авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Метод разработки состава многокомпонентного минерального вяжущего на основе техногенного сырья

-- [ Страница 3 ] --

Содержание оксидов CaO, SiO2, Al2O3 в определенных соотношениях характеризует гидратационные свойства сырьевых компонентов, применяемых для изготовления вяжущих материалов в строительстве. Наличие в шлаках минералов, обладающих гидравлической активностью (C3S, C2S, C2F и др. (рис.4)), предопределяет возможность получения из них вяжущих веществ после МХА и введения активизаторов.

Для практической реализации создания композиционного безобжигового вяжущего на основе трехкомпонентной системы CaO – SiO2 – Al2O3, принятой за техническую модель, необходимым условием является наличие в сырьевых компонентах вышеназванных оксидов. В качестве сырьевых материалов, как наиболее отвечающих общим требованиям были приняты следующие побочные продукты промышленности: доменный гранулированный шлак, шлак гранулированный из конверторного шлама, фосфогипс, зола Интинского угля.

Области расположения промышленных отходов Череповецкого промышленного узла в диаграмме состояния CaO - SiO2 - Al2O3 определялись пределами минимальных и максимальных значений (min – max).

Согласно методике, сумма основных оксидов CaO, Al2O3, SiO2 в сырьевом материале приводилась к 100%, а из полученного результата вычислялись доли каждого элемента отдельно. Шлак гранулированный из сталеплавильного шлама (min…max, %): CaO - 55,7…76,4; SiO2 - 22,5…29,7; Al2O3 - 1,1…14,6. Доменный гранулированный шлак (min…max, %): CaO–44,6…46,04; SiO2 – 44,2…43,2; Al2O3 – 10,8-11,2. Фосфогипс (min…max, %): CaO – 98,3…99,3; SiO2 – 0,69…1,64; Al2O3 – 0,004…0,07. Зола Интинского угля (min… max, %): CaO – 5,2…5,7; SiO2 – 59,8…64,4; Al2O3 – 23…29,9.

Очевидно, что прогнозирование свойств проектируемого материала определяется близостью (отдаленностью) границ расположения сырьевых компонентов из побочных продуктов промышленности к области эталонного материала в пределах базиса трехкомпонентной системы CaO – SiO2 – Al2O3. При наложении граничных значений промышленных отходов Череповецкого промышленного узла, согласно полученным значениям, на области материалов в системе CaO–SiO2–Al2O3, было отмечено, что зоны расположения химического и минералогического состава совпадают с известными материалами, используемых в качестве сырьевых компонентов в производстве безобжиговых вяжущих (рис. 6).

Были определены модули основности сырьевых компонентов, которые позволили рекомендовать их для производства вяжущих строительных материалов. Принятые побочные продукты промышленности имеют общие физико-химические признаки, которые позволили потенциально отнести их к группе вяжущих материалов.

Приведенные рассуждения позволяют предположить следующее. Если в системе CaO–SiO2–Al2O3 (рис.6) принять некоторую значимую область (А), к границам которой необходимо привести физико-химические характеристики сырьевых компонентов (B,C,D,E), наиболее близко отвечающие её типичному составу и обобщены характерными признаками, можно получить композиционный строительный материал близкий по физико-химическим свойствам области (А).




















Рисунок 6. Области расположения промышленных отходов Череповецкого промышленного узла в системе CaO

SiO2Al2O3

Наиболее значимая область в системе – область портландцемента (А), который на сегодняшний день из всех вяжущих материалов обладает наилучшими физико–механическими и техническими характеристиками, но требует больших энергетических затрат при его производстве.

Основное условие - максимально приблизить химический состав а, следовательно, и свойства области сырьевых компонентов (B,C,D,E) к химическому составу области портландцемента (А) выполнялось расчетом в среде Microsoft Office Excel во вкладке «Надстройки – Поиск решения».

При расчете состава компонентов вяжущего принят во внимание тот фактор, что в процессах гидратации гидравлических вяжущих оксид железа (Fe2O3) оказывает положительное влияние на повышение плотности и прочности вяжущего образованием гидроферритов кальция.

В методику расчета включили средние значения основных оксидов по многолетней статистике с учетом нестабильности сырьевого состава но, тем не менее, находящиеся в определенных границах, гарантирующих их качество.

Поиск оптимального состава сырьевых компонентов из побочных продуктов различных отраслей Череповецкого промышленного узла, производили в различных вариантах.

Наиболее оптимальным приняли состав вяжущего из сырьевых компонентов в следующих пропорциях: шлак гранулированный из конвертерного шлама – 19,12%; доменный гранулированный шлак – 41,3%, фосфогипс (полугидрат) – 38,37%.

Совокупность классификационных признаков, состав оксидов сырьевых компонентов, отвердителей вяжущей системы, составы известных современных вяжущих систем, современные теоретические предпосылки позволили характеризовать полученный состав вяжущего материала как многокомпонентное минеральное вяжущее (ММВ).

