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 | 3 || 5 | 6 |

Шлакощелочные вяжущие и бетоны с силикатными и алюмосиликатными минеральными добавками

-- [ Страница 4 ] --

Зола. Благодаря содержанию в составе как устойчивых, так и активных форм кремнезема, и возможности регулирования участия золы в формировании свойств КШЩВ диспергированием, зола в аспекте ее рассмотрения как добавки к ШЩВ представляет собой добавку полифункционального действия, имеющей резервы как «физической» так и «химической» активности. При ее введении обнаруживаются положительные эффекты, присущие полностью кристаллическим и аморфным формам кремнезема и описанные в четвертой главе. Кроме этого, ультракислое зольное стекло с размером частиц 10-100 мкм, обладая замедленной способностью гидратироваться в условиях высокощелочной среды по сравнению со шлаковым, служит дополнительным резервом образования продуктов реакции, обладающих вяжущими свойствами. Все это делает добавку золы инструментом управления свойствами КШЩВ более широкого спектра действия. КШЩВ получали раздельным помолом компонентов – шлака до Sуд 300 м2/кг, а золы от 200 до 800 м2/кг, с последующим тщательным смешением. Зола, также, как и КП и ОФС, по размалываемости превосходит шлак в 2-2,3 раза, что не увеличивает затрат не получение КШЩВ оптимальной дисперсности.

Введение молотой золы вызывает увеличение водопотребности до 9,6%, возрастающее с увеличением тонкости помола и концентрации добавки. Сроки схватывания теста КШЩВ с золой дисперсностью 200 м2/кг удлиняются до 1,5 раз, а при дисперсности добавки 500 и 800 м2/кг – до 3 и 4 раз соответственно.

Полифазный состав золы обуславливает зависимость ее активности в составе КШЩВ в равной степени как от дисперсности, так и условий твердения и основности шлака. Для КШЩВ с золой существует граница совместимости компонентов вяжущей системы – шлака и золы, определяемая основностью шлака, условиями твердения и размерами частиц добавки, критической концентрацией кремнезема в композиционных системах и его химическими преобразованиями. В отличие от наполнителей КП и ОФС зола проявляет физическую активность и при невысокой тонкости помола, в 1,5 раза меньшей, чем у шлака, но только при твердении в условиях повышенных температур (рис.10). При ТВО концентрация («возможная») золы при Sуд шлака 300 м2/кг и Sуд золы 200 м2/кг, при которой прочностные характеристики камня не уступают бездобавочным, может достигать 50% в зависимости от основности шлака. С увеличением Sуд золы до 500 и 800 м2/кг, сопровождаемого повышением содержания частиц размером 0-5 мкм до 30 и более процентов эффективность использования ее в составе КШЩВ.

Прирост прочности камня КШЩВ с добавками золы, молотой до Sуд 500-800 м2/кг, после ТВО, составляет 28-62% в зависимости от вида шлака, условий твердения и дисперсности добавки (рис.10). При увеличении Sуд золы с 200 до 800 м2/кг содержание частиц размером <5 мкм увеличивается в 5 раз Выявленный упрочняющий эффект тонкомолотой золы объясняется сходством механизмов действия МК и высокодисперсных частиц ультракислой золы <5 мкм при повышенных температурах с ШЩВ и продуктами его твердения. В диапазоне концентрации добавок 0-30% в зависимости от дисперсности золы и вида шлака плотность камня КШЩВ снижается на 2,9-4,8%, а водопоглощение повышается на 23-34,8%. Увеличение тонкости помола добавки с Sуд=200 м2/кг до 500 м2/кг оказывает большее влияние на активность золы, чем с Sуд=500 м2/кг до 800 м2/кг. Большие изменения при шаге Sуд 200-500 м2/кг происходят и в гранулометрическом составе шлаков. Более тонкое диспергирование золы более 800 м2/кг при уровне дисперсности шлака 300 м2/кг нецелесообразно. Следовательно, для получения КШЩВ на основе нейтрального и кислого шлаков в зависимости от желаемого результата от совмещения компонентов для повышения активности сверхкислой золы в условиях композиционного вяжущего ее достаточно размалывать до Sуд в 0,7-2,6 раза отличающейся от установленной нормативами дисперсности шлака.

