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 |

Научные основы получения плотных, пористых заполнителей и бетонов различного функционального назначения из природного и техногенного сырья кольского полуострова

-- [ Страница 2 ] --

Апробация работы. Основные результаты исследований представлены на 25 международных, 30 всероссийских (всесоюзных), 12 институтских научных конференциях и совещаниях, включая: «Применение вермикулита в народном хозяйстве» (Ленинград, 1982), «Пены. Физико-химические свойства и применение» (Пенза, 1985), «Проблемы комплексного использования природных ресурсов Кольского полуострова» (Апатиты, 1989), «Бетоны на основе золы и шлака ТЭС и комплексное их использование в строительстве» (Новокузнецк, 1990), «Новые разработки в области обнаружения и тушения пожаров» (Нетешин, 1992), «Ресурсо- и энергосберегающие технологии строительных материалов, изделий и конструкций» (Белгород, 1995), «Ресурсо- и энергосберегающие технологии в производстве строительных материалов» (Новосибирск, 1997), «Поверхностно-активные вещества в строительстве» (Санкт-Петербург, 1998), Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Москва, 1998), «Химия и химическая технология в освоении природных ресурсов Кольского полуострова» (Апатиты, 1998), «Проблемы комплексной переработки минерального сырья и охраны окружающей среды» (Петрозаводск, 1999), «Современные проблемы строительного материаловедения. 6-е академические чтения РААСН» (Иваново, 2000), «Геологическая служба и минерально-сырьевая база России на пороге XXI века» (Санкт-Петербург, 2000), «Природопользование в Евро-Арктическом регионе: опыт XX века и перспективы» (Апатиты, 2001), «Природные ресурсы северных территорий: проблемы оценки, использования и воспроизводства» (Архангельск, 2002), «Фундаментальные проблемы комплексного использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных материалов» (Апатиты, 2003), «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (Москва, 2003), «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород, 2003), научные чтения «Достижения строительного материаловедения», посвященные 100-летию со дня рождения П.И.Боженова (Санкт-Петербург, 2004), «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья» (Белокуриха, 2005), «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород, 2005), «Наука и развитие технобиосферы Заполярья: опыт и вызовы времени» (Апатиты, 2005), «Бетон и железобетон – пути развития» (Москва, 2005), «Проблемы рационального использования природного и техногенного сырья Баренцева региона в технологии строительных и технических материалов» (Петрозаводск, 2005).

Научные разработки, руководимые автором, экспонировались на ВДНХ (серебряная медаль), на 5 международных выставках в области высоких технологий в 2001-2006 гг. (Москва, Санкт-Петербург), где отмечены 3 серебряными и золотой медалями, а также медалью «За выдающиеся технологии и качество продукции» на Международном строительном форуме «Интерстройэкспо 2005» (Санкт-Петербург).

Публикации. Всего опубликовано 230 научных работ, в том числе по теме диссертации 186, включая 4 монографии, препринт, 110 статей. Получено 8 авторских свидетельств, патентов. В 2004-2006 гг. опубликовано 11 статей в рекомендуемых ВАК РФ журналах: «Строительные материалы» (6), «Бетон и железобетон», «Огнеупоры и техническая керамика» (2), «Новые огнеупоры», «Пожарная безопасность».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 317 страницах машинописного текста, включающего 50 рисунков, 53 таблицы, список использованных источников из 325 наименований.

Содержание работы

Во введении изложена актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, указаны научная новизна и практическая значимость работы, выносимые на защиту положения, вклад автора в разработку проблемы и апробация работы.

