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 |

Эффективные композиционные материалы на основе низкомарочного строительного гипса

-- [ Страница 2 ] --

В основу положена идея единства принципов формирования структуры и свойств гипсовых вяжущих с технологическими параметрами их получения. В качестве определяющих классификационных признаков были выделены: назначение, место применения, эксплуатационные свойства получаемых материалов, вещественный и фазовый состав, вид изменений параметров среды при тепловой обработке, технология получения.

Предлагаемая в работе классификация объединяет в себе ранее существовавшие и дополнена новыми сведениями, отвечающими современным требованиям. Так, принимая во внимание, что современные гипсовые вяжущие без введения в них каких-либо добавок используются редко и представляют собой, как правило, композиции, к традиционным, отмечающимся в известных классификациях -, - и безводной модификациям гипса, были добавлены такие вяжущие, как многофазовые (смесь высоко- и низкообжиговой фаз гипса), композиционные вяжущие на их основе с комплексом минеральных и химических добавок, гипсовые вяжущие с полимерными добавками. При этом отмечено, что композиции на их основе могут быть получены не только в результате совмещения предварительно обработанных в тепловых агрегатах вяжущих компонентов с добавками различной химической природы, но также и путем тепловой обработки рационально подобранных сырьевых смесей, включающих гипсовый камень и модификаторы.

Классификация составлена таким образом, что вполне может видоизменяться и дополняться, не теряя актуальности. Так, развитие нанотехнологий и внедрение их элементов в производство гипсовых материалов, даст возможность получать вяжущие с уникальными свойствами, которые займут в ней свое вполне определенное место.

Автором были проанализированы литературные данные относительно производства и применения представленных в классификации вяжущих. Анализ показал, что российская гипсовая отрасль ориентирована в основном на выпуск низкомарочного строительного гипса. Учитывая это обстоятельство, в работе был сделан вывод о целесообразности модификации выпускаемого отечественного низкомарочного вяжущего и получения на его основе эффективных материалов. Это позволит, по-нашему мнению, в кратчайшие сроки с минимальными затратами на модернизацию

Рис. 1 Обобщенная классификация гипсовых вяжущих веществ

производства обеспечить строительство конкурентоспособными отечественными материалами на основе гипса.

Для этого в России имеются достаточно широкие возможности. Так, значительное количество сырьевых ресурсов может применяться как добавки. Однако, например, в Татарстане почти половина имеющихся разновидностей сырья не добывается и не используется, а из тех, что нашли применение, вовлечено в производство чуть более 1% в год от разведанных запасов*.

Многочисленными исследованиями доказана также ресурсная ценность отходов и побочных продуктов промышленности. Их ежегодное количество в нашей стране составляет по разным оценкам от 2,4 до 3,4 млрд. тонн**, а индустрия их утилизации, вторичной переработки и использования практически не развита.

Что касается химических модификаторов, то широко применяются в основном добавки зарубежных производителей.

Таким образом, номенклатура добавок, которые могли бы быть использованы для регулирования структуры и свойств гипсовых материалов, достаточно широка. В работе были обобщены приводимые в литературе сведения и предложена классификация добавок с учетом их происхождения и механизма действия (рис.2).

 лассификация и взаимосвязь-1

Рис. 2 Классификация и взаимосвязь добавок с учетом происхождения и механизма действия

При их выборе в качестве объектов исследования исходили из следующих положений:

___________

*Использованы данные из целевой комплексной подпрограммы “Устойчивое развитие строительного комплекса Республики Татарстан на 2005-2008 годы”, утв. пост. КМ РТ №294 от 09.06.2006 г.

**Приведены данные из постановления №45 Главного государственного санитарного врача РФ от 02.07.07 «О нарушениях санитарного законодательства при обращении с отходами производства и потребления»

-для природных минеральных наполнителей- наличие и распространенность на территории России, в частности в Татарстане и ближайших регионах;

-для техногенных отходов- многотоннажность и постоянство химического состава;

-для химических модификаторов- невысокая стоимость.

На основе анализа отечественного и зарубежного опыта создания и применения гипсовых вяжущих в строительстве, технике и других областях, а также собственных теоретических исследований автором работы было показано, что регулирование структуры и свойств композиционных материалов может осуществляться в заданных пределах разными методами и на различных технологических этапах.