а) б) в)

Рис.10. Влияние содержания и дисперсности золы на прочность КШЩВ: а) на шлаке ЧМК при твердении в НВУ; б) на шлаке ЧМК после ТВО; в) на шлаке ОХМК после ТВО

Сочетая в себе свойства наполнителя и активной добавки, зола образует диапазоны как «эффективного», так и «возможного» замещения шлака. Как следует из приведенных данных при твердении в условиях ТВО зола упрочняет вяжущую систему и до определенных пределов может служить заменителем части шлака в составе КШЩВ (табл.2).

Таблица 2

Диапазоны замещения шлака золой

Шлак Условия твердения Диапазоны замещения шлака золой
«возможный» «эффективный»
ОХМК НВУ 0 – 40-50% (зола Sуд=500-800 м2/кг) 0
ТВО 0 – 50% (зола Sуд=200 м2/кг) 0 – 30% (зола Sуд=500-800 м2/кг)
ЧМК НВУ 0 – 30% (зола Sуд=800м2/кг) 0
ТВО 0 – 30% (зола Sуд=200 м2/кг) 0 – 20-30% (зола Sуд=500-800 м2/кг)

Бой керамического кирпича. Исследования влияния способа совмещения компонентов КШЩВ с добавкой БКК выявили большую эффективность совместного помола, при котором образцы имеют большую плотность на 1,9% плотность и меньшее на 10,9% водопоглощение, большую прочность, увеличивается предельно возможная концентрация добавки в составе вяжущего с 20 до 60% (рис12). При энергозатратах, всего в 1,3 раза превышающих затраты на помол шлака до Sуд 300 м2/кг, введение 30% добавки БКК повышает Sуд КШЩВ до 600 м2/кг, а для получения КШЩВ с 30% БКК с Sуд 300 м2/кг энергозатраты в 1,7 раза меньше. Гранулометрический состав КШЩВ не имеет существенных отличий от шлака при равном уровне дисперсности (табл.3). Как и зола, БКК для ШЩВ – минеральная добавка полифункционального действия. Прослеживаются как общие стороны, так и различия во влиянии добавок БКК и золы на прочность камня КШЩВ, обусловленные меньшим содержанием аморфной фазы. Увеличение прочности с введением добавок составляет до 41% в зависимости от вида шлака, содержания добавки и условий твердения. Предельная концентрация БКК 60%, зависимости прочности от содержания БКК не имеют резких спадов, присущих аналогичным закономерностям, полученным для золы, а прочность модифицированной системы с БКК ниже до 33% ниже, чем с золой. Для КШЩВ характерна меньшая зависимость свойств от температуры твердения и вида шлака, чем для золы. Высокое содержание кристаллической фазы не ограничивает выбор щелочного компонента, возможна активация КШЩВ как силикатными, так и несиликатными щелочными затворителями. Необходимо отметить, что на положительные эффекты влияния добавки БКК, проявляемые пропорционально содержанию кристаллической и аморфной фазы (кристобалита, аморфизированного глинистого вещества), накладывается свойство- и структурообразующее влияние полевых шпатов, фрагментарно сходных с продуктами твердения ШЩВ и способных взаимодействовать с щелочами. Выявлено, что при содержании БКК 30% содержание свободной щелочи в теле камня КШЩВ снижается на 18,1%.

Зависимости прочности (рис.13), плотности и водопоглощения камня от Sуд КШЩВ в пределах 300-900 м2/кг, также как и бездобавочные (рис.2 а, 2 б) имеют экстремальные значения в области 600-700 м2/кг.

