутных продуктов камнедобычи и пигментной добавки. Получен теплоизоляционный антикоррозионный материал (засыпка) для бесканальной прокладки теплотрасс на основе карбонатных попутных продуктов камнедобычи и порошкового преобразователя ржавчины путем их высокоскоростного совместного измельчения. Установлена возможность добавки механоактивированной пыли вращающихся печей цементного производства к портландцементу, не снижающая марку вяжущего и качественные характеристики бетона. Показана возможность повторного гидратационного твердения цемента, содержащегося в попутных продуктах шиферного производства и бетонах, подверженных высокоскоростной механоактивации, которая обусловлена аморфизацией структурообразующих компонентов цемента. Разработаны ресурсосберегающие технологии производства приведенных выше строительных материалов с использованием процесса механоактивации вторичного сырья на созданных мельницах-активаторах ударного действия. Технологические принципы, реализованные в этих технологиях, направлены на максимальное использование эффекта механоактивации путем: применения высокоскоростных мельниц с многократным нагружением частиц материала свободным ударом; использования теплоты, выделяемой материалом при измельчении; сокращения времени использования механоактивированного материала; усиления эффекта механоактивации интенсивным перемешиванием сырьевой смеси; модификации сырьевых компонентов механоактивированными малыми частицами. Основные результаты работы нашли промышленное применение в производстве стеновых, вяжущих и теплоизоляционных материалов. Доказана их технико-экономическая и экологическая эффективность.
Ключевые слова: механоактивация, динамическое разрушение, вторичное сырье, высокоскоростное измельчение, мельницы-активаторы.
Пiдписано до друку 15.04.99 Формат 60х90 1/16. Папiр офсетний.
Гарнiтура “Таймс” Уч.-вид. арк. 1,7. Тираж 100 прим. Замовл. № 27
Безкоштовно
Друкарня видавництва “Таврида”, 333700, м. Симферополь,
вул. Генерала Васильєва, 44
2. Курсовая работа- Робота з таблицями баз даних в MS Excel
3. Тема 6. Ценообразование в сетевой экономике 1.html
4. Тема проекта- Теплотехнический расчет ограждающих конструкций 2х этажного жилого дома в г
5. Это вовсе не означает что в то время здесь не строили из кирпича а все здания сооружали только из дерева
6. О Святая Марта Ты Чудотворная Обращаюсь к тебе за помощью И полностью в моих нуждах и будешь мне помощнице
7. Исследование правового института судебного решения
8. Чисельні методи в інформатиці Завдання 1 Розв~язати систему рівнянь методом Гаусса з точністю д
9. Задачи ~ Сравните тексты задач
10. нулевой азотистый баланс суточное количество выведенного из организма азота соответствует количеству ус
11. Українсько-бельгійські відносини
12. Реферат- Организация управленческого труда
13. О товарных знаках знаках обслуживания и наименовании мест происхождения товаров который теряет силу с 1 я
14. Private label
15. Не обещай если ты не уверен что исполнишь обещание.html
16. охраняю сохраняю идеологическая ориентация и политическое движение противостоящее новым тенденциям соц.
17. Как отреагировало международное сообщество в защиту прав человека на войну в Косово и в частности на натов
18. Лабораторна робота 6 СУБД ccess
19. исключительно в интересах больного поступал так как считал нужным
20. Возраст и возрастная периодизация.html