Карбонатний бетон на золоцементному в’яжучому, модифікованому лужною алюмоферитною добавкою.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

КАРБОНАТНИЙ БЕТОН НА ЗОЛОЦЕМЕНТНОМУ В'ЯЖУЧОМУ, МОДИФІКОВАНОМУ ЛУЖНОЮ АЛЮМОФЕРИТНОЮ ДОБАВКОЮ

Спеціальність: Будівельні матеріали та вироби

КОВАЛЬСЬКИЙ ВІКТОР ПАВЛОВИЧ

ВІННИЦЯ, 2007 РІК



1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. На сучасному етапі розвитку будівельної галузі, у зв'язку зі зростанням вартості енергоносіїв, зростає вартість будівельних матеріалів і виробів. Одним із напрямків зниження їх собівартості є зменшення витрат енергоємних компонентів за рахунок використання побічних продуктів промисловості, таких як відходи енергетичної промисловості (зола-винесення), металургійної промисловості (бокситовий шлам) та видобувної промисловості (відходи каменерізання).

Їх переробка і застосування вигідні як з економічної, так і екологічної точки зору, адже відбувається звільнення площ значних земельних угідь від накопичених відвалів шкідливих техногенних відходів і зниження витрат на їх складування та утримання. В Україні із 1,5 млрд. т. природних ресурсів, які щорічно використовуються у виробництві, більша частина йде у відходи.

Обсяг накопичених твердих відходів добувної, енергетичної, металургійної та інших галузей промисловості перевищує 17 млрд. т. і щорічно зростає на 1 млрд. т.

Економічні та екологічні проблеми, пов'язані з виробництвом портландцементу, обумовлюють необхідність його заміни на композиційні в'яжучі системи. Застосування композиційних в'яжучих дозволяє, при незначних витратах цементу, отримувати ефективні низькомарочні в'яжучі із заданими фізико-механічними властивостями.

Використання відходів паливно-енергетичного комплексу України регламентується відповідною Державною програмою (Постанова КМУ від 15.09.99 р., №1033). Одним із перспективних напрямків застосування промислових відходів є їх використання у виробництві будівельних матеріалів, що дає змогу задовольнити потребу у сировині приблизно на 40%. Залучення відходів промисловості сприяє зниженню витрат на виробництво виробів приблизно на 10...30% порівняно з виробництвом із природної сировини, економія капіталовкладень при цьому становить 35...40%. Тому сьогодні особливу актуальність набуває здійснення нових наукових розробок, спрямованих на створення ефективних будівельних матеріалів та ресурсозберігаючих технологій з мінімальним вмістом енергоємних компонентів. Заміна енергоємних компонентів відходами виробництва за рахунок їх активації дозволить вирішити прикладні задачі використання відходів промисловості в будівельному комплексі України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Розробка і дослідження дрібнозернистого карбонатного бетону на золоцементному в'яжучому, модифікованому лужною алюмоферитною добавкою, виконувались відповідно до держбюджетної програми Міністерства освіти і науки України „Нові технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та аграрно-промисловому комплексі” (номер державної реєстрації 0104U000744): тема „Розробка теорії армування та ущільнення композиційних матеріалів з метою підвищення їх несучої спроможності при динамічних і статичних навантаженнях” - 2004-2006 роки. У зазначеній роботі автор виконував обов'язки виконавця.

Мета і задачі дослідження.

Метою дисертаційної роботи є розробка дрібнозернистого карбонатного пресованого бетону (шламозолокарбонатного (ШЗК)) для стінових виробів на основі карбонатних відходів каменерізання та ефективного малоклінкерного золоцементного в'яжучого.

Відповідно до поставленої мети дисертаційної роботи сформульовані такі задачі досліджень:

- проаналізувати використання техногенних відходів енергетичної промисловості (золи-винесення), металургійної промисловості (бокситового шламу) та видобувної промисловості (відходів каменерізання карбонатних порід) у виробництві в'яжучих та бетонів;

- розробити методику визначення оптимальних параметрів пресування у залежності від рецептурно-технологічних факторів шламозолокарбонатної прес-суміші;

- дослідити можливість активації золоцементної композиції лужною алюмо-феритною добавкою та виявити закономірності її впливу на фазовий склад новоутворень і фізико-механічних характеристик штучного каменю золо-цементного в'яжучого;

- розробити і оптимізувати склад компонентів ефективного низькомарочного золоцементного в'яжучого, модифікованого лужною алюмоферитною добавкою;

- встановити оптимальний склад компонентів, параметри технологічних режимів виготовлення виробів, з використанням методів математичного моделювання, та дослідити властивості композиційного шламозолокарбонатного бетону;

- визначити показники техніко-економічної ефективності ресурсозберігаючої технології виготовлення дрібноштучних стінових виробів на основі шламозолокарбонатного бетону.