 Влияние способа совмещения -20

Рис.12. Влияние способа совмещения Рис.13. Зависимости прочности с добавкой 30% БКК от Sуд

шлака и БКК на прочность камня КШЩВ вяжущего и условий твердения: 1 – ШЩВ (ТВО),

2 – КШЩВ(ТВО), 3 – ШЩВ(НВУ), 4 – КШЩВ(НВУ)

Таблица 3

Гранулометрический состав ШЩВ и КШЩВ в зависимости от Sуд и вида добавки и

энергозатраты на помол (усл.ед)

Распределение ШЩВ и КШЩВ по размерам
Вид вяжущего, Sуд Шлак, Sуд 300 м2/кг КШЩВ (шлак+30%БКК), Sуд 600 м2/кг КШЩВ (шлак+10% ЦСП), Sуд 600 м2/кг Шлак, Sуд 600 м2/кг
Энергозатраты на помол, усл.ед. 1 1,3 1 3

Построенная по полученному регрессионному уравнению номограмма (рис.14), показала, что наибольшие значения по прочности соответствуют составу при содержании добавки молотого БКК в количестве 28-33% от массы шлака и Sуд КШЩВ 600–700 м2/кг. Общий уровень средней плотности камня на основе КШЩВ ниже на 3,1-4,0%, а водопоглощения больше на 11,9-23,1%, чем на основе бездобавочного ШЩВ. Зависимости изменения свойств теста носят линейный характер, с увеличением содержания добавки и Sуд добавки водопотребность возрастает, сроки схватывания сокращаются. Возможность увеличения тонкости помола КШЩВ с БКК при небольших энергозатратах, упрочняющий и связывающий эффекты действия минеральных добавок, использованы для разработки композиционных рядовых, высоко-

Рис.14. Зависимость прочности на сжатие ШЩК от

содержания добавки молотого БКК и Sуд КШЩВ

Цеолитсодержащие добавки.

В работе использовались три ЦСД: карбонатно-кремнистая цеолитсодержащая порода (ЦСП), отход производства из нее жидкого стекла (ОВС) и синтетический цеолит (СЦ), отличающиеся химико-минералогическим составом. Основное отличие заключается в содержании в составе ЦСП легкодиспергируемой высокореакционноспособной опал-кристобалит-тридимитовой фазы (ОКТ-фазы). Как и в случае с добавкой БКК совместный помол шлака с ЦСД позволяет оптимизировать микрогранулометрию смешанных вяжущих. Так, без увеличения времени на помол, всего 10% ЦСП увеличивает Sуд до 600-650, ОВС – 500, СЦ – 400 м2/кг. Несмотря на невысокое содержание цеолитового минерала, высокая степень химического и структурного сродства с продуктами твердения ШЩК, способность к ионному обмену и регулированию щелочности среды, высокая поверхностная активность, обусловили широкие возможности управления свойствами КШЩВ путем введения ЦСД - повышение прочности, снижение плотности растворов затворения, использование щелочных компонентов с низким уровнем рН, повышение водостойкости вяжущих на кислых шлаках и высокомодульных жидких стеклах.

Минеральный состав добавок предопределяет эффективность активации тем или иным видом щелочного компонента, поэтому для затворения КШЩВ всех ЦСД использовались растворы несиликатных, а для ОВС и СЦ только силикатных щелочных компонентов. При затворении КШЩВ растворами несиликатных щелочных компонентов – водных растворов Na2SO4 и Na2CO3 высока активность аморфного кремнезема в составе ЦСП. Благодаря ей становится возможным использование ЦСП с низким содержанием породообразующего минерала низкоактивным Na2SO4. Активность всех добавок в условиях рассматриваемых вяжущих систем, также как и для золы и МК, в значительной степени повышается с повышением температуры твердения и основности шлака, в особенности при использовании в качестве щелочного компонента Na2SO4. Упрочняющий эффект при их оптимальном содержании 10% добавок при ТВО (нейтральный шлак ОХМК) уменьшается в ряду

КШЩВ с ЦСП > КШЩВ с ОВС > КШЩВ с СЦ > ШЩВ

4,7-4,8 > 1,54-1,85 > 1,17-1,28 > 1,

в НВУ КШЩВ с ЦСП > КШЩВ с ОВС > КШЩВ с СЦ > ШЩВ

1,04 - 1,10 > 1,02 > 0,96 – 0,99 > 1.

