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 |   ...   | 5 |

Безобжиговые строительные материалы и изделия на основе бесклинкерных и малоклинкерных глиносодержащих вяжущих

-- [ Страница 2 ] --

Наиболее успешное развитие жилищного строительства возможно лишь при существенном снижении сметной стоимости готовой строительной продукции, что можно достичь за счет комплекса мер, включающих разработку СМиИ на основе принципов ресурсо- и энергосбережения, максимально возможного использования местных материалов из ТС, разработки изделий для возведения теплоэффективных ограждающих конструкций. Из всех видов техногенного сырья Хакасии в производстве безобжиговых СМиИ находят частичное применение высококальциевая зола ТЭЦ, отходы камнеобработки, сорские “хвосты” и лигнин. Однако в сфере применения каждого отхода, и тем более композиций из группы отходов, имеются нерешенные вопросы по отбору и обогащению компонентов, а также по научному обоснованию составов и технологических параметров СМиИ, что не позволяет с гарантией стабильного качества и с максимальным эффектом использовать положительный потенциал ТС.

Источники ТС для производства местных вяжущих представлены высококальциевыми золами ТЭЦ (ВКЗ ТЭЦ) и монтмориллонит-каолинитовыми вскрышными породами угольных разрезов.

Основной тенденцией в развитии технологий вяжущих на основе ВКЗ ТЭЦ является поиск путей нормализации процессов структурообразования твердеющего зольного камня, осуществляемой в направлениях механических (помол), рецептурных (введение добавок, например, цеолита), термических и других воздействий. Однако известные методы и составы не обеспечивают стабильных результатов вследствие высокой изменчивости свойств ВКЗ ТЭЦ, либо в части использования добавок не соответствуют возможностям сырьевой базы региона.

В свою очередь глины, характеризующиеся важным свойством пластичности, имеют неприемлемое для гидравлических вяжущих свойство обратимости (размягчаемости). Поэтому была поставлена задача устранить, либо взаимно компенсировать недостатки этих двух компонентов.

В основу работы положена рабочая гипотеза о возможности физического и физико-химическое взаимодействия компонентов в системе зола-глина-вода, расходования физически связанной воды слоистых силикатов на гидратацию минералов золы, проявления демпферного эффекта с одновременным его усилением за счет замещения межслоевых обменных катионов Nа+ и К+ монтмориллонита на катионы Са2+ и Mg2+ золы, вследствие чего происходит сближение и “сшивание” отрицательно заряженных элементарных слоев глинистого минерала и его литификация.

Образованная между зернами золы матрица из слоистых силикатов в системе зола-глина-вода, существенно увеличивает площадь соприкасания (контакта) зерен вяжущего между собой и с поверхностью подложки (заполнителя) и выполняет роль регулятора твердения золы. В твердеющем вяжущем при этом формируется прочная полимероподобная структура из гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, отличающаяся отсутствием крупнокристаллических скоплений. Одновременно с этим создаются условия для ионного обмена между вяжущим и поверхностью заполнителя, в частности ионов Са2+ золы с кальцитом карбонатного заполнителя с образованием основного карбоната кальция, выделяющегося в виде гелеобразных масс, и при наличии оксидов алюминия глины участвующего в образовании гидрокарбоалюминатов кальция.

На основании аналитического обзора и рабочей гипотезы сформулированы основные направления исследований, включающие теоретическое и экспериментальное обоснование процесса гидравлического твердения системы зола-глина-вода; разработку составов и технологических параметров смешанных вяжущих на основе системы зола-глина; разработку безобжиговых материалов с использованием полученных вяжущих и заполнителей из ТС, разработку энергосберегающих принципов отбора и обогащения избранных видов сырья с врезкой строительных технологий в виде фрагментов в промышленные технологии; разработку изделий для возведения теплоэффективных ограждающих конструкций.

Вторая глава содержит общую оценку условий комплексного использования в строительстве ТС региона, а также характеристику методов и результатов исследований исходного сырья.

Структурно-методологическая схема работы базируется на принципе минимальной достаточности по отдельным этапам работы при обязательном условии достижения конечной цели. При этом разработка СМиИ выполнялась с задачей получения важнейшей характеристики исследуемого объекта в области граничных значений (табл. 1). Предполагается, что материалы и изделия с промежуточными значениями характеристик могут быть получены при соответствующей их корректировке.