Об'єктом досліджень є дрібнозернистий прес-бетон на основі комплексного низькомарочного в'яжучого з техногенних відходів промисловості.

Предмет дослідження - закономірності формування фазового складу новоутворень і властивостей карбонатного пресованого бетону на золоцементному в'яжучому, модифікованому лужною алюмоферитною комплексною добавкою.

Методи досліджень.

Експериментальні дослідження виконано за допомогою сучасних методів фізико-хімічного аналізу: рентгенофазового та диференційно-термічного аналізу.

Визначення фізико-механічних властивостей (середня густина, пористість, водопоглинання, міцність при стиску, при згині та ін.) проведено за традиційними методиками згідно діючих нормативних документів. Розрахунки та оптимізацію складів золоцементних в'яжучих речовин, модифікованих лужною алюмоферитною добавкою, та карбонатних бетонів на їх основі проведено із застосуванням експериментально-статистичних методів планування експерименту.

Наукова новизна отриманих результатів:

- теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено можливість хімічної активації золи-винесення лужною алюмоферитною комплексною добавкою, що приводить до збільшення кількості активного кремнезему та глинозему;

- виявлено вплив бокситового шламу на фазовий склад новоутворень золоцементного в'яжучого, що представлені алюмозалізовміщуючими гідро-гранатами, залізовміщуючими гідросилікатами, гідроалюмінатами та гідро-феритами кальцію, які покращують макроструктуру золошламового в'яжучого за рахунок створення додаткових активних центрів кристалізації;

- встановлено залежність зміни міцності в'яжучого від вмісту золи-винесення і бокситового шламу, в результаті чого отримано ефективне малоклінкерне золоцементне в'яжуче з необхідними показниками міцності;

- виявлено закономірності зміни фізико-механічних властивостей шламозолокарбонатного бетону в залежності від складу компонентів та технологічних параметрів виготовлення, які дозволяють отримати новий штучний камінь з необхідними властивостями;

- вдосконалено ресурсозберігаюча технологія виготовлення пресованих стінових виробів зі шламозолокарбонатного бетону, який містить до 90% техногенних відходів промисловості, що дозволило залучити в технологічний процес відходи енергетичної, металургійної та видобувної промисловості.

Практичне значення отриманих результатів:

- розширено сировинну базу компонентів для бетонів за рахунок використання у їх складі до 90% техногенних відходів промисловості;

- розроблено ефективне низькомарочне золошламове в'яжуче;

- запропоновано та апробовано методику визначення оптимальних параметрів пресування в залежності від фізико-механічних властивостей прес-суміші шламозолокарбонатного бетону;

- обґрунтовано параметри технологічних режимів виготовлення виробів із карбонатного бетону на золоцементному в'яжучому, модифікованому лужною алюмоферитною комплексною добавкою;

- для організації промислового виробництва цегли розроблено технологічний регламент, який підтвердив можливість отримання у дослідно-промислових умовах шламозолокарбонатного бетону і виробів на його основі;

- розрахунковий економічний ефект від виготовлення виробів на основі шламозолокарбонатного бетону в порівнянні із керамічною цеглою, при проектній потужності 4,311 млн. штук стінових виробів на рік, складає близько 306,6 тис. грн., в тому числі ефект від скорочення економічних збитків, що наноситься навколишньому середовищу.

За результатами досліджень згідно розробленого технологічного регламенту випущено на підприємстві ПП „Січ” дослідну партію цегли, яку використано КБМП „БМУ-2” при будівництві Торгового комплексу в м. Вінниці. Ці вироби можуть бути рекомендовані до широкого впровадження на підприємствах будівельної індустрії України. Результати досліджень, отримані в дисертаційній роботі, використовуються в навчальному процесі ВНТУ при вивченні дисциплін: „Будівельні матеріали і вироби” та „Виробнича база будівництва”.

Особистий внесок здобувача полягає у вивченні стану проблеми, виконанні експериментальних досліджень, аналізі та обробці одержаних результатів, а також у впроваджені результатів досліджень у виробництво.

Апробація результатів дисертації.