В главе 1 представлены анализ современного состояния и перспективы развития минерально-сырьевой базы Кольского полуострова для получения плотных, пористых заполнителей и бетонов на их основе. По состоянию на 01.01.2005 г. балансом запасов по Мурманской области учтены следующие месторождения нерудных строительных материалов, в числе которых 26 – строительного камня, 18 – облицовочного камня, 57 – песчано-гравийных смесей и 24 – строительного песка, запасы которых по кат. А+В+С1 составляют 192.8, 10.5, 42.9 и 26.7 млн м3 соответственно. Этими запасами строительная отрасль региона обеспечена на среднесрочную перспективу для получения плотных, крупных, мелких и декоративных заполнителей, в том числе щебня для строительных работ в объеме 7.9 млн м3, предусмотренном «Стратегией развития строительного комплекса Мурманской области до 2015 года». Однако у большинства эксплуатируемых месторождений ресурсы истощены, они могут быть отнесены к группе очень мелких, запасы которых не превышают 1 млн м3. Для решения проблемы организации массового производства щебня для строительных работ, связанной с выполнением вышеуказанных национальных проектов и программ, необходимо вовлечение в хозяйственных оборот крупномасштабного сырьевого источника, к которому, по нашему мнению, в первую очередь должны относиться вскрышные скальные породы рудных месторождений. Наиболее крупным среди них являются породы вскрыши разрабатываемых хибинских месторождений апатитонефелиновых руд. Научно-техническое обоснование возможности использования в строительной отрасли этих пород, относимых действующим стандартом к некондиционному сырью и требующих специальных исследований, дано в главе 3 диссертации.

Результаты геологических работ показывают, что Кольский регион располагает огромными прогнозными ресурсами вспучивающихся сланцев, которые составляют более 600 млн м3; при этом среди обнаруженных проявлений наиболее крупным является Цыпнаволок на полуострове Рыбачий. В главе 4 диссертации изложены результаты исследований местных вспучивающихся сланцев и обоснована целесообразность их использования для получения искусственных пористых заполнителей и легкого бетона на их основе.

Одним из уникальных природных богатств Мурманской области является вермикулит, крупнейшее на Евразийском континенте Ковдорское месторождение которого эксплуатируется ОАО «Ковдорслюда». Из 5 учтенных балансом запасов по РФ месторождений вермикулита на долю Ковдорского приходится более 20 млн т, что составляет 80% общих запасов по стране. Вопросам рационального использования этого минерального сырья для получения эффективных видов теплоизоляционных, негорючих, огне- и жаростойких материалов посвящена глава 5 диссертации.

В главе 2 приведены методы исследований сырья, веществ и разрабатываемых строительных материалов с учетом требований действующих нормативных документов: ГОСТов, ТУ, СНиПов и рекомендаций; дано краткое описание нестандартных методов исследований. Среди основных использованных методов исследований: минералого-петрографический, химический, термографический, рентгенометрический, микрозондовый, растровый электронно-микроскопический, радиационно-гигиенической оценки, физико-механические методы испытаний (прочности, микротвердости, морозостойкости, истираемости, дробимости, износа, адгезии, усадки, удельной поверхности, реакционной способности и др.), теплофизические, электрофизические, оценки декоративности, огне- и жаростойкости. По результатам многофакторных испытаний строительных материалов выполнена их статистическая обработка.

Глава 3 посвящена исследованию вскрышных скальных пород хибинских месторождений апатитонефелиновых руд как крупномасштабного сырьевого источника для использования в строительстве. Хибинский массив относится к крупнейшим в мире щелочным массивам, с которым связаны уникальные залежи апатитонефелиновых руд, не имеющие аналогов ни по масштабам запасов, ни по набору и концентрации полезных компонентов. ОАО «Апатит» является основным производителем апатитового концентрата, обеспечивая более 80% его выработки в России. При ежегодной добыче около 30 млн т апатитонефелиновой руды в отвалы направляется более 20 млн м3 вскрышных скальных пород, одним из главных породообразующих минералов которых является нефелин. Поскольку содержание этого минерала в породах, как правило, превышает 10%, регламентируемые ГОСТом 8267-93, то для установления возможности их использования в строительстве необходимо проведение специальных исследований, что и является одной из основных задач диссертации.

