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 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Модифицированные малоклинкерные вяжущие и бетоны с использованием техногенных отходов

-- [ Страница 2 ] --

На всех этапах формирования структуры многокомпонентного бетона в разной степени проявляется влияние вяжущего, заполнителя, химических добавок, микронаполнителей. Варьируя этими факторами, можно управлять структурообразованием бетона в нужном направлении, обеспечивая получение материала заданных свойств.

Очень важно получить однородную и доброкачественную без признаков расслоения плотную структуру бетонной смеси с минимальной пустотностью, так как все ее особенности сохраняются после затвердения бетона. При введении добавок происходит уплотнение структуры бетона за счет улучшения гранулометрического состава и развития гидратных новообразований цементного камня.

В Республике Казахстан производство цемента ориентировано на внутренний рынок, около 80-85 % от общего объема его выпуска приходится на портландцемент М 400 Д20.

Производство цемента в нашей стране значительно отстает от его потребления. Так, в прошлом году на пяти казахстанских заводах: «Central Asia Cement»; АО «Шымкентцемент»; ТОО "Цементный завод Семей; ТОО «Хайдельберг Восток Цемент»; АО «Монолит»; ТОО «Састобе Цемент» было произведено 2,6 млн. т цемента, уровень же фактического его потребления в стране составил порядка 3,1 млн. т.

Анализ литературных данных показывает, что гидратация портландцемента может осуществляться как по растворному, так и по топохимическому механизму. Существенное влияние на реакционную способность портландцемента оказывает дефекты кристаллических решеток, его составляющих, с увеличением которых значительно возрастает химическая активность твердеющих систем. Добавки для цемента, имеющие в своём составе труднорастворимые соединения, изменяют структуру активных центров поверхности частиц и интенсификацию образования активных групп Н+ и ОН-, тем самым ускоряя гидратацию силикатных составляющих цемента. Отношение CaO/SiO2 в гидросиликатах в зависимости от активности добавок изменяется от 1,5 до 0,8; но во всех случаях остается ниже, чем в цементном камне без добавки.

Таким образом, устойчивость цементного камня ко всем видам химической коррозии существенно повышается. Активный кремнезем и алюмосиликатное стекло добавки взаимодействуют со щелочными оксидами, присутствующими в жидкой фазе цементного камня. Вовлечение щелочных оксидов в состав гидратных фаз препятствует их свободной миграции к поверхности бетона, тем самим ослабля­ется или полностью исключается высолообразование. Минеральные добавки способствуют более эффективному использованию химической энергии клинкера. При этом увеличивается количество устойчивых гидросиликатов за счет сокращения наиболее нестабильного компонента цементного камня - кристаллов Са(ОН)2, что важно для изготовления плотного и долговечного бетона.

Известно очень мало данных по использованию отходов цветной металлургии в качестве минерального компонента вяжущих и бетонов. Перспектива применения многокомпонентных вяжущих с модифицирующими добавками и исследование влияния их на физико-механические свойства цемента представ­ляют научный и практический интерес и являются одними из важнейших направлений на пути сокращения расхода сырьевых и топливно-энергетических ресурсов в цементной промышленности.

2 Сырьевые материалы и методика исследований

В работе использованы цементные клинкеры АО «Шымкентцемент», синтезированные клинкерные минералы: C3S, -C2S, C3А, C4AF, приготовленные на Опытном заводе НИИцемента, стандартный вольский песок, песок Николаевского месторождения, гидратная известь Сас-Тюбинского известкового завода, хвосты Кентауской, Миргалымсайской, Белогорской, Белоусовской, Лениногоргской. Зыряновской обогатительных фабрик, шлаки Усть-Каменогорского свинцово-цинкового комбината и Кентауского поли­металлического комбината «Ачполиметалл», суперпластификаторы С-3 и «Сикамент-FF-N».

Использован песок вольский, характеристика которого соответствует требованиям ГОСТ 6139. Песок Николаевского месторождения (Алматинская область) характеризуется следующим минералогическим составом (% по массе): кварц - 34,5-36,3; полевой шпат - 52,8-54,2; слюда -1-9 - 2,3; кальцит - 3,6 - 4,0; глинистые примеси до 4%; объемная насыпная масса - 1467 кг/м3; истинная плотность – 2650 кг/м3; пустотность – 43%; модуль крупности - 2,2-2,4.

Исследуемые отходы цветной металлургии в смеси гидратной известью проявляют способность к гидравлическому твердению, что подтверждает их пуццоланические свойства и использование их в качестве активной минеральной добавки и цементу.