Основні результати досліджень доповідалися й обговорювалися: на міжнародних конференціях і семінарах: „Моделювання й оптимізація в матеріалознавстві” (Одеса, ОДАБА, 2004, 2005), „Наука і освіта 2005” (Дніпропетровськ, Наука і освіта, 2005), „Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві” (Вінниця, ВНТУ, 2003), “Оздоблювальні роботи у будівництві” (Вінниця, ВНТУ, 2004), на науково-технічних конференціях і семінарах професорсько-викладацького складу Вінницького національного технічного університету (Вінниця, 2001-2006 рр.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 11 наукових праць, у тому числі: 4 публікації у фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України для публікації результатів дисертаційних досліджень, 1 деклараційний патент та 6 публікацій в матеріалах доповідей і тез науково-технічних конференцій та семінарів.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційну роботу викладено на 142 сторінках основної частини і складається із переліку умовних позначень, вступу, п'яти розділів, висновків і включає 24 таблиці та 41 рисунок. Повний обсяг дисертації становить 189 сторінок і містить разом із основною частиною перелік використаних джерел із 186 найменувань на 20 сторінках та дев'ять додатків на двадцяти двох сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність наукової роботи, сформульовані мета і задачі досліджень, розкрито наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, приведені відомості про публікації наукових результатів та апробацію дисертації.

В першому розділі викладено сутність наукової проблеми, її значення і підстави для необхідності проведення досліджень. Теоретично обґрунтовано наукову гіпотезу дисертаційної роботи.

У дисертаційній роботі, як методична основа досліджень, використовується загальна теорія штучних будівельних конгломератів (ШБК) І.А. Риб'єва. Згідно з структурною теорією пресовані композиції на основі мінеральних в'яжучих слід віднести до безвипалювальних будівельних конгломератів щільної структури.

Для розробки дрібнозернистого карбонатного бетону на золоцементному в'яжучому, модифікованому лужною алюмоферитною добавкою, для пресованих виробів було проаналізовано утворення золи-винесення, бокситового шламу та карбонатних відходів і їх використання у виробництві в'яжучих та бетонів.

Електростанція середньої потужності дає в рік близько 600 тис. т. відходів у вигляді золошлакових сумішей, які займають близько 6 га плодоносних земель (К.К. Пушкарьова). Золи-винесення теплових електростанцій України - це склоподібні низькокальцієві алюмосилікатні речовини, представлені дрібнодисперсними порошками. Загальною характеристикою паливних золошлакових сумішей України є їх приналежність до класу кислих та ультракислих. При затворенні водою вони не тверднуть і практично не здатні до гідратоутворення (О.В. Волженський). Реакційна здатність золи-винесення забезпечується лужним розчином, видом відповідних добавок і залежить від іонної сили алюмосилікатної складової та характеру лужного компоненту (П.В. Кривенко, Л.Й. Дворкін). Досвід вивчення цементнозольних в'яжучих свідчить про те, що зола, сорбуючи з гідратованого цементу розчинні луги, бере участь в утворенні стійких, водонерозчинних гідроалюмосилікатів (А.М. Сергеєв).

На відміну від хімічних, механохімічні методи підвищення поверхневої активності дисперсних матеріалів більш результативні і технічно доцільні (М.В. Михайлов, І.В. Барабаш, С.І. Федоркін, Г.С. Ходаков).

Усе це визначає необхідність переробки зол ТЕЦ України в багатотонажному виробництві, наприклад, при виготовленні в'яжучих, бетонів та виробів на їх основі.

Також розглянуто використання бокситового (червоного) шламу при виробництві будівельних матеріалів на основі відомих робіт М.І. Бураєва, В.І. Корнєєва, Б.П. Парімбетова, Г.Т. Пужанова та ін., в яких досліджується супутній продукт при переробці бокситів на глинозем - червоний шлам. Червоний бокситовий шлам є масовим техногенним відходом алюмінієвої промисловості, який за рахунок своїх фізико-хімічних властивостей здатний впливати на властивості бетонів. Спрямованих комплексних розробок його використання для активації золи-винесення, а також для виготовлення карбонатних прес-бетонів раніше не проводилося. Низький вміст у ньому оксиду кальцію не дозволяє використовувати цей шлам як основний компонент цементного в'яжучого.

Ефективність використання в бетоні карбонатних заповнювачів широко досліджувалась як вітчизняними вченими, так і вченими інших країн (П.І. Боженов, С.С. Гордон, А.А. Гордєєв, П.Л. Єременок, Т.Ю. Любімова, Р.Л. Маілян, Є.Р. Пінус, Б.Г. Скрамтаєв, Т. Торвальдсон, І. Ферран та ін.). Їх дослідження послужили підґрунтям для розробки теоретичних, наукових та технологічних основ дисертаційної роботи: вибору вихідної сировини, впливу компонентів на кінцеві властивості бетонів, виявлення оптимальних умов використання карбонатних заповнювачів та вдосконалення технології виробництва дрібноштучних виробів.