Подтверждены теоретические расчеты состава сырьевых компонентов по содержанию основных химических оксидов лабораторными исследованиями.

С целью сравнительного анализа по содержанию основных оксидов в сырьевых компонентах, участвующих в процессах гидратации, были проведены лабораторные исследования фактической пробы для сравнения со среднестатистическими данными (табл.1)

Результаты исследований показали содержание оксидов (масс., %) в доменном гранулированном шлаке : CaO – 39,6; SiO2 – 33,5; Al2O3 – 6,4; Fe2O3 – 2,1; в шлаке гранулированном из конвертерного шлама CaO – 36,2; SiO2 – 11,2; Al2O3 – 4,5; Fe2O3 – 27,3; в фосфогипсе: CaO – 34,5; SiO2 – 0,14; Al2O3 – 0,05; Fe2O3 – 0,3. Выявленные отклонения по отдельным элементам находятся в пределах нормы и значительно не влияют на процессы гидратации.

Для прогнозирования прочности и направления применения разрабатываемого многокомпонентного минерального вяжущего (ММВ) определили коэффициент основности используемых сырьевых компонентов на основании лабораторного анализа: шлак гранулированный из конвертерного шлама – Косн = 2,577; доменный гранулированный шлак – Косн = 1,12; фосфогипс (полугидрат) – Косн = 265,12.

Количественный состав оксидов сырьевых материалов, исследованных по фактической пробе, привели к количественному составу оксидов портландцемента, выполнив расчет методом оптимизации в программе Microsoft Excel, результат которого определил соотношение сырьевых компонентов в следующих пропорциях: шлак гранулированный из конвертерного шлама – 7,3 %; доменный гранулированный шлак – 56,3 %, фосфогипс (полугидрат) – 36 %.

Исследованы прочностные, физико-механические характеристики разработанного многокомпонентного минерального вяжущего. Свойства ММВ оценивались сравнительным анализом с известными вяжущими на шлаковом сырье. За эталон вяжущего был принят портландцемент (область А (рис.6)). После смешивания компонентов в необходимых пропорциях проектируемого ММВ и известных составов, лабораторным исследованием определили в них содержание основных оксидов, влияющих на процессы гидратации (табл. 2).

Анализ значений табл.2 показал, что составы многокомпонентных минеральных вяжущих веществ (активированных портландцементом), рассчитанных по среднестатическим значениям химического состава основных оксидов (состав № 3,4), и лабораторным (состав № 5,6), в пересчете на доли от 100%, наиболее приближены к долевому составу химических оксидов эталона – портландцемента, по сравнению с известными (состав 1,2).

Таблица 2

Химический состав исследуемых многокомпонентных минеральных вяжущих веществ

№ состава Объект анализа CaO SiO2 Al2O3 Fe2O3
Массовая доля, % От 100 % Массовая доля, % От 100 % Массовая доля, % От 100 % Массовая доля, % От 100 %
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Эталон - портландцемент 63,7 66,4 23,3 24,3 5,1 5,3 3,9 4,1
1 90%-доменный гранулированный шлак 10% - фосфогипс 52,7 70,7 15,9 21,34 3,2 4,3 2,7 3,6
2 85 %-доменный гранулированный шлак 10% - фосфогипс 5% - портландцемент 35,0 56,7 12,5 20,3 3,6 5,8 10,6 17,2
3 41,3% - доменный гранулированный шлак, 19,1% - шлак гранулир. из конверт. Шлама 38,4% - фосфогипс 35,3 56,3 12,5 19,9 3,9 6,2 11,0 17,54
4 41,3% - доменный гранулированный шлак 19,1% -шлак гранулир. из конвер. шлама 38,4% - фосфогипс, 5 % - портландцемент 34,0 69,5 7,3 14,9 2,7 5,5 4,9 10,0
5 56,3% - доменный гранулированный шлак 7,3% - шлак гранулир. из конвертер. шлама 36,0% - фосфогипс 35,1 65,6 10,9 20,4 2,6 4,9 4,9 9,2
6 56,2% - доменный гранулированный шлак 7,3% - шлак гранулир. из конвертер. шлама 36,0 % - фосфогипс 5 % - портландцемент 36,6 67,3 10,5 19,3 2,6 4,8 4,7 8,6

Показано, что данные системы твердеют в результате химических процессов между сульфатной составляющей и алюмосиликатным стеклом металлургических шлаков с образованием сульфоалюминатов, гидроалюмосиликатов кальция и других соединений, где необходима определенная влажность среды. Образование продуктов гидратации подтверждены результатами рентгеноструктурного анализа (рис.7)

Состав 1 Состав 2

 Состав 3 Состав 4 Состав 5 Состав 6 -8

Состав 3 Состав 4

 Состав 5 Состав 6 -9

Состав 5 Состав 6


Рисунок 7.

