Анотація до роботи:

Гузій С.Г. Резистивні матеріали будівельного призначення на основі лужних в’яжучих систем. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 – будівельні матеріали та вироби. - Київський національний університет будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, Київ, 2002.

В роботі теоретично обгрунтована та практично підтверджена можливість отримання на основі лужних в’яжучих систем резистивних матеріалів будівельного призначення, що складаються з діелектричної матриці та струмопровідних заповнювачів. Встановлено, що стабільність електрофізичних властивостей резистивних матеріалів в робочому інтервалі температур 293-1073К досягається за рахунок направленого синтезу діелектричної матриці, що представлена низькоосновними силікатами кальцію групи воластоніта (a-CS, b-CS), які характеризуються максимальним значенням питомого опору серед відомих силікатів кальцію. Запропоновано склади високо- та низькоомних матеріалів на основі техногенної сировини. Встановлено технологічні параметри синтезу резистивних матеріалів та розроблено основи технології їх виробництва. Отримані резистивні матеріали застосовані як нагрівальні елементи в конструкціях гріючих панелей.

1. Вивчено фізико-хімічні закономірності отримання резистивних матеріалів на основі лужних в’яжучих зі стабільними електрофізичними властивостями в діапазоні температур Т=293-1073К, структура яких представлена діелектричною матрицею (з опором більше 10⁸ Омм), яка армована заповнювачами, що містять вуглець (карбід кремнію, графіт).

2. Досліджено особливості направленого синтезу діелектричної матриці, яка характеризується мінімальною зміною опору (1,2-2,3%) в системі “b-C₂S-Na₂OnSiO₂mH₂O” та показано, що найбільш високою міцністю (50-60 МПа) і питомим опором (більше 10⁸ Омм) відзначаються композиції, які отримані при використанні лужного компонента з силікатним модулем Мс=1,9 і густиною 1250 кг/м³. Склад продуктів гідратації та дегідратації діелектричної матриці представлений відповідно низькоосновними гідросилікатами кальцію групи CSH(B) та силікатами кальцію (a-CS, b-CS), які характеризуються максимальними значеннями питомого опору серед відомих гідро- та силікатів кальцію.

3. Вивчено особливості процесів гідратації і дегідратації в системі “b-C₂S-Na₂OnSiO₂mH₂O” і показано, що введення лужного компоненту збільшує кількість низькоосновних гідросилікатів (в продуктах тверднення) і силікатів групи воластоніту (в продуктах випалювання) та сприяє плавному протіканню процесів випалювання матеріалу без різкого зниження характеристик міцності композицій.

4. Встановлено основні закономірності зміни електрофізичних характеристик резистивних матеріалів, які отримані на основі діелектричної матриці та заповнювачів, що вміщують вуглець (карбід кремнію, графіт). Вивчено вплив добавки карбіду кремнію на процеси структуроутворення композицій в системі “b-C₂S-SiC-Na₂OnSiO₂mH₂O” та показано, що даний компонент виконує функцію не тільки електропровідного (величина питомого опору не більше 10⁶ Омм), але і структуроутворюючого елемента, сприяючи збільшенню кількості діелектричної складової за рахунок додаткового синтезу воластоніту в складі продуктів дегідратації матриці.

5. Введення у систему поряд з карбідом кремнію графіту приводить до перерозподілу зарядів на поверхні зерен карбіду кремнію та знижує величину “запірного шару”, що дозволяє отримати низькоомні матеріали зі зниженими значеннями питомого опору (10^-1-10³ Омм).

6. За допомогою двофакторного методу планування експерименту оптимізовано склади резистивних композиційних матеріалів у системі “b-C₂S-SiC-Na₂OnSiO₂mH₂O”, які дозволяють отримати штучний камінь із заданими характеристиками міцності (границя міцності на стиск більше 20 МПа) та електрофізичними характеристиками (питомий опір не більше 10⁶ Омм) і встановлено, що при введенні SiC в кількості 68-85% можливо отримати високоомні матеріали з питомим опором r=(5,3-8,8)10⁵ Омм.

7. За допомогою симплекс- решітчастого методу планування експерименту оптимізовано склади низькоомних композицій в системі “b-C₂S-SiC-С-Na₂OnSiO₂mH₂O” і показано, що оптимальні значення електромеханічних характеристик (міцність при стиску не менше 15 МПа, а величина питомого опору не більше 0,3 Омм) досягаються після термообробки композицій складу, що вміщують b-C₂S – (15-28) мас.%, SiC – (54-67) мас.% і С – (14-23) мас.%. В складі продуктів дегідратації вищевказаних композицій відзначається направлене формування низькоосновних силікатів кальцію та тилеїту, які сприяють стабілізації значень питомих опорів розроблених резистивних матеріалів.