Результати досліджень показали, що заповнювачі з пористих вапняків і вапняків-черепашників, незважаючи на низьку міцність породи (в середньому від 1,5 до 10 МПа), завдяки особливостям структури та хіміко-мінералогічного складу, забезпечують отримання на їх основі, при звичайних витратах цементу, конструктивних бетонів міцністю 15-30 МПа і вище.

Результати досліджень Є.Р. Пінуса, Т. Торвальдсона, І.І. Єгорова, Н.Г. Ковальова та інших авторів свідчать про те, що зчеплення цементного каменя з карбонатними заповнювачами значно краще, ніж з високоміцними заповнювачами із вивержених гірських порід.

Отримати високоякісний бетон на заповнювачах із карбонатних відходів можливо шляхом оптимізації вмісту пилуватих фракцій вапняків-черепашників та залученням їх у фізико-хімічні процеси тверднення і формування структури в'яжучої матриці та бетону в цілому. Це може бути досягнуто сумісним використанням карбонатних заповнювачів та в'яжучих, дисперсна фаза яких складається переважно з алюмосилікатної фази, а також шляхом активації пилуватих карбонатних частинок лугами. У повній мірі таким вимогам відповідають золошламові в'яжучі на основі кислої золи-винесення ТЕС та лужного червоного бокситового шламу Миколаївського глиноземного заводу, що містить до 19% Al2O3, близько 40% Fe2О3 та лугів (Na2OK2O в межах 6%).

Вивчення розвитку ресурсо- і енергозберігаючих технологій виготовлення стінових матеріалів показало, що поряд із багатотоннажним виробництвом керамічної та силікатної цегли останнім часом намічається тенденція до будівництва підприємств малої потужності з використанням методу напівсухого пресування виробів місцевої сировини та відходів промисловості. На основі літературних джерел та попередньо проведених лабораторних досліджень була сформована робоча гіпотеза: лужна алюмоферитна складова бокситового шламу може бути використана в якості модифікатора золоцементного в'яжучого з комплексним характером впливу.

При введенні шламу до складу в'яжучого підвищиться розчинність алюмосилікатного скла, що міститься у золі-винесення, за рахунок вмісту в червоному шламі лугів. Добавка шламу при механічній активації золи-винесення призведе до руйнації поверхневої склоподібної оболонки, тим самим надасть можливість залучити більшу кількість реакційно здатної золи-винесення в процес структуроутворення цементного каменя. За рахунок дрібнодисперсної будови червоного шламу (90% частинок має радіус менше 10 мкм) ведення його як мікронаповнювача дозволить підвищити фізико-механічні властивості в'яжучого та бетонів на його основі.

В другому розділі наведено характеристики сировинних матеріалів, описані методи експериментальних досліджень та представлена обробка їхніх результатів.

Для отримання золоцементних в'яжучих, модифікованих лужною алюмо-феритною добав-кою, як вихідний матеріал використано золу-винесення (ЗВ) Ладижинської ТЕС (ГОСТ 25592).

В якості лужної алюмоферитної добавки застосовано червоний шлам (ЧШ) Миколаївського глиноземного заводу (ДСТУ Б В.2.7-39-95) - відходи при переробці бокситів на глинозем. Характерною особливістю червоного шламу, як модифікуючої добавки, є висока дисперсність та лужна реакція (рН від 10 до 12). Як заповнювач використовували відходи каменерізання карбонатних порід (ДСТУ Б В.2.7-27-95) кар'єрів Вінницької області з модулем крупності Мкр - 2,48.

В якості активної добавки до комплексного золошламового в'яжучого використовували портландцемент ПЦ І-400 Кам'янець-Подільського цементного заводу (ДСТУ Б В.2.7-46-96).

Дослідженнями встановлено, що всі сировинні компоненти шламозолокарбонатного прес-бетону за рівнем питомої концентрації природних радіонуклідів, згідно вимог ДБН В 1.4-01-97, відносяться до першої групи будівельних матеріалів. Максимальне значення сумарної активності природних радіонуклідів дорівнює 130 Бк/кг, що не перевищує допустимої величини 370 Бк/кг (для будівель першого класу).

