ИСТИНА

Цель проекта: разработка научно-технологических принципов синтеза ресурсо- и энергоэффективных материалов строительного назначения с комплексом повышенных эксплуатационных свойств. Развитие представлений о физико?химических процессах твердения и структурообразования этих материалов как научной основы оптимизации их технологии. Установление возможных механизмов упрочнения исследуемых композитов при отсутствии высокотемпературной обработки. В качестве объектов исследования выбраны высококремнеземистые неорганические композиты безобжигового твердения на основе кремнезема, промышленных отходов и недефицитных неорганических связующих. Для достижения поставленной цели в рамках проекта планируется изучить влияние способов активации (механических, термических, химических) на процессы твердения и структурообразования высококремнеземистых смесей при их низкотемпературном синтезе в зависимости от дисперсности наполнителя, вида и количества модифицирующей добавки с привлечением методов электронной микроскопии высокого разрешения и локального анализа структуры и химического состава на границах раздела фаз. В результате будут сформированы новые подходы к синтезу высококремнезёмистых безобжиговых материалов и управлению их структурой и свойствами, которые будут использованы для создания маткриалов с повышенными физико-механическими свойствами (прочность, водостойкость, плотность, абразивоустойчивость). Подобные многоплановые исследования крайне редко встречаются для безобжиговых материалов, а обобщение эмпирических данных отсутствует вовсе.

The purpose of the project: development of scientific and technological principles for the synthesis of resource- and energy-efficient materials for construction purposes with a complex of enhanced operational properties. Development of ideas about physical and chemical processes of hardening and structure formation of these materials as a scientific basis for optimizing their technology. Determination of possible mechanisms of hardening of investigated composites in the absence of high-temperature processing. High-silica inorganic composites of low-temperature cure based on silica, industrial wastes and effective inorganic binders were chosen as research objects. To achieve this goal, it is planned to study the effect of activation methods (mechanical, thermal, chemical) on the hardening and structure formation of high-silica mixtures at low-temperature synthesis, depending on the dispersity of the filler, the type and amount of the modifying additive, using high-resolution electron microscopy and local analysis of structure and chemical composition at the interfaces. As a result, new approaches to the synthesis of high-silica low-temperature curing materials and the management of their structure and properties will be formed, which will be used to create matrials with increased physical and mechanical properties (strength, water resistance, density, abrasion resistance). Such multidisciplinary studies are extremely rare for low-temperature curing materials, and there is no generalization of empirical data at all.

На основе установленных закономерностей влияния физико-химических и технологических факторов (механоактивация и гранулометрия сырьевых материалов, соотношение компонентов сырьевых смесей, применение модифицирующих и технологических добавок, условия формования заготовок, температурно-влажностный режим обработки) на структуру, плотность, прочность и водостойкость высококремнезёмистых материалов в системе «кремнеземсодержащее сырье – щелочной активатор» предложить и обосновать технологическую схему получения безобжиговых высококремнезёмистых материалов на жидкостекольном связующем строительного назначения с повышенными эксплуатационными свойствами. - На основе результатов выполненных структурных и физико-химических исследований провести анализ и выявить особенности структурообразования синтезируемых материалов, определяемые природой и реакционной способностью наполнителя (кремнеземсодержащее сырье), а именно: установить зависимость степени полимеризации гелевидных фаз, образующихся в результате взаимодействия наполнителей с щелочным активатором, от химического состава реагентов; идентифицировать фазы, образующиеся в процессе твердения композиций и установить их влияние на прочность контактов и степень уплотнения структуры материала. Выявленные особенности могут послужить основой для оптимизации технологических параметров отдельных стадий синтеза высококремнеземистых материалов с учётом механизмов протекающих процессов. - Проведение полной оценки разработанных высококремнеземистых композиционных материалов безобжигового твердения. Определение уровня эксплуатационных свойств (прочность, водостойкость, пористость, истираемость, морозостойкость, кислотостойкость) и получение сравнительной характеристики с современными строительными материалами с целью определения конкурентных преимуществ разработанных высококремнеземистых материалов. - Установление возможностей модифицирования высококремнеземистых материалов безобжигового твердения с целью придания функциональных свойств, например, биостойкости. Уникальность результатов проекта будет заключаться в получении новых теоретических данных о процессах гелеобразования, полимеризации, наноструктурирования и их роли в формировании комплекса свойств безобжиговых материалов, что будет способствовать развитию технологии конкурентоспособных энерго- и ресурсоэффективных строительных материалов.

Накоплен опыт получения высококремнеземистых композиций на основе кремнеземсодержащего сырья и жидкостекольного связующего с применением оригинального способа изготовления. Проанализированы перспективы использования некоторых отходов промышленности и недефицитного местного сырья при изготовлении строительных материалов. С участием заявителя ведется активная работа по разработке высококремнеземистых композиций и изучению их физико-механических свойств. Проводятся исследования по оптимизации составов и условий твердения высококремнеземистых материалов. На основе результатов выполненных структурных и физико-химических исследований проведен анализ и выявлены особенности структурообразования высококремнеземистых композиций на основе кварцевого песка, определяемые природой и реакционной способностью наполнителя (рядовой кварцевый песок, механоактивированный кварцевый песок) и заключающиеся в различной степени полимеризации гелевидных фаз разного химического состава, образующихся в результате взаимодействия наполнителей с жидким стеклом, а также в образовании волокнистых кристаллов, повышающих прочность контактов и степень уплотнения структуры материала. Выявленные особенности послужат основой для рекомендаций различных температурно?влажностных условий обработки заготовок в зависимости от состава сырьевых смесей. Эти и другие результаты изучения процессов, протекающих при взаимодействии кремнеземсодержащего сырья и щелочного связующего на границе раздела фаз представляют научный интерес и могут быть применены в практических целях.

Разработка и оптимизация составов высококремнеземистых композиционных материалов безобжигового твердения с уровнем эксплуатационных характеристик: - прочность при сжатии 60 - 100 МПа; прочность при изгибе – не менее 15 МПа; - истираемость – не более 0,15 г/см2; - водостойкость (коэффициент размягчения) – не менее 0,8. - Экспериментальная оценка воздействия механоактивации на структуру и реакционную способность высококремнеземистого сырья; оптимизация технологических параметров механоактивации высококремнеземистого сырья в энергонасыщенном агрегате. - Разработка методов и способов активации и повышения реакционной способности высококремнеземистых композиций, включая механоактивацию высококремнеземистого сырья, и технических решений по интенсификации процессов их безобжигового твердения.