В работе рассматриваются две основных разновидности нефелинсодержащих пород: уртиты и рисчорриты, характерные для вскрыши открытых рудников ОАО «Апатит» – Восточного и Центрального. Главными породообразующими минералами уртита и рисчоррита являются соответственно, мас.%: нефелин (КNa3[AlSiO4]4) 71.6 и 43.5, полевой шпат (K[AlSi3O8]) 8.4 и 30.1, пироксен (NaFe[Si2O6]) 14.0 и 13.5, сфен (CaTiSiO5) 3.9 и 6.0; присутствуют апатит 1.0 и 3.0, титаномагнетит 0.5 и 0.9, биотит 0.1 и 0.7; акцессории: эвдиалит, энигматит, лампрофиллит, содалит, пектолит и др.

Породы относятся к плотным (2.7-2.8 г/см3), прочным (Rсж=160-280 МПа), с низкими водопоглощением (менее 0.4%), истираемостью (не более 0.15 г/см2) и морозостойкостью F>100. Среднее значение Аэфф уртита составляет 164, а рисчоррита – 274 Бк/кг; по радиационному фактору породы относятся к I классу без ограничения использования в строительстве. Щебень из уртита и рисчоррита соответствует требованиям ГОСТ 8267-93, обладая сравнительно высокими физико-механическими показателями: дробимость не менее 1200, износ ИI-ИII, морозостойкость F150.

Химическим способом и методом деформаций расширения установлено, что исследуемые породы относятся к категории потенциально нереакционноспособных заполнителей бетона. В результате испытаний 40 проб показано, что содержание растворимого кремнезема в уртите и рисчоррите не превышает регламентируемые 50 ммоль/л, в среднем составляя 12.5 и 14.6 ммоль/л соответственно. При этом только по двум пробам рисчоррита (5% от общего числа исследованных проб) установлено некоторое превышение допустимой нормы: 55.6 и 64.3 ммоль/л, что, по-видимому, связано с содержащейся в этих пробах примесью натролита или анальцима. Для изучения реакционной способности уртита и рисчоррита с максимальным содержанием растворимого кремнезема (27.6 и 64.3 ммоль/л) определены деформации расширения образцов раствора на этих нефелинсодержащих заполнителях, а также контрольных образцов на гранитном песке по методике ЦНИИС, НИИЖБ. В результате годичных испытаний установлено, что относительное расширение исследуемых образцов невелико (не превышает 0.03-0.04%) и сопоставимо с показателем для образцов на гранитном заполнителе (0.03%).

На основе уртитового и рисчорритового щебня подобраны составы тяжелого бетона, результаты испытаний которых обеспечивают получение бетона классов В10-В30. Установлено, что прирост прочности в возрасте 360 сут. и коэффициент призменной прочности бетона естественного твердения на основе щебня из нефелинсодержащих пород и кварцевого песка в возрасте 28 сут. не ниже, чем для тяжелого бетона на стандартном гранитном щебне. Модуль упругости опытных образцов бетонов выше на 17-30% по сравнению с равнопрочным бетоном для данных классов, а их предельная сжимаемость на 8% ниже принятого для тяжелых бетонов значения. Усадка бетонов на щебне из нефелинсодержащих пород и мера их ползучести в возрасте 280 сут. не выше, чем для стандартного тяжелого бетона такой же прочности. Комплексные исследования деформативных свойств показали, что бетоны на основе щебня из нефелинсодержащих пород не уступают равнопрочным тяжелым бетонам на гранитном заполнителе.

Исследованиями макропористости бетонов установлено, что независимо от вида заполнителя и условий тепловой обработки с увеличением сроков твердения происходит уплотнение структуры бетонов: уменьшается количество «технологических» пор (диаметром >0.1 мм) в среднем от 1.5% в образцах однодневного возраста до 0.7% к 28-суточному сроку.