Дослідження фізико-механічних і реологічних властивостей розчинів і зразків, виготовле-них з шламозолокарбонатного прес-бетону, проводились згідно стандартних методик відповідно до ДСТУ Б.В.2.7-22-95, ДСТУ Б.В.2.7-7-94, ДСТУ Б.В.2.7-114-2002. Вплив компонентного складу в'яжучого на фазовий склад новоутворень комплексного золошламового в'яжучого вивчали за результатами фізико-хімічних досліджень методами диференціально-термічного і рентгено-фазового аналізів.

Автором розроблено методологію досліджень, що включає загальну блок-схему досліджень, обґрунтований вибір методик дослідження фізико-механічних властивостей, складу і структури комплексного механохімічно активованого золоцементного в'яжучого, модифікованого лужною алюмоферитною добавкою (золошламове в'яжуче) та карбонатних матеріалів на основі даного в'яжучого. Поставлені задачі дослідження вирішувалися поєднанням стандартних методів та методик досліджень зі спеціально розробленою методикою визначення оптимальних параметрів пресування для будь-якого складу прес-суміші з урахуванням її фізико-механічних властивостей. Використання цієї методики дає змогу підвищити ефективність технологічних рішень, пов'язаних з виробництвом пресованих стінових виробів. Для математичної обробки результатів експерименту, створення графічних залежностей використана програма Microsoft Excel'97 та MathCAD 2000 professionals.

У третьому розділі наведено результати експериментальних досліджень впливу механохімічної активації золи-винесення бокситовим шламом на хімічні процеси фазового складу новоутворень золошламового в'яжучого. Визначено оптимальний склад механохімічно активованого комплексного золошламового в'яжучого з використанням золи-винесення, бокситового шламу та добавки портланд-цементу.

Як відомо, зола-винесення складається приблизно на 78% із глинозему та кремнезему, а їх розчинність залежить від рН розчину.

При збільшенні рН розчину з 8 до 10 розчинність глинозему збільшується у 25 разів, а розчинність кремнезему збільшується у 2,5 рази, що становить 10 моль/л.

Тому, як хімічний реагент в процесі активації золи-винесення, нами запропоновано використовувати багатотоннажні відходи бокситового шламу, які містять у своєму складі (Na2OK2O до 6%).

У результаті досліджень визначений період максимального розчинення лугів червоного шламу у водному розчині. На рис. 1, видно, що при змішуванні червоного шламу з водою максимальне значення рН розчину, рівне 11,6, досягається вже через 5 хв. Дослідження рН розчину проводили за допомогою приладу рН-метр 125.

Для експериментального підтвердження робочої гіпотези щодо підвищення ефективності гідравлічного потенціалу ЗВ за рахунок введення бокситового шламу, як лужного мікронаповнювача, було виготовлено сім серій зразків балочок розмірами 4Ч4Ч16 см із різним вмістом червоного шламу. Вміст портландцементу, водо-тверде (В/Т) відношення та умови тверднення залишали постійними.



Рис. 1. - Розчинність лугів червоного шламу у водному розчині:

Співвідношення компонентів модифікованого в'яжучого для різних серій зразків наведено в табл. 1.

Таблиця 1. - Склад модифікованого в'яжучого з різним вмістом алюмоферитної добавки:

За результатами дослідження впливу бокситового шламу на властивості золошламового в'яжучого встановлені залежності. Показники хімічної руйнації поверхні частинок золи-винесення бокситовим шламом оцінювали за консистенцією сумішей, яка визначалася за допомогою струшуючого столику та за максимальною границею міцності при стиску половинок балочок.

Встановлено, що розплив золошламової суміші із заміною бокситовим шламом до 27% золи при постійному В/Т, дає збільшення розпливу суміші на 12%. Це пов'язано з пластифікуючими властивостями бокситового шламу, які виявлені в роботах інших дослідників. При збільшенні до 54% ЧШ спостерігається значне зменшення розтікання суміші. Зміна розпливу суміші, активованої лужною алюмоферитною добавкою, при інших рівних умовах, підтверджує руйнування склоподібної оболонки золи, що проявляється у зменшенні текучості суспензії.