В главе 1 были выделены основные влияющие факторы (рис.3), а также предложены перспективные направления совершенствования структуры и свойств гипсовых вяжущих и материалов (рис.4) на основе оптимизации технологических параметров на различных технологических переделах получения гипсовых композиций, комплексного использования различных способов регулирования их структуры и свойств в заданных пределах, повышения культуры производства.

Приведены основные принципы, с учетом которых, по мнению автора, должно осуществляться регулирование структуры и свойств гипсовых материалов:

-более полное и рациональное использование местных минеральных ресурсов;

-широкое вовлечение в производство вяжущих и материалов многотоннажных промышленных отходов;

-комплексное применение наполнителей различной природы и отечественных химических модификаторов.

Рабочая гипотеза исследования состояла в том, что одним из перспективных способов повышения эффективности, расширения масштабов и областей применения гипсовых материалов в строительстве является создание многокомпонентных систем модификацией вяжущего дисперсными наполнителями и сочетанием их с другими добавками.

В главе 2 приводится описание применяемых материалов и методов их исследования.

Для получения гипсовых композиций использован строительный гипс марок Г-3АII, Г-4АII (ГОСТ 125-79) Аракчинского гипсового завода республики Татарстан (РТ). В лабораторных условиях из гипсового камня 2 сорта (ГОСТ 4013-82) Камско-Устьинского месторождения РТ были получены строительный гипс марки Г-5АII и нерастворимый ангидрит, которые также применялись для экспериментальных исследований.

В качестве минеральных наполнителей использовались известняк Альдермышского месторождения РТ, доломиты Бимского (РТ) и Саткинского (г. Сатка Челябинской области) месторождений, мраморную

 сновные-2

 сновные технологические этапы и-3

Рис. 3 Основные технологические этапы и факторы, определяющие свойства гипсовых композиций

Рис. 4 Основные направления применения гипсовых композиций и регулирования их свойств

муку Еленинского (п. Новокоалиновый Челябинской области) и Коелгинского (п. Коелга Челябинской области) месторождений, болотные железные руды Березовского, Яковлевского, Пальцовского и Старо- Курмашинского, цеолитсодержащую породу Татарско- Шатрашанского, кварцевый песок Васильевского месторождений РТ и карбонатсодержащую добавку из шлама водоумягчения Казанской ТЭЦ-1.

В исследованиях применялись следующие химические добавки: суперпластификаторы С-3, «Дефомикс» и «Реламикс», пластификаторы «Линамикс», ПФМ-НЛК и С-3М-15, редиспергируемый сополимерный порошок Mowilith Pulver DM 1140, разжижители Melment F10 и Melment F15G, замедлители схватывания гипсового вяжущего –винная, лимонная и борная кислоты, добавки Retаrdan Р и Plast Retard PE, водоудерживающие добавки Кульминал С8564 и КМЦ-7В.

Развиваемые в работе теоретические положения базируются на результатах исследований, выполненных с помощью комплекса современных методов: рентгенографических, кондукто- и гальванометрического, эмиссионного спектрального анализа, сканирующей электронной микроскопии, инфракрасной спектроскопии, спектрофотометрии.

Физико-технические свойства вяжущих и материалов определялись по стандартным методикам, обработка результатов эксперимента производилась статистическим методом.

В работе применялись методы многошагового регрессионного анализа, математического планирования эксперимента с графо-аналитической оптимизацией процессов и составов.

В третьей главе в рамках первого предложенного в работе направления (рис. 4) рассмотрены вопросы регулирования свойств гипсовых вяжущих изменением технологических параметров их получения, исследованы и оптимизированы режимы тепловой обработки гипсового камня.

Дегидратации подвергались отходы и отсевы дробления гипсового сырья- фракция менее 5 мм. Были получены уравнения регрессии, описывающие изменение свойств при тепловой обработке, и оптимизированы режимы получения вяжущего. Показано, что улучшение показателей прочности гипсового камня достигается за счет повышения температуры и увеличения продолжительности дегидратации: марка Г-4 может быть получена обжигом сырья при 1500С в течение 4,4 ч, либо при 1750С в течение 3,5 ч, марка Г-5- при температурах 150 и 1800С за 5,8 и 5 ч соответственно. Рентгенофазовым анализом гипса-полугидрата, полученного по оптимальным режимам, установлено наличие в нем преимущественно бассанита (дифракционные максимумы отвечают межплоскостным расстояниям 6,010; 3,463, 3,005, 3,041, 2,809,2,717, 2,345, 2,269, 2,137 ) с незначительными примесями двугидрата (7,576; 3,799), природного ангидрита (3,492 ) и доломита (2,894 ).