Рассмотрено взаимодействие с цементом главных породообразующих минералов вскрышных пород, которое характеризовалось следующими условными степенями: механическим сцеплением и химическим взаимодействием (слабое, среднее, сильное – в зависимости от степени «размывания» границы контакта «минерал – вяжущее» вплоть до образования адгезионной каймы). Из рис. 1 следует, что всем породообразующим минералам, особенно нефелину, присуще увеличение доли химического взаимодействия с цементом при возрастании сроков нормального твердения и при использовании тепловлажностной обработки бетона.

Установлено, что в контактной зоне «нефелин – цементный камень» микротвердость увеличивается на 20-30% по сравнению с последним. Изменение микротвердости цементного камня на контакте с полевым шпатом, эгирином и сфеном имеет различный характер, но выражено слабее, чем с нефелином.

  Взаимодействие-0

Рисунок 1 – Взаимодействие породообразующих минералов уртита с цементом: НТ - нормальное твердение; ТВО - тепловлажностная обработка; 1, 7, 28 - срок твердения в сутках

Исследования сколов образцов зерен нефелина и цемента с помощью растрового электронного микроскопа свидетельствуют о хорошем контакте минералов с затвердевшим цементным камнем (рис. 2а). В порах затвердевшего камня наблюдаются пластинки гидроксида кальция и характерные новообразования гидросиликатов и гидроалюмосиликатов (рис. 2б). Рентгенометрические исследования подтверждают наличие этих фаз, а также гидроалюмосиликатов натрия: анальцима (Na[AlSi2O6]Н2О) и натролита (Na2[Al2Si3O10]2Н2О) – минералов-примесей, свойственных измененному в ходе реакции нефелину (рис. 3).

Результаты микрозондового анализа показывают, что изменение концентрации основных химических элементов, включая K и Na, на контакте нефелинового заполнителя с цементным камнем происходит практически скачкообразно (рис. 4). Растровая микрофотография приграничной области «нефелиновый заполнитель – цементный камень» свидетельствует об уплотненной контактной зоне (рис. 5). На повышение плотности контактной зоны, связанное с увеличением в ней микротвердости, существенное влияние оказывает образование гидрогранатов, обладающих повышенной плотностью 3-3.5 г/см3, как одной из фаз при взаимодействии нефелина с гидроксидом кальция по следующей реакции:

2NaAlSiO4+3Ca(OH)2=Ca3Al2(SiО4)2(OН)4+2NaOH.

На рис. 6 представлены анодные поляризационные кривые стали в бетоне на нефелинсодержащих заполнителях, снятые в исходном состоянии, после 6 мес. попеременного увлажнения - высушивания и после года хранения в атмосферных условиях Москвы. Рисунок иллюстрирует пассивное состояние стали в бетоне на нефелинсодержащих заполнителях всех составов при различных условиях испытаний, рН жидкой фазы таких бетонов (12.45-12.93) находится в области значений, превышающих 11.8 и обеспечивающих пассивацию стали.

а б

Рисунок 2 – Растровые электронные микрофотографии скола на контакте «цементный камень – зерна нефелина» (а) и дна поры бетона (б). Ув. 450

  Рентгенограмма контактной-3

Рисунок 3 – Рентгенограмма контактной зоны бетона на уртитовом заполнителе

Рисунок 4 – Концентрационные кривые щелочных элементов в контактной зоне «нефелин – цементный камень – нефелин»

Рисунок 5 – Контактная зона «нефелин – цементный камень» (в поглощенных электронах е+)

  Анодные поляризационные-6

Рисунок 6 – Анодные поляризационные кривые стали в бетоне на нефелинсодержащих заполнителях: а – в исходном состоянии; б – после 6 месяцев увлажнения - высушивания; в – после года хранения в атмосферных условиях. Составы: 1 – на рисчорритовом щебне и кварцевом песке; 2 – на рисчорритовом щебне и рисчорритовом песке; 3 – на уртитовом щебне и кварцевом песке; 4 – на уртитовом щебне и уртитовом песке



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.