Учитывая широкое разнообразие отходов, которые могут применяться в качестве активной минеральной добавки при производстве цемента, их объединили по химическому и минералогическому составу в три основные группы:

- карбонатсодержащие хвосты обогащения Кентауской и Миргалымсайской обогатительных фабрик;

- железосодержащие - шлак цинкового производства, шлак Уст-Каменогорского свинцово-цинкового комбината и бокситовый шлам Павлодарского алюминиевого завода;

- кварцсодержащие- хвосты обогащения Белогорской, Лениногорской, Белоусовской и Зыряновской обогатительных фабрик. Это позволит в дальнейшем проводить исследования с одним из видов отходов, принадлежащих к данной группе и на основании полученных результатов делать обобщения о возможном применении и других видов добавок.

По методике ГОСТ 5383 "Цементы. Методы химических анализов портландцемента" определен химический состав клинке­ра, клинкерных минералов и отходов цветной металлургии.

Активность отходов определяли по методике ГОСТ 25094.

Песок испытан согласно ГОСТ 8735 «Песок для строительных работ. Методы испытаний».

Оптимальное содержание добавок определяли, исходя из наибольшей активности цементного камня путем испытания образцов размерами 2x2x2 (теста) и 4x4x16 см (раствор) после тепловлажностной обработки и нормального твердения (ГОСТ 310.4) через 3, 7, 28, 90, 180 и 360 суток.

Нормальную густоту, сроки схватывания, равномерность изме­нения объема определяли по ГОСТ 310.1 – ГОСТ 310.3. Раст­ворные смеси состава 1:3 (цемент-песок) имели во всех случаях виброжесткость, равную 30 с, что соответствовало расплыву ко­нуса на встряхивающем столике - 105-107 мм.

Определение удобоукладываемости и формование образцов производили как на стандартом вибростоле с частотой 3000 кол/мин при амплитуде колебаний около 0,35 мм, так и на встряхивающем столике.

Бетонные смеси готовили согласно требованиям инструкций и технических условий для (обычных) тяжелых бетонов. Продолжи­тельность перемешивания бетонных смесей 3-4 мин. Формовали образцы (7x7x7 и 10x10x10 см) на виброплощадке с продолжитель­ностью вибрирования 45 сек. Тепловлажностную обработку образцов проводили в пропарочной камере по режиму 3+5+2 ч при 85°С.

Сульфатостойкость и атмосферостойкость бетонов на основе цементов с активными минеральными добавками определяли на об­разцах размерами 10x10x10 см. Агрессивными средами служили 3-х и 5-ти процентные растворы сульфата магния и натрия. Растворы заменяли свежими каждые 1-2 мес. Атмосферостойкость образцов определяли в условиях г. Алматы.

Определена морозостойкость цементов по методике МХТИ им. Менделеева. Из раствора пластичной консистенции изготовля­ли образцы -балочки размером 10x10x30 мм. После трех месяцев ком­бинированного твердения образцы насыщали водой и помещали на 30 мин в холодильную камеру «GRONLAND» при температуре – 17 °С, а затем их оттаивали в воде, имеющей температуру +4°С. Для этого использовали холодильник «Минск». Через 50,100,150, 200 циклов замораживания и оттаивания определяли потерю массы, падение прочности образцов. Морозостойкость бетонов определена по ГОСТ 10060.

Влияние активных минеральных добавок на скорость гидратации исследовали также в суспензиях с В/Т=10. Твердую часть исследовали путем применения комплексных методов физико-химического анализа.

Дифференциально-термический анализ проводили на дериватограммах – Q-1000 и Q–1500 (система Ф.Паулик, И.Паулик и Л.Эрдей), рентгеноструктурный анализ на ДРОН-УМ1.

На электронных микроскопах РЭМ-200 и ЭВМ-100 БР исследовали формы, размеры, расположение и вид кристаллов, получены объемные изображения, определяли состав отдельных участков цементного камня. Количественная оценка распределения микронеоднородности (от 2 до 100 нм) в субмикроскопической структуре цементного камня проведена методом малоуглового рассеяния (РМУ).

3 Исследование влияние минеральных составляющих комплексной добавки на фазовый состав новообразований клинкерных минералов

Выделение большого количества тепла и повышенная скорость реакции при выделении портландита, его доминирующее положение среди продуктов гидратации, склонность роста его кристаллов во времени, как правило, отрицательно сказывается на прочностных и других свойствах камня C3S.