8. Встановлені фізико-хімічні закономірності процесів структуроутворення в системах “b-C₂S-SiC-Na₂OnSiO₂mH₂O” і “b-C₂S-SiC-С-Na₂OnSiO₂mH₂O” були використані для отримання високо- та низькоомних резистивних матеріалів будівельного призначення на основі техногенної сировини, що містять b-C₂S і g-C₂S (нефеліновий шлам, шлак марганцю металічного, шлак конвертерний), і відходів вогнетривкої і абразивної промисловості.

9. Розроблено склади високоомних електропровідних матеріалів, які отримані на основі техногенної сировини (міцність при стиску після випалу при Т=1273К не менше 64 МПа, питомий опір - 1,810⁵ Омм, коефіцієнт нелінійності – 0,18-0,23), і які можуть бути рекомендовані для виготовлення елементів систем управління енергетичними, виробничими і будівельними процесами.

10. На основі техногенної сировини отримані низькоомні резистивні матеріали (міцність при стиску не менше 20 МПа, питомий опіро не більше 0,5 Омм), і які можуть бути рекомендовані для виготовлення нагрівальних елементів гріючих конструкцій будівельного призначення. Виконано розрахунок надійності експлуатації низькоомних резистивних елементів і встановлено, що середній час безвідмовної роботи при температурі 813К складає 236 годин, в той час як для відомих аналогів середній час безвідмовної роботи при температурі 813К не перебільшує 125 хвилин.

11. Розроблено основи технології отримання резистивних матеріалів будівельного призначення, що передбачають використання техногенної сировини як для отримання в’яжучих, так і струмопровідних заповнювачів.

12. В промислових умовах на основі розробленого оптимального складу резистивної композиції отримані низькоомні нагрівальні елементи, які характеризуються міцністю при стиску після сушки – 11,4 МПа, після прямого пропускання електричного струму (електротренування) – 40,67 МПа; питомим опором – 0,13 Омм; пористістю – 15%; середньою густиною – 2190 кг/м³; коефіцієнтом теплопровідності в інтервалі температур 323-673 К – 4,12 Вт/мК; середнім значенням КЛТР в інтервалі температур 293-673 К – 7,110^-6 1/К; періодом безвідмовної роботи при температурі нагрівання поверхні 723К - 273 год.

Здійснено промислове випробування 50 гріючих панелей, конструкція яких передбачає використання розроблених нагрівальних елементів в кількості 6 шт. на одиницю продукції. Панелі застосовані в сушильному агрегаті з підготовки каоліну для випалювання в умовах роботи виробничої фірми “ПЕК” (м. Біла Церква). Економічний ефект від застосування зазначених конструкцій за період експлуатації складає 234 грн. 36 коп. на одну гріючу панель, що обумовлено не тільки зниженням собівартості панелей, але й підвищенням терміну їх експлуатації у 5,3 рази.

Основні положення дисертації викладено в працях

1. Пушкарева Е.К., Гузий С.Г. Оценка надежности эксплуатации объемных резистивных элементов в системе “b-C₂S – SiC - C – Na₂OnSiO₂mH₂O” // Конструкции гражданских зданий: Сб. науч. тр. – К.: КиевЗНИИЭП. - 1999. – С. 152-156.

2. Пушкарьова К.К., Гузій С.Г. Мікроструктура резистивних композиційних матеріалів в системі “b-C₂S – SiC - C – Na₂OnSiO₂mH₂O” // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. пр. – Рівне: РДТУ. - 2000.- Вип. 5. – С. 82-85.

3. Гузій С.Г. Вплив лужного та температурного середовища на стійкість карбіду кремнію проти окислення // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. пр. – Рівне: РДТУ. - 2001. - Вип.6. – С. 16-22.

4. Гузий С.Г. Греющие панели из резистивных композиционных материалов для конструкции “теплый пол” // Будівельні конструкції: Зб. наук. пр. – К.: ДНДІБК. - 2001. - Вип. 54. – С. 241-245.

5. Пушкарева Е.К., Гузий С.Г. Моделирование процессов получения нелинейных высокоомных резистивных композиционных материалов в системе “b-C₂S – SiC - C – Na₂OnSiO₂mH₂O” // Будівництво: Зб. наук. пр. – Д.: ДІІТ. – Вип. 9. – 2001. – С. 54-57.

6. Пушкарева Е.К., Гузий С.Г. Исследование физико-химических процессов формирования диэлектрической матрицы в системе “b-C₂S – Na₂OnSiO₂mH₂O” // Науково-практичні проблеми моделювання та прогнозування надзвичайних ситуацій: Зб. наук. ст. – К.: КНУБА. - 2002. - Вип. 5. – С. 23-29.