Для КШЩВ (нейтральный шлак ОХМК) с щелочным компонентом из Na2CO3 показатель эффекта роста прочности Кэ уменьшается в рядах:

при твердении в условиях ТВО

КШЩВ с ЦСП > КШЩВ с ОВС > КШЩВ с СЦ > ШЩВ

1,76 - 1,87 > 1,51 – 1,55 > 1,20 – 1,36 > 1,

в НВУ КШЩВ с ЦСП > КШЩВ с ОВС > КШЩВ с СЦ > ШЩВ

1,50 - 1,82 > 1,52 – 1,55 > 1,15 – 1,34 > 1.

Эффект упрочнения ШЩК с введением ЦСД проявляется как на ранних, так и на более поздних этапах формирования ШЩК (рис.11, кривая 2), несмотря на невысокую скорость реализации гидратационного потенциала частиц шлака в составе КШЩВ совместного помола, размер которых сопоставим с размером шлака в пробе с Sуд=300 м2/кг. «Упрочняющий» эффект и ионообменная способность ЦСД использована также для снижения плотности раствора и повышения экономической эффективности КШЩВ. Приведенные на рис.15 данные показывают, что ЦСД позволяют снизить плотность раствора соды с 1,15 до 1,11 г/см3 с получением с добавками ОВС равнопрочных составов, а с добавками ЦСП даже повышенной на 26% прочностью.

Рис.15. Зависимости изменения прочности

после ТВО ШЩК на КШЩВ с ЦСД в

зависимости от плотности раствора соды

КШЩВ с ОВС > КШЩВ с СЦ > КШЩВ с ЦСП > ШЩВ

1,24 - 1,27 > 1,21 – 1,18 > 0,98 – 1,02 > 1 (на шлаке ОХМК),

1,19 - 1,22 > 1,15 – 1,16 > 0,92 – 0,98 > 1 (на шлаке ММК),

после твердения в НВУ,

КШЩВ с ОВС > КШЩВ с СЦ > ШЩВ > КШЩВ с ЦСП

1,20 - 1,21 > 1,15 – 1,18 > 1 > 0,98 – 0,99 (на шлаке ОХМК),

1,19-1,21 > 1,16 – 1,17 > 1,1-1,05 > 1 (на шлаке ММК).

Прочность образцов ШЩК, твердевших в НВУ на КШЩВ превышает не только в возрасте 28 сут, но также и в 3, 7 и 14 сут. Выявлено повышение водостойкости КШЩВ на кислых шлаках и высокомодульных жидких стеклах с введением добавок ОВС и СЦ. На сульфате натрия при введении добавок нормальная густота возрастает до 32%, срок схватывания сокращаются. На соде нормальная густота с введением добавок возрастает до 17,3%, сроки схватывания с ЦСП сокращаются, а с ОВС и СЦ удлиняются. У составов на жидком стекле с внесением добавок нормальная густота и сроки схватывания изменяются несущественно. Средняя плотность образцов камня КШЩВ с ЦСД меньше бездобавочных до 11,9%, а водопоглощение выше до 18,6% в зависимости от вида шлака, добавки, затворителя и условий твердения. Установлена эффективность использования в качестве затворителя жидкого стекла, полученного из ЦСП низкотемпературной обработкой щелочным раствором. Исследования влияния вида жидкого стекла – из силикат-глыбы и ЦСП на свойства ШЩК показали, что по нормальной густоте, срокам схватывания, равномерности изменения объема составы не отличаются. Однако, по прочности ШЩВ на жидком стекле из ЦСП превышает состав на обычном жидком стекле на 24,9% после ТВО и на 21,9% после 28 сут НВУ. Это связано с тем, что в жидком стекле из ЦСП после фильтрации остается часть нерастворимого остатка (ОВС) в тонкодисперсном состоянии, обладающего свойство- и структурообразующими свойствами. Выдвинутое предположение подтверждено данными оптической микроскопии.