Т а б л и ц а 1

Определяющие характеристики объектов исследования и их граничные значения

Наименование объекта исследования Граничные значения характеристик Источник информации
Вяжущее смешанное беклинкерное Марка не менее М50 применительно ГОСТ 26871-86
Вяжущее малоклинкерное Марка не менее М200 ГОСТ 6133-84
Заполнители для бетонов: песок щебень из осадочных пород Класс по зерн. составу I, II Марка (по дробимости) 200 ГОСТ 8736-93 ГОСТ 8267-93
Растворы строительные М4…М200, F10…F100 ГОСТ 28013-98
Бетоны тяжелые М50…М800, F50… F1000 ГОСТ 25192-82
Камни бетонные стеновые М 25…М150, F15…F50 ГОСТ 6133-84
Материалы теплоизоляционные Коэффициент теплопроводности 0,05…0,10 Вт/(моС) СНиП II-3-79

При изучении свойств сырья и композиционных материалов использовали методы химического анализа, рентгенографии, дериватографии, термографии, метод измерения электрокинетического (дзета-) потенциала, метод оптической и электронной микроскопии, а также стандартные и разработанные автором индивидуальные методики.

В работе исследованы высококальциевые золы, глинистые вскрышные породы, а также шлаки, отвальные золошлаковые смеси, отходы добычи и переработки камня, отходы обогащения руд цветных металлов.

Высококальциевые золы, отобранные селективным методом из бункеров форкамеры, 1-го, 2-го и 3-го полей электрофильтров Абаканской ТЭЦ (ЗФ, ЗП1, ЗП2 и ЗП3) имеют средний химический состав, мас. %: SiO2 - 42,01; Al2O3 - 10,18; Fe2O3 - 10,31; СaОобщ - 27,14; СaОсв - 7,78; MgO - 5,36; R2O - 0,86; SO3 - 1,06; п.п.п. - 1,99.

Самой высокой активностью характеризуются тонкодисперсные золы из бункеров 2-го и 3-го полей электрофильтров. По величине нормальной густоты, водоотделению (табл. 2) и изменению электрокинетического (дзета-) потенциала они наиболее близки к цементу.

Наименьшее количество СaОсв (2,94 %) содержит ЗФ, наибольшее (8,0 - 9,24 %) – ЗП2 и ЗП3. Соответственно, золы 2-го и 3-го полей имеют большое линейное расширение (6,2 - 8,2 %), проявляющееся в период до 7 суток и сопровождающееся появлением микротрещин (рис. 1, а), снижением плотности и прочности зольных образцов.

Выявлено аномально высокое и растянутое во времени водопоглощение золы, стабилизирующееся в основном только к 3-х суточному сроку взаимодействия с водой, тогда как у портландцемента неизменная характеристика водопоглощения достигается уже через 15 минут (табл. 2). Это явление, объясняемое наличием высокой межзерновой пустотности, внутризерновой пористости и расширения твердеющей золы, отрицательно влияет на характер структурообразования системы зола-вода, в частности за счет отвлечения воды в полости и поры зерен вызывает раннюю кристаллизацию новообразований.

Т а б л и ц а 2

Водно-физические свойства высококальциевой золы ТЭЦ

Наименование сырья Нормальная густота (В/Ц), % Водоотделение по объёму за 4 ч, % Водопоглощение, % по истечении времени, ч
0,25 4 72
Зола форкамерная (ЗФ) ЗП1 ЗП2 ЗП3 Зола товарная (С2) Зола берёзовского угля (С3) Портландцемент 32 26 27 28 26 47 26 49,4 40,8 28,2 30,0 22,4 14,4 30,0 33 28 35 40 30 70 30 35 30 41 43 38 75 30 35 33 41 47 43 78 30

Кроме того, эти золы являются тонкодисперсными, требующими незначительного домола при изготовлении вяжущих (остаток на сите № 008 составляет: 8…9 % для зол ЗП2 и ЗП3; 34 % - для ЗП1). Поэтому золы из бункеров 2-го и 3-го полей и их смесь с золой 1-го поля электрофильтров были приняты к использованию в производстве вяжущих.

Вскрышные породы Изыхского угольного разреза имеют химический состав (мас. %): SiO2 - 61,26; Al2O3 - 16,45; Fe2O3 - 4,76; CaO - 4,82; MgO -1,41; Na2O - 0,41; K2O - 0,32, п.п. – 8,89. Остаток на сите № 008 глинопорошка составляет 8,9 %, пластичность 21…29, воздушная усадка 1,8…3,2 %. Глина неполного обжига (глинит), получена путем обжига ее при 750…850 оС и последующего помола до остатка 7…9 % на сите № 008.

Кварц-полевошпатовые отходы (“хвосты”) АО “Молибден” складируются в отвалы гидравлическим методом. По содержанию пылевидных частиц (13,2 %) “хвосты” из карьера не удовлетворяют требованиям ГОСТ 8736-93, предъявляемым к наиболее близкой группе очень мелкого песка, а отходы из пульпы, содержащие 56,3 % частиц мельче 0,16 мм, не удовлетворяют требованиям к наиболее близкой группе очень тонкого песка.