Рентгенограммы цементного камня на основе минеральных вяжущих материалов


Расшифровку продуктов гидратации вяжущих систем анализировали с использованием базы данных JCPDS с расшифровкой значений межплоскостных расстояний и интенсивности (di; Ii).: Состав 1 - Ca3Al2O6.xH2O (3,03;33,64); CaSO4.2H2O (7,60;10,32); 3CaOAl2O33CaSO430H2O (1,8;5,19). Состав 2 - CaSO42H2O (7,52;10,6); Ca2(Al.Fe)(OH)6H2O (2,28;9,22); Ca7(Si6O18)(CO3).2H2O (2,88;9,29); 3CaOAl2O33CaSO4.30H2O (3,18;18,43). Состав 3 - CaSO42H2O (7,58;47,72); Ca3Al2O6H2O (2,83;4,3); Ca4Al2O719H2O (2,88;17,46). Состав 4 - CaSO42H2O (3,04;40,23); 2CaOSiO2(0,3-1)H2O (2,67;8,54); 3CaOAl2O312H2O (2,095;7,47); 3CaOFe2O3CaSO412H2O (3,49;6,4); Ca4Al2O719H2O (2,88;28,07). Состав 5 - Ca3Al2O6H2O (7,63;9,59); CaAl2Si2O84H2O (2,68;4,28); CaSO42H20 (2,89;19,08); Ca10(Si2O7)3Cl2 (2,2;4,1); 2CaOSiO2(0,3-1)H2O (2,13;6,72). Состав 6 - Ca2SO4H2O (2,94;40,23); Ca2SiO40,35H2O (2,29;4,19); CaAl2Si2O84H2O (3,06;7,05); 3CaOAl2O312H2O (3,04;14,68).

Установлено, что разработанное ММВ на основе базиса трехкомпонентной системы CaO–SiO2–Al2O3, имеет коэффициент водоотделения ниже на 33 % по сравнению с известными составами, что характеризует его как вяжущее с пониженной расслаиваемостью в растворных и бетонных смесях.

Сроки схватывания находятся в пределах от 1 ч. 20 мин. до 8 ч. 20 мин. При исследовании наилучшей среды твердения ММВ в составе раствора (нормально-влажностная, воздушно-сухая, в воде), наилучшие соотношения показателей выявлены при нормально-влажностных условиях, что соотносится с теоретическими положениями о процессах гидратации шлаковых вяжущих, активированных сульфатами кальция.

Наблюдения в период твердения над стандартными образцами исследуемых составов показали отсутствие разбухания. Это объясняется теорией твердения сульфатированных шлаковых цементов. Поскольку скорость связывания оксида кальция CaO при образовании сульфоалюмината и гидроксида кальция превышает скорость растворения оксида кальция, то концентрация оксида кальция в растворе быстро снижается и алюминаты, растворяясь, образуют сульфоалюминат без разбухания. Образование сульфоалюмината заканчивается достаточно быстро, чем и завершается начальный период твердения цементного камня.

Автором производилось исследование физико-механических свойств вяжущих составов (табл.2) по действующим стандартным методикам. Проведенные исследования позволили выявить, что коэффициент теплопроводности разработанного ММВ в среднем на 14 % ниже по сравнению с известными вяжущими, прочность на изгиб выше от 9,1 до 22,7 %, чем у известных вяжущих при практически одинаковой прочности на сжатие (табл.3).

Системный подход при проектировании состава ММВ позволил получить композиционный материал сложной структуры, со­стоящий из минеральных материалов с различными свойствами и приобретающий в результате их сочетания комплекс новых свойств, не присущих исходным материалам.

Таблица 3

Составы минеральных вяжущих и их физико-механические свойства

№ состава Расплыв конуса, мм Плотность, кг, м3 Предел прочности при изгибе и сжатии, МПа Теплопроводность Активность вяжущего, кгс/см2
7 суток 14 суток 28 суток 60 суток После 28 суток твердения
Rbt Rb Rbt Rb Rbt Rb Rbt Rb , Вт/мК
ГОСТ 310.3-76 ГОСТ 7076-99
Эталон 108х106 2,4 4,2 19,6 5,1 34,7 5,4 38,5 5,6 42,3 0,736 350
1 110х110 2,2 - - 3,1 13,1 4,1 20,1 4,2 24,3 0,633 200
2 108х108 2,2 4,4 16,5 5,3 18,5 4,4 26,0 4,8 32,4 0,58 250
3 109х109 2,1 - - 3,5 9,6 4,1 16,4 4,2 18,0 0,545 150
4 113х113 2,2 4,7 11,8 4,8 22,2 4,8 25,5 5,2 30,6 0,53 250
5 108х108 2,1 - - 1,2 10,9 4,2 16,9 4,6 20,4 0,526 150
6 113х112 2,2 4,1 12,9 4,9 22,3 5,4 26,3 5,9 31,2 0,488 250


Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.