Повышение эффективности производства шлакобетонов на основе активированных вяжущих веществ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Повышение эффективности производства шлакобетонов на основе активированных вяжущих веществ

Строительство в районах с суровыми климатическими условиями, к которым относятся Восточная Сибирь и Дальний Восток, требует развития производства эффективных материалов на основе местного минерального сырья и отходов промышленности. В этом плане перспективными являются технологии, построенные на использовании эффузивных пород, в частности вулканических шлаков. Уникальность вулканических шлаков заключается в том, что в отличие от всех других типов эффузивных пород они, благодаря своему активному химическому и фазовому составу, а также физической структуре, применимы для использования в двух видах: в виде компонента вяжущих и пористого заполнителя. При этом не требуется специальной энергоемкой стадии подготовки, так как использование вулканических шлаков осуществляется в естественном состоянии. Проведение разработок в этом направлении и их реализация позволяют создавать эффективные теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные материалы и изделия, обладающие хорошими механическими и теплофизическими свойствами. Известно, что вулканические шлаки активно вступают во взаимодействие в условиях тепловлажностной обработки (ТВО) с щелочными и щелочноземельными компонентами, образуя при этом цеолитоподобные и устойчивые гидроалюмосиликатные соединения. В этом направлении наиболее активна система «вулканический шлак - жидкое стекло». Однако анализ практического использования свидетельствуют о технологических неудобствах использования жидкого стекла вследствие схватывания бетонной смеси на рабочих частях транспортного, смесительного и формовочного оборудования. Для устранения вышеперечисленных недостатков перспективно переход на твердые силикаты натрия (силикат-глыба) как носителя щелочного активизатора и отвердевающего связующего - кремнегеля. Кроме того, применение промышленной силикат-глыбы позволяет снизить себестоимость продукции по сравнению с дорогостоящими жидкомодульными стеклами.

В развитии известных разработок в области получения бесклинкерных вяжущих на основе вулканических шлаков, нами была сформулирована гипотеза о возможности создания эффективных шлакосиликатных вяжущих (ШСВ), полученных путем совместного помола вулканических шлаков, силикат-глыбы в условиях гидромеханохимической активации.

В качестве исходных материалов для получения ШСВ и бетонов на их основе были использованы вулканические шлаки месторождения Хурай-Цакир (Республика Бурятия), натриевая силикат-глыба с кремнеземистым модулем 3,3.

В качестве способов механического воздействия на ШСВ, обуславливающие их механическую активацию, были выбраны:

- ударно-истирающий с различной интенсивностью воздействия (шаровая и планетарная мельницы);

- истирающий (стержневая вибромельница).

Активировали по сухому режиму и в жидкой фазе - гидромеханоактивация (ГМА). Основным варьируемым параметром при помоле вяжущих в различных измельчителях была продолжительность измельчения. На начальном этапе исследований был определен процесс растворения силикат-глыбы, подвергнутой сухой активации и ГМА в различных измельчителях до удельной поверхности порошка 500 м²/кг. Полученный порошок подвергли пропариванию по режиму: t= 98⁰С при времени 2+ф+2 часа, где ф - время изотермической выдержки, равное 6,8,10,12 часам. Для ускорения процесса растворения силикат-глыбы в исследуемую систему вводили щелочь NaOH в количестве от 0,5 до 3% (в пересчете на Na₂O) от массы силикат-глыбы.

Как видно из приведенных данных, процесс растворения силикат-глыбы протекает однотипно во всех системах с разницей по скорости растворения (табл. 1). Все системы растворяют силикат-глыбу по характерной зависимости: с увеличением степени дисперсности скорость растворения возрастает. В процессе активации происходит также разуплотнение силикат-глыбы - при удельной поверхности 500 м²/кг плотность снижается от начальной 2,46 г./см³ до 2,39 г./см^3, что скорее всего связано с образованием дефектов структуры. Анализ результатов спектров поглощения активированных смесей показал, что тонкое измельчение приводит к уменьшению степени полимеризации тетраэдров [SiO₄ ] в сетке стекла, о чем свидетельствует сдвиг полосы 1071 см^-1 в сторону меньших частот, а также общее снижение интенсивности этой полосы с увеличением степени дисперсности порошков и появление полосы около 974 см^-1, которая принадлежит колебанию связи Si - O.

Таким образом, в ходе механической обработки происходит существенное изменение структуры силиката, что приводит к повышению его активности и ускорению последующего его растворения при атмосферном давлении.