Вскрышные и вмещающие кварц-полевошпатовые породы, отрабатываемые в отвал при добыче руды на АО “Молибден”, вскрышные и вмещающие кварц-хлорит-серицитовые сланцы, отрабатываемые в отвал при добыче мрамора, отходы добычи и переработки мрамора Изасского месторождения кальцитовой (CaO - 54,1; MgO - 0,57 %) и кальцито-доломитовой (CaO - 42,0; MgO - 11,0 %) разновидностей, а также отходы добычи и переработки мраморовидного известняка Ербинского карьера (CaСO3 - 98,43; MgСO3 - 0,94 %) характеризуются высокой плотностью (2,57…2,76 г/см3), высокой прочностью при сжатии (80…120 МПа), высокой морозостойкостью (более 25 циклов), низким водопоглощением (0,23…0,27 %), удовлетворительной истираемостью (0,63…0,94 г/см3), имеют привлекательные цвета (белый, светло-розовый и другие).

Шлак жидкого шлакоудаления Абаканской ТЭЦ за счет резкого охлаждения в воде представлен отдельными стекловидными зернами размером от 5 до 10 мм преимущественно черного цвета. Золошлаковая смесь (ЗШС) при гидравлическом складировании подвергается разделению на фракции с послойным и неравномерным распределением на картах намыва. Предложен технологический (грейдерный) метод устранения неоднородности ЗШС в золоотвале с ориентацией на применение получаемой ЗШС в мелкозернистых бетонах.

ЗШС от сжигания каменных углей и шлак из нее по нормируемым показателям соответствуют требованиям ГОСТ 26644-85. С учетом химического состава (SO3 - 1,3 %, R2O - 2,02 %, MgO - 3.39 %, CaOсв - 0,23 %) шлак пригоден для получения композиционных материалов при условии его обогащения со снижением содержания пылевидных фракций.

Лигнин Хакасского гидролизного завода имеет низкую плотность (230 кг/м3), высокую пористость (83,5 %), низкий коэффициент теплопроводности (0,047 Вт/моС), высокую биологическую стойкость,, способность к опрессовке благодаря наличию в нем до 5 % вяжущих веществ в виде смол и восков. Нейтрализация кислотной среды лигнина может быть осуществлена с помощью извести, цемента, золы ТЭЦ (а.с. 247500, 272877, 313815). Исходя из наличия необходимых запасов и требуемых свойств, лигнин использовали как сырье для производства теплоизоляционных материалов.

В третьей главе изложены теоретические предпосылки получения глиносодержащих смешанных вяжущих (СВ) с заданными свойствами на основе системы “высококальциевая зола-глина”, приведены результаты исследования свойств СВ, разработана технология их производства.

Полезные, по существу ключевые данные для разработки состава СВ получены методом РЭМ (рис. 1, а). Зольный камень в возрасте одного года имеет явно гранулированную, омоноличенную лишь в отдельных блоках структуру с преобладающим характером обрастания каждого зерна собственными крупнокристаллическими новообразованиями. При этом отчетливо выделяются зерна 1, 2, 3 и 4 соответственно с очень сильным, сильным, умеренным и слабым обрастанием. В местах размещения группы активных зерен типа 1 и 2 в ранние сроки твердения проявилось расклинивающее действие новообразований, что привело к локальному накоплению напряжений, разрыву слабых связей между частицами зольного камня и раскрытию трещин 5.

Одной из причин неглубокой гидратации золы, а также деформации зольного камня, является пустотообразующая упаковка зерен 1 (рис. 2, а), обусловленная особенностями их формы (шаровая, агрегированная и т.п.), при которой в единичном объёме золы содержится 35-40 % пустот 2. Согласно графоаналитическому расчёту (рис. 2, б) при координационном числе 4 суммарная площадь контактов адсорбционного слоя одной частицы со слоями соседних частиц составляет весьма малую величину - 2,8 % от площади ее слоя. При этом двойной адсорбционный слой элементарного объёма зольного камня будет представлять собой пространственную ячеистую структуру, состоящую из сфер, обволакивающих частицы золы (рис. 2, б). В связи с очень малой суммарной площадью контактных “мостиков” здесь будет проявляться повышенное сопротивление ионному обмену между сферами, при этом формирование новообразований происходит индивидуально на каждой частице при общей направленности процесса на кристаллизацию в условиях дефицита воды, требующейся для формирования гелевых образований, но отвлеченной путем активной сорбции в поры и пустоты зерен золы (табл. 2).