Рентгенографические анализы показывает, что фазовый состав C3S без добавки в возрасте 3 и 7 сут представлен в основном Са(ОН)2; - - гидратом C2S; тоберморитоподобным гидросиликатом CSH2 и негидратированным C3S. Наличие этих новообразований подтверждают также тер­мографические анализы.

На рентгенограммах чистого гидрооксида кальция интенсивность линии плоскости (0001) с d =0,490 нм составляет 70-80 % от интенсивности линии плоскости (0011) с d =0,262 нм, что объясняется преимущественным образованием крупных кристаллов Са(ОН)2. Однако на рентгенограмме C3S, гидратированного в течение 3 сут, интенсивность линии Ca(OH)2 с d = 0,490 нм выше, чем линии с d = 0,262 нм. При дальнейшей гидратации C3S интенсивность линии d =0,262 нм возрастает, и после 28 сут твердения на рентгено­граммах наблюдается выравнивание интенсивности этих линий. Это показывает образование более мелких и преимущественно ориенти­рованных вторичных кристаллов портландита. Как подтверждают электронно-микроскопические эксперименты, вторичный портландит в основном кристаллизуется в порах камня. Причём с увеличением продолжительности твердения наблюдается интенсивный рост габитуса кристаллов.


Таблица 1 – Влияние добавок на степень гидратации камня C3S

Добавка, в % Степень гидратации, % через, сут
3 7 28
Без добавки 50 62,3 71,5
Шлак цинкового производства (ШЦП), 15* 54 65,7 75,8
Отходы Кентауской ОФ (ОКОФ), 30 52,4 61,4 74,0
Отходы Белогорской ОФ (ОБОФ), 20 58,4 66,7 70,4
Примечание - Содержание суперпластификатора «Сикамент-FF-N» - 0,97 % от массы C3S

Отрицательно влияет на свойства камня C3S также интенсивность процесса протонизации ионов О2- C3S, протекающего по схеме О2-+Н2О2ОН-. Предотвратить это отрицательное явление и уменьшить чрезмерную скорость этой реакции можно путем введения в экранированную решетку СаО, в его тетраэдрические пустоты мелких, сильно поляризующих ионов Si4+, Al3+, Fe3+ и др. Эти ионы входят не только в структуру портландита, но могут внедряться, как показывают ядерные гаммарезонансные исследования (эффект Мессбауэра), и в состав гидросиликатов кальция. С этим обстоятельством в большей мере связано введение различных мине­ральных кристаллизационных добавок в состав минералов и цементных клинкеров. При оптимальной дозировке шлака цинкового производства (15 % от массы C3S) степень гидратации камня через 3,7 и 28 сут составляет соответственно 54,65,7 и 66,8 % (таблица 1). При этом кроме Са(ОН)2, - гидрата C2S и CSН2 образуется также C2S2Н2 (d =0,64; 0,424; 0,354; 0,335; 0,229; 0,212 нм, эндоэффект при 800°С).

На рентгенограммах C3S с 15 % добавкой шлака цинкового производства (ШЦП) в 3 сут возрасте твердения, интенсивность линий d = 0,262 нм выше, чем линий с d=0,490 нм. Начиная с 7 сут, интенсивность линий с d=0,490 нм выше и к 28 суткам твердения соотношение интегральных интенсивностей линий с d = 0,490 и 0,262 нм составляет 1,9. Повышенная интенсивность линии 0,490 нм по сравнению с линией 0,262 нм объясняется преимущественными ориентировками кристаллов портландита.

С введением в состав C3S ОБОФ (до 20 %) интенсивность линий с d = 0,336 нм, характерная для C2S3Н2, заметно увеличивается, что сопровождается уменьшением количества Са(ОН)2. Количество портландита в камне C3S в 28-сут возрасте твердения составляет 23 %, а с 20 % добавкой ОБОФ - 17,3 % (таблица 2).

Таблица 2 – Влияние вида добавок на количество Са(ОН)2 в камне C3S

Добавка, в % Количество Са(ОН)2, в % возрасте, сут.:
3 7 28 90
Без добавки 12,7 15 23,6 25,9
ШЦП, 15* 11,5 12,7 21,3 23,96
ОБОФ, 20 13,1 13,4 17,3 16,03
ОКОФ, 30 9,4 16,9 18,1 16,86
Примечание - Содержание СП «Сикамент-FF-N»-0,97 % от массы C3S


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
 





 
© 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.