Выполненные в третьей главе исследования показали возможность использования отходов и отсевов сырья для производства строительного гипса марок Г-4 и Г-5. Применение такого вяжущего, имеющего более однородный, чем так называемый товарный гипс, фазовый состав, в композициях с добавками-наполнителями (например, болотной железной рудой или карбонатсодержащей добавкой) позволило значительно повысить их прочность.

Для получения модифицированных вяжущих с улучшенными свойствами в работе был предложен такой технологический прием, как тепловая обработка гипсового камня в присутствии наполнителей (рис. 5, I)

Гипсовый камень подвергали дегидратации совместно с карбонат-содержащей добавкой из шлама водоумягчения ТЭЦ. Были получены композиции с началом схватывания не ранее 29 минут. Прочность гипсового камня по сравнению с вяжущим без добавки повысилась на 20%, а коэффициент размягчения с 0,3 до 0,55. Установлено, что наполнитель следует вводить при тонкости помола не более 10% по остатку на сите №008, а продукт тепловой обработки измельчать до средней тонкости.

Одним из вариантов предложенного способа (рис. 5, II) может быть исключение из технологического цикла операции предварительного помола и сушки карбонатсодержащего наполнителя, что позволит снизить энергозатраты на подготовку компонентов вяжущего и упростить технологию его производства. В этом случае оно будет иметь начало схватывания не ранее 33 минут, а прочность гипсового камня сохранится на уровне контрольных значений (без добавки).

Для сравнения в работе были выполнены аналогичные исследования для сырьевых смесей с добавкой природного происхождения- болотной железной рудой. Рентгенографические исследования показали: руда, размолотая до нулевого остатка на сите №008, после тепловой обработки имеет более высокую степень окристаллизованности, чем та, что не подвергалась предварительному помолу. Поэтому перед введением в сырьевую смесь этот наполнитель измельчали до нулевого остатка на сите №008. Было установлено, что дегидратация гипсового камня совместно с добавкой болотной железной руды также позволяет улучшить свойства гипсового вяжущего: прочность повысилась на 40%, а коэффициент размягчения с 0,3 до 0,52.

Болотная железная руда является материалом низкой дисперсности (40-50-% частиц имеет размер 0,1-0,01 мм), следовательно, даже при достаточно тонком помоле ее частицы являются микромелющими телами и оказываются задействованными в механизме механохимической активации; одновременно улучшается гранулометрия композиции. Вместе с тем, вяжущие, модифицированные таким наполнителем, должны иметь оптимальную дисперсность, иначе наряду с благоприятными условиями для формирования повышенной прочности растет внутреннее напряжение, возникающее в процессе перекристаллизации мелких частиц в крупные кристаллы.

Рентгенографические исследования продуктов дегидратации показали, что фазовый состав композиций, полученных в присутствии минеральных модификаторов, более однородный и не содержит двуводного гипса.

Выполненные в главе 3 исследования позволили сделать вывод, что несульфатная часть сырьевой смеси, представленная наполнителем, оказывает существенное влияние на процессы тепловой обработки, а также структуру и свойства гипсовых материалов. Это обязательно должно учитываться при проектировании эффективных составов. Знание закономерностей воздействия тех или иных добавок на процессы обезвоживания гипса позволит делать предварительные выводы о свойствах продуктов тепловой обработки, создавать искусственные сырьевые смеси и получать композиции с заранее заданными характеристиками.

С учетом полученных данных в работе был рассмотрен вопрос совмещения минеральных добавок и химического модификатора. На примере суперпластификатора С-3 и тех же наполнителей изучалась эффективность способов их совместного применения с пластифицирующей добавкой. Установлено, что наиболее целесообразно в сырье перед тепловой обработкой вводить предварительно размолотую рационально подобранную смесь минерального и химического модификатора. Это позволило повысить прочность гипсового камня на 38-40%. Этому способствовала механохимическая и термическая активация компонентов, а также оптимальное количество и дисперсность применяемых добавок.