В данном случае в твердеющей золе явно проявляется эффект отрицательного авторегулирования системы, где исходная и разнообразная зерновая, химическая, минералогическая и другие неоднородности ведут к формированию структурной неоднородности, снижению плотности и прочности камня. Отсюда можно полагать, что выравнивание влажности и условий ионного обмена с перераспределением продуктов гидратации между высокоактивными и низкоактивными участками системы можно осуществить путем размещения в межзерновом пространстве глины, состоящей из минералов категории слоистых силикатов, содержащих физически связанную (межслоевую и межпакетную) воду, и поэтому способных служить матрицей-проводником ионообменных реакций.

Причем глинистые минералы вследствие пластичности могут заполнить даже самые узкие места пустот 2 (рис. 2). Объясняется это тем, что при механической переработке в воде ультрамикроблоки монтморилло

нита легко расщепляются вплоть до элементарных слоёв, чему способствует высокая гидрофильность Na-катионов. По данным В.А. Франк-Каменецкого структура минералов группы монтмориллонитов складывается из трехэтажного слоя, образованного двумя тетраэдрическими Si-O-сетками, заключающими между собой одну октаэдрическую (Al, Mg)-O-сетку. Между трехэтажными силикатными слоями расположены обменные гидратированные катионы Na+, Ca2+, Mg2+ и дополнительные молекулы воды. Нейтрализация заряда слоёв монтмориллонитов происходит за счет межслоевых катионов и является причиной сорбции катионов. При этом обменная ёмкость может достигать 50-100 мг-экв/100 г. Чем выше валентность иона, тем больше его замещающая способность и с тем большей трудностью он вытесняется из обменных позиций.

Это позволяет сделать заключение о глине, как о веществе, не находящемся в абсолютно стабильном состоянии. Так, известны типы катионного обмена в глинах, происходящего в природных условиях. По степени активности обменные катионы располагаются в ряд Li < Na < K < Mg < Ca < Н, что подтверждается наличием наиболее распространенных и устойчивых на континенте глинистых минералов, обогащенных Са и Н в обменном комплексе. Таким путем в минерализованных водах происходит сорбция обменных катионов с обогащением глинистых минералов кальцием, который способствует агрегированию частиц.

В системе зола-глина-вода повышается пластичность и плотность упаковки вяжущего, а за счет функционирования матрицы – проводника из слоистых силикатов обеспечивается углубление химических реакций твердения золы. При этом гидратирующаяся СаО золы путем диффузии перемещается в область меньших концентраций, взаимодействует как со стеклофазой золы, так и участвует в процессах ионного обмена в межслоевой воде глинистых минералов. Тем самым наряду с происходящим одновременно отсосом воды на гидратацию золы обеспечивается литификация глинистых минералов и создается отдаленное подобие модели литификации глинистых минералов в природных условиях. Получаемый камень смешанного глиносодержащего вяжущего (рис. 1, б) отличается от зольного камня (рис. 1, а) отсутствием крупнокристаллических скоплений, минимальным расширением и бездефектной плотной структурой.

Введенная в состав вяжущего глина выполняет роль микронаполнителя, позволяет создать плотную упаковку вяжущего за счет заполнения тонкодисперсными частицами пустот 2 между зернами 1 золы (рис. 2). В случае использования глинистой добавки увеличение площади контакта между частицами золы и с поверхностью заполнителя (в бетоне) будет весьма существенным, поскольку поверхности зольных частиц и подложки не являются идеально гладкими. Согласно данным П.П. Будникова и А.М. Гинстлинга поверхность контакта между зернами измеряется величиной всего лишь около 0,001 % их полной поверхности. Следовательно, и на подложке порядок этой величины по отношению к зернам золы будет таким же низким. Поверхности считаются соприкасающимися, если расстояние между ними не превышает радиуса действия молекулярных сил, что для силикатов принимают равным около 10 нм. Для ориентации в геометрических параметрах здесь можно учесть способность монтмориллонита к расщеплению при механической переработке в водной среде с возможным достижением размеров фрагментов 1…5 нм. Кроме того, поверхность контакта может быть увеличена за счет пластической или хрупкой деформации материала, что и будет иметь место при использовании принятых нами глинистых добавок.

Об участии минералов глины в формировании гидросиликатного и гидроалюминатного состава вяжущего свидетельствует последовательное уменьшение интенсивности линий каолинита (d = 3,55; 2,47 и 2,33 ) и монтмориллонита (d = 4,46 и 2,52 ) на рентгенограммах вяжущего в возрасте 3 и 7 суток и их полное исчезновение в возрасте 28 суток. Кроме того, полученное вяжущее имеет электрокинетический (дзета-) потенциал весьма близкий к портландцементу (рис. 3).



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 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.