7. Пушкарева Е.К., Гузий С.Г. Технология получения и разработка составов электропроводных композиционных материалов со стабильными электрофизическими характеристиками в диапазоне температур 20-800^оС // Вопросы современного строительного материаловедения и строительства: Сб. науч. тр. – Л.: ЛьвовСТРОМНИИПРОЕКТ. - 1998. – С. 113-121.

8. Пушкарьова К.К., Гузій С.Г. Резистивні композиційні матеріали (РКМ) в системі “b-C₂S – SiC - C – Na₂OnSiO₂mH₂O” // Конструкции гражданских зданий: Сб. науч. тр. – К.: КиевЗНИИЭП. - 1999. – С. 65-75.

9. Пушкарева Е.К., Гузий С.Г. Моделирование процессов получения резистивных композиционных материалов на основе щелочных вяжущих, модифицированных добавками ферросилиция // Науково-практичні проблеми моделювання та прогнозування надзвичайних ситуацій: Зб. наук. ст. – К.: КНУБА. - 1999. - Вип. 2. – С. 44-48.

10. Гузий С.Г., Журавская Н.Е., Трофимович В.В. Разработка способов очистки газовоздушных выбросов на коммунальных предприятиях // Науково-практичні проблеми моделювання та прогнозування надзвичайних ситуацій: Зб. наук. ст. – К.: КНУБА. - 1999. - Вип. 2. – С. 210-214.

11. Гузій С.Г. Нагрівальні панелі з резистивних композиційних матеріалів // Будівельні матеріали та вироби. - 2001. - №2. – С. 29-30.

12. Кривенко П.В., Пушкарева Е.К., Гузий С.Г. Жаростойкие электропроводные композиционные материалы на основе шлакощелочных связок // Тез. докл. респуб. семинара “Строительные материалы, изделия и конструкции со специальными эксплуатационными свойствами”. – К.: “Знание”, 1993. – С. 13-14.

13. Пушкарева Е.К., Гузий С.Г. Пленочные электронагревательные элементы на основе щелочных алюмосиликатных связок // Тез. докл. III Междунар. конф. “Материалы для строительных конструкций” ICMB94. – Д.: ПГАСА. - 1994. - Ч. II.-– С. 42-43.

14. Guziy S.G. Current-condacting composite materials based on alkaline aluminosilikate binders // Alkaline Cements and Concretes: Proc. 1st Int. Conf. – Kiev: VIPOL. - 1994. - Vol.2 – P. 1085-1094.

15. Пушкарева Е.К., Гузий С.Г. Моделирование свойств специальных электропроводных композитов на основе щелочного алюмосиликатного связующего // Тез. докл. VII Междунар. науч.-практ. конф. “Защитные строительные материалы и конструкции”. – С.Пб.: СПбИИЖТ. - 1995. – С. 40-41.

16. Пушкарева Е.К., Гузий С.Г. Специальные электропроводные покрытия на основе щелочных алюмосиликатных вяжущих веществ // Тез. докл. VII Междунар. науч.-практ. конф. “Защитные строительные материалы и конструкции”.– С.Пб.: СПбИИЖТ. - 1995.– С. 41-42.

17. Пушкарева Е.К., Гузий С.Г. Структура и электротехнические свойства резистивных материалов на основе щелочных вяжущих веществ // Материалы Междунар. семинара “Структурообразование, разрушение композиционных строительных материалов и конструкций”. – О.: ОГАСА. - 1996. – С. 45-46.

18. Романенко Н.Е., Гузий С.Г. Совершенствование процесса обезвреживания горючих примесей в отбросных газах // 19 th Int. Sc. Symp. of students and young research workers. – Poland: Zielowa Gora. - Kwiecien. - 1997. - Vol. 1. - P. 254-257.

19. Guziy S.G. The studies on properties of the resistive composite materials based on alkaline cements in a systems “b-C₂S – (Fe, FeSi, SiC, C) – Na₂OnSiO₂mH₂O” // Alkaline Cements and Concretes: Proc. of the Second Int. Conf. – Kiev: ORANTA Ltd. - 1999. – P. 599-610.

20. Пушкарева Е.К., Гузий С.Г. Применение методов математического планирования эксперимента для оптимизации составов электропроводных материалов // Материалы к 40-му Междунар. семинару по моделированию и оптимизации композитов ”Моделирование и оптимизация в материаловедении” (MOK’40). – О.: Астропринт. - 2001. – С. 76-77.

21. Пушкарева Е.К., Гузий С.Г. Изучение влияния дисперсного углерода на электромеханические свойства электропроводных материалов на основе щелочных вяжущих систем // Тез. докл. XXXVII Междунар. семинара “Актуальные проблемы прочности”. – К.: ИПМ. - 2001. – С. 359-360.