За результатами досліджень встановлено, що ріст міцності спостерігається при заміні золи бокситовим шламом на проміжку від 13,5% до 40,5%. В загальному, приріст міцності склав приблизно 58%, коефіцієнт розм'якшення збільшився на 14%, а водопоглинання зменшилось на 6% в порівнянні з серією зразків без шламу. Заміна золи бокситовим шламом на 40,5% і більше призводить до зниження границі міцності при стиску. Це пояснюється недостатньою кількістю золи-винесення та відсутністю гідравлічної активності в бокситовому шламі. Виявлено, що бокситовий шлам є активною коригуючою добавкою, яка впливає на строки тужавлення золошламового в'яжучого. Вміст бокситового шламу в кількості 13,5-27% призводить до сповільнення початку тужавлення золошламового в'яжучого. Подальше збільшення вмісту бокситового шламу понад 27% призводить до скорочення строків тужавлення.

Строки тужавлення в'яжучого оптимального складу приведені в таблиці 2. На рис. 2. показано залежність коефіцієнта розм'якшення від вмісту у в'яжучому бокситового шламу.

Рис. 2. - Вплив бокситового шламу на водостійкість комплексного золошламового в'яжучого:



Як видно з рис. 2, вміст бокситового шламу в межах до 40,5% позитивно впливає на водостійкість золошламового в'яжучого. Підвищення водостійкості на 24% в порівняні із зразками без добавок шламу обумовлено збільшенням кількості гідратних новоутворень за рахунок хімічної активації золи-винесення активною мінеральною алюмоферитною добавкою.

Встановлено закономірність зростання середньої щільності в середньому на 2,8% при заміні золи бокситовим шламом на 13,5%. Загальне збільшення щільності в порівнянні із зразками, які не містять шламу, і зразками, в яких вміст шламу становить 67,5%, складає 14,7%. Підвищення середньої щільності свідчить про зменшення пористості, що в свою чергу зменшує водопоглинання та збільшує водостійкість даного золошламового в'яжучого при наявності гідратних новоутворень.

В результаті обробки отриманих експериментальних даних одержано адекватну експериментально-статистичну модель активності в'яжучого, отримано рівняння регресії та побудована поверхня відгуку в залежності від складу активної мінеральної добавки:

Де:

Rст - границя міцності при стиску;

х1 - витрати золи-винесення;

х2 витрати бокситового шламу.

За допомогою пакету прикладних програм MathCAD було проведено оптимізацію вмісту компонентів для максимізації величини міцності Rст. Визначені такі оптимальні значення складу активної мінеральної добавки: витрати золи-винесення складають 52,6%, червоного шламу 37,4%.

Методами рентгеноструктурного та диференційно-термічного аналізу досліджено мінерально-фазовий склад новоутворень золошламового в'яжучого. Встановлено, що введення бокситового шламу в золоцементне в'яжуче суттєво впливає на зміну мінерально-фазового складу новоутворень золоцементного каменю. Оксиди заліза - Fe2O3 та алюмінію Al2O3, які містяться в червоному бокситовому шламі, є прискорювачами утворення гідросилікатів кальцію.

При наявності Fe2O3 в складі цементної зв'язки можливо утворення алюмозалізовміщувальних гідрогранатів, залізовміщувальних гідросилікатів кальцію та гідроферитів кальцію.

Наявність підвищеного вмісту гідратних новоутворень підтверджується результатами диференційно-термічного аналізу зразків в'яжучого.

Результати випробувань фізико-механічних властивостей отриманого композиційного золошламового в'яжучого зведені в табл. 2.

Таблиця 2. - Фізико-механічні властивості золошламового в'яжучого оптимального складу:

Визначено фізико-механічні властивості золошламового в'яжучого, яке складається із золи-винесення 52,6%, червоного шламу 37,4% та портландцементу ПЦ І-400 10%, відповідають вимогам ДСТУ Б. В.2.7-22-95 „В'яжучі композиційні низькоактивні безклінкерні”.

Четвертий розділ присвячено питанням розробки будівельних стінових матеріалів на основі карбонатних відходів і комплексного механохімічно активованого золошламового в'яжучого, дослідженню структури та встановленню основних технологічних параметрів виробництва. Структуроутворення формовочних прес-сумішей відбувається у дві основні стадії - в момент ущільнення і в період тверднення в'яжучої речовини. Результативність цих етапів є функцією рецептурно-технологічних факторів - кількості в'яжучого m, вологості прес-суміші W, тиску пресування P та умов тверднення. При проведенні багатофакторного експерименту були отримані квадратичні рівняння регресії, які дозволяють адекватно описати залежності значень величин міцності, водостійкості Кр, середньої щільності від основних рецептурно-технологічних факторів: х1 - кількості в'яжучого m, х2 - вологості прес-суміші W, х3 - тиску пресування P.