Влияние способа механоактивации на растворимость силикат-глыбы (пропаривание по режиму: t= 98⁰С при времени 2+10+2 часа)

теплоизоляционный шлакосиликатный вяжущий шлакобетон

Активность силиката зависит не только от степени его дисперсности, но и в значительной степени от способа механоактивации: более эффективна ГМА. Повышение количества щелочной добавки не приводит к изменению показателей растворимости: при введении 0,5% по массе щелочи эффективное растворение происходит при удельной поверхности силикат-глыбы 300 - 350 м²/ кг.

Лучшие показатели растворимости наблюдаются при измельчении силикат-глыбы в планетарной мельнице и в вибромельнице. Установлено, что эффект механоактивации имеет место только при высокой энергонапряженности измельчителя, когда происходит не только диспергирование, но и пластическая деформация силикат-глыбы. Кроме того, в вибромельнице и планетарной мельнице создаются высокие механические нагрузки на обрабатываемый материал, недостижимые для обычной шаровой мельницы, что подтверждает раннее проведенные исследования [1]. Возможно в этих аппаратах материалу передается максимально возможное количество подводимой энергии, а величина ускорения частиц достигает нескольких десятков g [2].

Основываясь на вышеприведенных данных, проведены эксперименты по растворимости силикат-глыбы в смесях. Это произведено с целью моделирования реальных технологических условий. Для чего вулканический шлак и силикат-глыба в соотношении 1:1 размалывали совместно в планетарной мельнице и вибромельнице до удельной поверхности порошка 400 - 450 м²/кг.

Физико-химические исследования показывают, что фазовый состав затвердевшего искусственного камня предоставлен различными новообразованиями в зависимости от способа механической активации и содержания щелочного агента. Так, из рентгенограмм видно, что с увеличением продолжительности ТВО более окристаллизованы цеолитоподобные фазы R₂OхА1₂Озх2SiO ₂ х2H₂O типа гидрат-нефелина I (NAS₂H₂) (d=2,95; 2,84; 2,54; 2,45 А), натролита (NAS₂H_n) (d=2,95; 2,84; 2,54; 2,45 А). Остальная масса новообразований представлена кремнегелем, о чем свидетельствуют оптические наблюдения.

На основе активированных ШСВ оптимального состава была разработана методика целенаправленного создания шлакобетонов из ШСВ и заполнителей из вулканического шлака, в том числе некондиционных заполнителей. При оптимизации составов шлакосиликатных бетонов (ШСБ) варьировались следующие технологические факторы: расход вяжущего, воды, вид и фракция заполнителя.

Известно, что для производства легких бетонов к пористым заполнителям к числу основных предъявляются требования по содержанию глинистых и илистых примесей, количество которых не должно превышать 3%. Однако, можно предположить, что глинистые примеси, входящие в состав вулканического шлака как заполнителя, будут взаимодействовать с растворимой силикат-глыбой в процессе ТВО с образованием щелочных гидроалюмосиликатов. Образование последних позволит не только увеличить плотность контакта между заполнителем и вяжущим, но и улучшить строительно-технические свойства шлакобетонов.

Результаты исследований получения неавтоклавного ШСБ подтверждают нашу гипотезу о том, что гидроалюмосиликаты глинистых примесей некондиционного заполнителя в сочетании с щелочными компонентами вяжущего образуют дополнительно гидратные новообразования в виде гидроалюмосиликатов натрия типа натролита, что подтверждают данные РФА.

Анализ основных физико-технических свойств разработанных шлакосиликатных бетонов показывает на их стойкость, долговечность, преимущества перед известными по конструктивности, достаточную водо- и морозостойкость, что позволяет их рекомендовать для изготовления штучных стеновых материалов и изделий. Таким образом, большие запасы кислых вулканических пород и их широкое распространение по территории России (Восточная Сибирь, Дальний Восток) позволяют расширить сырьевую базу вяжущих материалов для производства шлакобетонов и изделий на их основе.

Список литературы

1. Сулименко Л.М., Шалуненко Н.И., Урханова Л.А. Механохимическая активация вяжущих композиций // Известия ВУЗов. серия «Строительство», 1995. №11. С. 63-68.

2. Дугуев С.В., Иванова В.Б., Денисов М.Г. и др. Применение механохимической активации в процессах твердофазного синтеза тонкодисперсных порошкообразных материлов // Строительные материалы, 2003. №2. С. 14-17.

Размещено на Allbest.ru