Получены КШЩВ с ЦСД с затворителем из сульфата натрия с марками по прочности до М300, соды до М600, с силикатным затворителем до М900, ШЩБ с заполнителями из гранодиоритового щебня и кварцевого песка классами по прочности до В20, морозостойкости до F400, водонепроницаемости до W4 на сульфате натрия, В40, F500, W20 на соде, В60, F800, W25 на силикатных затворителях. С заполнителями из карбонатного щебня и кварцевого песка, а также песчано-гравийной смеси и силикатных затворителях получены ШЩБ классов 30 и 40, соответственно.

Седьмая глава посвящена анализу результатов исследований влияния кремнеземистых и алюмосиликатных добавок на состав и структуру образцов камня КШЩВ, описанию механизмов процессов структурообразования, выявлению особенностей и построению моделей структуры и структурных элементов камня КШЩВ в зависимости от вида добавок.

Анализ состава новообразований камня КШЩВ, проведенный с помощью методов РФА и ТГ, ДТГ и ДСК, показал, что с введением кремнеземистых и алюмосиликатных минеральных добавок происходит увеличение степени гидролитической деструкции. Фиксируется снижение содержания аморфной фазы в составе новообразований образцов камня КШЩВ и увеличение объема продуктов твердения с участием кальция. Новообразованиями камня ШЩВ и КШЩВ являются кальцит, тоберморит, шабазит (СаNa2)[Al2Si4012]6H20, гибшит 3СаО Al2O3.2SiO2.2H2O. Выявлена взаимосвязь степени кристаллизации с долговременной прочностью камня. Установлено, что по мере возрастания содержания аморфного кремнезема увеличиваются скорость и глубина деструкции шлака, связанность щелочных оксидов в составе труднорастворимых продуктов твердения, снижается основность и повышаются вяжущие свойства продуктов твердения, снижается усадочное микротрещинообразование камня КШЩВ. Результаты электронномикроскопических исследований образцов камня КШЩВ (рис.16), показывают, что модифицированные ШЩК отличаются от бездобавочных более однородной и мелкозернистой структурой.

Основываясь на полученных экспериментальных данных по исследованию свойств и структуры камня КШЩВ построены модели, описывающие механизмы формирования структуры с добавками в зависимости от вида их активности (рис.17).

От состава и структуры вещества минеральных добавок зависит их влияние на состав дисперсионной среды, состав, толщину и характер развития межфазного слоя и т.д. С введением «физически» активных добавок увеличивается концентрация щелочного оксида на единицу массы шлака, то есть в теле камня присутствует избыточная щелочь. Благодаря этому создаются благоприятные условия для длительной гидратации шлака с невысокой дисперсностью, взаимодействия матрицы с поверхностью наполнителя, а на границе раздела ШЩВ – частицы КП или ОФС образуется «развивающаяся» контактная зона, эволюция которой во времени заключается в увеличении прочности сцепления вяжущего с наполнителем в результате развития рельефа поверхности частиц наполнителя, вызванного ее постепенной эрозией при высоком рН дисперсионной среды. Результатом взаимодействий компонентов вяжущей системы, является образование со временем дисперсно-упрочненного искусственного каменного композиционного материала, состоящего из 3-х структурных элементов – наращивающих прочность дисперсионной среды (прореагировавшая часть, поры, непрореагировавшие остатки частиц шлака), «развивающаяся» контактная зона, частицы наполнителя (рис.17 а).



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 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.