Научно-технологические основы получения строительных композитов из дробленных отходов зданий и сооружений

Проект направлен на получение композиционных строительных материалов из дробленных отходов разрушенных зданий и сооружений. В проекте разработана научно-обоснованная технологическая схема получения композиционных материалов путем двухстадийной переработки отходов строительства (рециклинг): помол в шаровых мельницах и активация в аппаратах вихревого слоя. Снижение энергозатрат на получение 1 м3 строительных изделий составит от 15 до 35 % в зависимости от типа материала. При этом будут достигнуты следующие показатели: для бетонов (класс В55-В70, морозостойкость F600, водонепроницаемость W 20); для гипсовых изделий (прочность более 20 МПа, коэффициент размягчения более 0,6); для известково-кремнеземистых изделий (получение силикатного кирпича марки 100 без автоклавной обработки). Реализация поставленной проблемы основана на решении комплекса задач, связанных с изменением поверхностных свойств вяжущих на основе портландцемента, гипса и извести (изменение энергии Гиббса, электрокинетического потенциала, определение количества центров Бренстеда и др.) при активации в аппарате вихревого слоя (АВС); определении степени поверхностных и объемных дефектов вяжущих в зависимости от величины индукции электромагнитного поля, влияющих на скорость и направление химических процессов при гидратации твердеющих систем; уточнении механизма и выявлении особенностей процессов гидратации и структурообразования вяжущих систем, протекающих в условиях обработки в АВС; определении структурообразования строительных композитов на трех уровнях: микро, мезо и макро с целью исследования структуры межпоровых перегородок и разработки принципов повышения их прочности; разработки математической модели перемешивания вяжущего (с суперпластификатором, активными минеральными добавками) на основе типовых моделей структуры потоков и определении напряженно-деформированного состояния на основе численных исследований методом конечных элементов. Для решения поставленных задач предлагаются следующие методы и подходы: Влияние различных режимов работы АВС на физико-технические свойства строительных материалов планируется определять по известным математическим моделям планирования эксперимента (3-х, 4-х факторный эксперимент). Физико-механические характеристики цементов, композиционных вяжущих и бетонов планируется определять по стандартным методикам (ГОСТ и СП). Известно, что в процессе активации повышается удельная поверхность вяжущего. Это позволит получить закономерности изменения удельной поверхности частиц от прочности получаемых материалов и параметров активации. Измерение удельной поверхности активированных вяжущих планируется проводить по методу воздухопроницаемости (прибор АДП) и методом низкотемпературной адсорбции азота (методом БЭТ). Гранулометрический состав цемента и вяжущих композиций предлагается исследовать на фотоседиментографе "Lumosed" (Германия), а также ситовым анализом методом сухого и мокрого просева и седиментацией. Индукцию магнитного поля в аппарате вихревого слоя планируется определять магнитометром с датчиком Холла. Степень аморфизации поверхности вяжущего, изменения его поверхностных свойств (энергии Гиббса, дзета потенциала поверхности) планируется определять методом электрофореза на дзетаметре фирмы "Дзетаметр ИНК" (США). Научный интерес представляет изучение процессов гидратации, структурообразования, особенностей морфологии гидратных фаз материалов, полученных в процессе активации в АВС. Исследование температуры и степени гидратации, фазового состава продуктов гидратации цемента и вяжущих композиций предлагается проводить методами химического, рентгенофазового, дифференциально-термического анализов, ИК-спектроскопии и электронной микроскопии, а также методами термосной калориметрии и определением контракции вяжущего в процессе гидратации