Проведені дослідження макроструктури дрібнозернистого карбонатного прес-бетону на основі комплексного золошламового в'яжучого. Отримані результати підтвердили можливість застосування золошламокарбонатного прес-бетону для виготовлення дрібноштучних стінових виробів з такими характеристиками: М 250, F-25, W-12,5%, -2050 кг/м3, Кр-0,91. Вироби з такого прес-бетону здатні набирати міцність як при нормальних умовах тверднення, так і при тепловологій обробці.

П'ятий розділ присвячено практичної реалізації результатів досліджень. Обґрунтовано вибір і удосконалено ресурсозберігаючу технологію виробництва карбонатних стінових матеріалів на механохімічно активованому золошламовому в'яжучому з використанням відходів каменерізання карбонатних гірських порід. Технологічний процес виготовлення пресованих стінових блоків розроблено з прив'язкою до технологічних ліній існуючих цегельних заводів напівсухого пресування. Виготовлення цегли по розробленій технології можливе не лише на спеціалізованому підприємстві, але й локально, поблизу існуючих ТЕС, з використанням мінімальної кількості виробничих площ, використанням тепла газів, які викидаються в атмосферу.

Це дозволить знизити собівартість виробництва, в певній мірі вирішити питання задоволення потреб сільського і промислового будівництва, а використання максимальної кількості відходів дозволить звільнити значні площі, зайняті під відвали.

У виробничих умовах випущено дослідно-промислову партію карбонатної лицьової цегли на модифікованому золоцементному в'яжучому. Результати досліджень фізико-механічних властивостей суцільної та пустотілої цегли з карбонатного бетону на золоцементному в'яжучому, модифікованому лужною алюмоферитною добавкою, зведені в табл. 3.

Таблиця 3. - Фізико-механічні властивості цегли з карбонатного бетону:

Завдяки наявності в складі розробленого бетону оксидів заліза вироби мають привабливий колір, за кольоровою гамою подібні до глиняної цегли.

Випробувані зразки суцільної та пустотілої цегли з карбонатного бетону на золоцементному в'яжучому, модифікованому лужною алюмоферитною добавкою, відповідають вимогам ДСТУ Б В.2.7-7-94.

У результаті випуску дослідно-промислової партії лицьової цегли на основі дрібнозернистих карбонатних прес-бетонів з використанням комплексного золошла-мового в'яжучого економічний ефект складає 71,12 грн. на 1 тис. штук цегли. Розрахунковий економічний ефект при потужності підприємства 4,311 млн. штук умовної цегли в рік за рахунок виробництва цегли складає 177 тис. грн. за рік, а прибуток від скорочення економічного збитку, що наноситься навколишньому середовищу - 129,5 тис. грн. Загальний розрахунковий економічний ефект від впровадження результатів дисертаційних досліджень складає близько 306,60 тис. грн. за рік.



ВИСНОВКИ

1. Здійснено класифікацію, аналіз утворення і використання техногенних відходів промисловості (золи-винесення, бокситового шламу та карбонатних відходів) у виробництві в'яжучих та бетонів. Вивчено фізико-хімічні закономірності отримання малоклінкерних золоцементних в'яжучих;

2. Обґрунтовано вибір сировинних матеріалів та вивчені їхні властивості з метою отримання комплексного в'яжучого. Розроблено методологію досліджень, що включає загальну блок-схему досліджень карбонатного бетону на золоцементному в'яжучому, модифікованому лужною алюмоферитною добавкою, та методику визначення оптимальних параметрів пресування у залежності від фізико-механічних властивостей прес-суміші;

3. Виявлено основні закономірності впливу механохімічної активації золи-винесення лужною алюмоферитною добавкою. Доведено комплексний вплив бокситового шламу на фізико-механічні властивості золошламового в'яжучого та визначені мінімальні витрати ПЦ І-400 - в межах 10% від маси золошламового в'яжучого, - які забезпечують нормовану морозостійкість та водостійкість; бетон портландцемент будівельній

4. Досліджено за допомогою рентгеноструктурного та диференційно-термічного аналізу мінерально-фазовий склад новоутворень золошламового в'яжучого. Встановлено, що введення бокситового шламу в золоцементне в'яжуче суттєво впливає на зміну мінерально-фазового складу новоутворень золоцементного каменю. Оксиди заліза - Fe2O3 та алюмінію Al2O3, які містяться в червоному бокситовому шламі, є прискорювачами утворення гідросилікатів кальцію. При наявності Fe2O3 в складі цементної зв'язки утворюються алюмозалізовміщувальні гідрогранати, залізовміщувальні гідросилікати кальцію та гідроферити кальцію;