Новизна предложенных в диссертации способов получения гипсовых вяжущих подтверждена патентами РФ на изобретения (№№ 2263641, 2290373). Их использование позволит управлять структурой и свойствами гипсовых материалов уже на стадии дегидратации сырья.

Вместе с тем, регулирование структуры и свойств гипсовых композиций может осуществляться также и вполне традиционным методом в рамках второго предложенного в работе направления (рис. 4). Оно предусматривает введение в низкомарочный строительный гипс добавок различного рода с учетом дальнейшего назначения вяжущего. Основные закономерности их влияния на формирование структуры гипсового камня и свойства композиций рассмотрены в главе 4.

Изучено влияние наполнителей различной природы и бинарных систем на их основе на свойства строительного гипса, получено его математическое описание.

При использовании в качестве наполнителя болотных железных руд различных месторождений уравнения регрессии, описывающие зависимости прочности (R) и коэффициента размягчения гипсового камня (Кр) от

тонкости помола (Х1) и количества (Х2) добавки, будут иметь вид:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

Тонкость помола руды изменяли от 0 до 80 % (по остатку на сите №008), количество- от 5 до 15%.

С помощью номограмм, построенных на основе этих уравнений регрессии, графо-аналитически были определены оптимальные составы композиционных вяжущих, свойства которых которые нашли свое экспериментальное подтверждение. Адекватность расчетных и экспериментальных данных оценивалась по коэффициенту корреляции (он близок к 1). Установлено, что в зависимости от предъявляемых к вяжущему требований по прочности и водостойкости, количество руды с различным содержанием в ней оксидов железа может варьироваться в пределах 10-15% при тонкости помола 0-14% по остатку на сите №008. При этом прочность гипсового камня повышается на 10%, а при максимальной степени наполнения (15%) сохраняется в пределах установленных ограничений.

Использование руды с высоким содержанием оксидов железа позволило получить вяжущие средней водостойкости (коэффициент размягчения находится в пределах 0,55). Композиции, модифицированные рудами со средним и низким содержанием оксидов железа, относятся к вяжущим с низкой водостойкостью (коэффициент размягчения в пределах 0,37-0,42).

Выполненный в диссертации анализ химического состава болотных железных руд показал, что наиболее значимыми в количественном отношении окислами являются Fe2O3, СаО, SiO2. При этом отмечается обратная зависимость содержания большинства основных компонентов от количества оксида железа. Подобная закономерность наблюдалась и при исследовании эксплуатационных свойств материалов с добавками руды, поэтому было логичным предположить, что роль оксида железа (III) является определяющей. Для подтверждения этого в главе 3 были выполнены исследования на модельных соединениях: в гипсовое вяжущее вводили Fe2O3 (III) марки чда в количествах, соответствующих его среднему процентному содержанию в рудах различных месторождений. Установлено, что с увеличением дозировки оксида железа прочность и водостойкость гипсового камня повышаются.

Исследования образцов гипсового камня методом ИК-спектроскопии показали, что оксид железа действует в двух направлениях: оказывает существенное влияние на силу водородной связи S-O с молекулами воды, изменяя ее состояние, и деформирует структуру гипсового камня, формируя в ней фазы внедрения, упрочняющие структуру. Несмотря на отсутствие при комнатной температуре классического взаимодействия между полугидратом сульфата кальция и оксидом железа (III), не исключена возможность образования в двуводном гипсе твердого раствора Fe2O3.

Для композиций, модифицированных карбонатсодержащей добавкой, были получены следующие уравнения, описывающие влияние ее дисперсности (Х1) и количества (Х2) на сроки начала (НС) и конца (КС) схватывания, прочность (R) и водостойкость (Кр) гипсового камня:

(9)

(10)

(11)

(12)

Тонкость помола добавки варьировалась от 0 до 20% (по остатку на сите №008), количество – от 5 до 15%.

Графо-аналитически было установлено, что оптимальное количество карбонатсодержащего наполнителя составляет 15% при тонкости помола не более 11,5% (по остатку на сите №008). При этом сроки начала схватывания вяжущего замедляются с 6 до 30 минут без снижения прочности гипсового камня и с некоторым повышением водостойкости (с 0,3 до 0,4).



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.