5. Визначено оптимальний склад компонентів золоцементного в'яжучого, модифікованого лужною алюмоферитною добавкою: витрати золи-винесення складають 52,6%, червоного шламу 37,4% та портландцементу 10%. Доведено, що золоцементні в'яжучі, модифіковані лужною алюмоферитною добавкою, придатні для використання в будівництві, а фізико-механічні властивості отриманого матеріалу відповідають ДСТУ Б. В.2.7-22-95;

6. Встановлено залежність значень величин міцності R, водостійкості K та середньої щільності pm від основних технологічних параметрів: кількості в'яжучого m, вологості прес-суміші W, тиску пресування P;

7. Апробовано методика визначення оптимальних параметрів пресування підтвердила її достовірність, а оперативність та менша матеріаломісткість надають їй переваги у порівнянні з традиційними методиками. Удосконалена ресурсозберігаюча технологія виготовлення дрібнозернистих прес-бетонів на основі відходів каменерізання карбонатних порід та комплексного золошламового в'яжучого;

8. Отримані результати підтвердили можливість застосування золошламо-карбонатного прес-бетону для виготовлення дрібноштучних стінових виробів;

9. Здійснено випуск дослідно-промислової партії лицьової цегли на основі дрібнозернистих карбонатних прес-бетонів з використанням модифікованого в'яжучого. Економічний ефект складає 71,12 грн. на 1 тис. штук цегли. Дослідне впровадження результатів роботи підтвердило достовірність отриманих результатів, обґрунтованість висновків та рекомендацій. Розрахунковий економічний ефект: при потужності підприємства 4,311 млн. штук умовної цегли в рік прибуток за рахунок виробництва цегли складає 177 тис. грн. за рік, а прибуток від скорочення економічного збитку, що наноситься навколишньому середовищу - 129,5 тис. грн. Загальний розрахунковий економічний ефект від впровадження результатів дисертаційних досліджень складає близько 306,60 тис. грн. за рік.



ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ВИКЛАДЕНО У ПРАЦЯХ

1. Ковальський В.П. Застосування червоного бокситового шламу у виробництві будівельних матеріалів // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - 2005. - №1 (49). - С. 55-60.

2. Очеретний В.П., Ковальський В.П. Дрібноштучні стінові матеріали з використанням відходів промисловості // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2005. - №1. - С. 16-21.

3. Друкований М.Ф., Очеретний В.П., Ковальський В.П. Комплексне золошламове в'яжуче // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - 2006. - Вип. 21. - С. 94-100.

4. Очеретний В.П., Ковальський В.П. Машницький М.П. Активація компонентів цементнозольних композицій лужними відходами глиноземного виробництва // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2006. - №4.

5. Пат. 13518 Україна, МПК С 04 В28/00. Суміш для виготовлення будівельних виробів. Очеретний В.П., Ковальський В.П. Заявл. 21.06.2005, Опубл. 17.04.2006. Бюл. №4. - 6 с.

6. Друкований М.Ф., Очеретний В.П., Ковальський В.П., Чепурченко В.П. В'яжуче з відходів для дорожнього будівництва // Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві. - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2004. - С. 50-54.

7. Очеретный В.П., Ковальский В.П. Определение факторного пространства для построения математической модели карбонатного пресс-бетона // Материалы к 43-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов “Моделирование и оптимизация в материаловедении”, МОК'43. - Одесса: Астропринт, 2004. - С. 149.

8. Очеретний В.П., Ковальський В.П. Передумови активації золи-винесення відходами глиноземного виробництва // Матеріали VIII міжнародної науково-практичної конференції “Наука і освіта 2005”. - Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2005. - Том 55. - С. 31-32.

9. Ковальский В.П. Оптимизация состава карбонатного бетона // Материалы к 44-му международному семинару по моделированию и оптимизации композитов “Моделирование и оптимизация в материаловедении”, МОК'44. - Одесса: Астропринт, 2005. - С. 134.

10. Очеретний В.П., Ковальський В.П. Використання відходів промисловості при виготовленні оздоблювальних матеріалів // Сучасні технології, матеріали і конструкції в будівництві. - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2006. - С. 169-177.

11. Очеретний В.П., Ковальський В.П., Машницький М.П. Комплексна активна мінеральна добавка на основі відходів промисловості // Сборник научных трудов по материалам IV международной научно-практической Интернет-конференции „Состояние современной строительной науки - 2006”. - Полтава: Полтавский ЦНТЭИ, 2006. - С. 116-121.

Размещено на Allbest.ru

...