Комплексное использование местных сырьевых ресурсов и промышленных отходов для получения наполненных гипсовых композиций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Комплексное использование местных сырьевых ресурсов и промышленных отходов для получения наполненных гипсовых композиций

Перед промышленностью строительных материалов стоит важнейшая задача-обеспечение строительства эффективными и недорогими материалами, одним из путей решения которой может стать комплексное использование местного минерального сырья и промышленных отходов. Наличие в России значительных запасов гипсового камня, многочисленные положительные свойства материалов на основе гипсовых вяжущих (ГВ) и накопленный мировой опыт их применения, являются на наш взгляд, существенными предпосылками для широкого использования в строительстве композиций на основе гипса. Для модификации свойств ГВ, формирования оптимальной структуры гипсового камня на его основе, могут быть использованы различные природные минеральные добавки. Вместе с тем значительные возможности модификации свойств гипсовых композиций дает использование многих отходов и побочных продуктов промышленности, ресурсная ценность которых подтверждена технико-экономическими расчетами и практическими результатами многих исследователей. Это позволяет одновременно решать и вопросы экологии.

При выборе природных минеральных добавок или отходов и побочных продуктов промышленности не последнюю роль играет их наличие в регионе, поскольку транспортные расходы оказывают существенное влияние на стоимость конечного продукта. Так, в республике Татарстан (РТ) наряду со значительными запасами гипсового камня имеются месторождения болотных железных руд (БЖР), цеолитсодержащих пород (ЦСП), кварцевых песков. Одним из крупнотоннажных отходов энергетической отрасли республики является шлам водоумягчения (ШВУ) ТЭЦ. С учетом этого, а также принимая во внимание результаты выполненных [1,2] ранее экспериментов, были выбраны следующие объекты исследования: строительный гипс марки Г3АII (ГОСТ 125-79) Аракчинского гипсового завода, БЖР Березовского, ЦСП Татарско-Шатрашанского, кварцевый песок Васильевского месторождений РТ и карбонатсодержащая добавка (КСД), полученная из ШВУ Казанской ТЭЦ-1.

Перед введением в строительный гипс все добавки высушивались до постоянной массы и подвергались помолу в шаровой мельнице. Основные физико-технические свойства полученных гипсовых композиций определялись согласно ГОСТ 23789-79.

Выполненные исследования показали, что совместное введение в состав ГВ добавок БЖР и КСД оказывает положительное влияние на свойства композиций: без снижения прочности возможно наполнение строительного гипса добавками до 20%, при этом сроки начала схватывания вяжущего замедляются с 6 (для строительного гипса без наполнителей) до 23-35 минут. Степень и характер влияния каждой добавки на физико-технические свойства полученных композиционных гипсовых вяжущих (КГВ) были описаны с привлечением метода ортогонального центрального композиционного планирования эксперимента (ОЦКП), оптимальные составы КГВ определены графо-аналитически.

Были получены следующие уравнения регрессии:

- для описания изменения сроков начала (У_н=НС) и конца (У_к=КС) схватывания вяжущего (в кодированных переменных уравнения 1 и 2, в физических переменных уравнения 3 и 4)

У_н=22,93+7,167Х₁+17,167Х₂+6,5Х₁Х₂+11,055Х₂² (1)

У_к=24,874+7,833Х₁+18,333Х₂+7,75Х₁Х₂+12,2Х₂² (2)

НС=0,44К²-8К-1,167Р +0,26РК+44,486 (3)

КС=0,488К²-9,193К-1,533Р+0,31РК+52,342 (4)

- для описания изменения предела прочности при сжатии (У_R=ПР28) в кодированных и физических величинах (уравнения 5 и 6 соответственно)

У_R=6,74-1,6Х₁-0,95Х₂-1,225Х₁² (5)

ПР28=-0,0449К²+0,708К-0,32Р+7,35 (6)

- для описания изменения коэффициента размягчения гипсового камня (У_кр=К_р) в кодированных и физических величинах (уравнения 7 и 8 соответственно)

У_кр=0,4289-0,025Х₂-0,093Х₁² (7)

К_р=-0,00372Р²+0,0744Р-0,005К+0,1069 (8)

Установлено, что на сроки схватывания вяжущего и прочность гипсового камня на его основе оказывает влияние как БЖР (фактор Х₁=Р), так и КСД (фактор Х₂=К): с повышением степени наполнения сроки схватывания замедляются, а прочность снижается. При этом на изменение сроков схватывания большее влияние оказывает количество КСД, а на прочностные характеристики - количество БЖР. Снижение прочности гипсового камня за счет влияния добавки БЖР менее значительно при введении ее в оптимальном количестве. С увеличением в составе вяжущего количества КСД наблюдается также и снижение коэффициента размягчения. При этом содержание БЖР является не значимым фактором при условии, что ее количество не более оптимального.

Совместное введение в состав строительного гипса добавок ЦСП и КСД показало, что степень наполнения ими вяжущего может составлять 18-20%. При этом сроки начала схватывания ГВ замедляются с 6 (для строительного гипса без добавок) до 20-25 минут при сохранении прочности гипсового камня на уровне контрольного состава (без добавок); водостойкость гипсового камня повышается с 0,3 (контрольный состав без добавок) до 0,44-0,46. Полученные уравнения регрессии и построенные на их основе поверхности отклика дали возможность произвести более полный количественный анализ исследуемых факторов и построить область оптимальных составов наполненных гипсовых композиций.

Были получены следующие уравнения регрессии:

- для описания изменения сроков начала (У_н=НС) и конца (У_к=КС) схватывания вяжущего (в кодированных переменных уравнения 9 и 10, в физических переменных уравнения 11 и 12)

У_н=18,812+9,167Х₂ (9)

У_к=19,834+9,167Х₂ (10)

НС=0,478+1,8334 (11)

КС=1,5+1,8334К (12)

- для описания изменения предела прочности при сжатии (У_R=ПР28) в кодированных и физических величинах (уравнения 13 и 14 соответственно)

У_R=6,248-0,967Х₁-1,517Х₂ (13)

ПР28=11,216-0,1934Ц-0,303К (14)

- для описания изменения коэффициента размягчения гипсового камня (У_кр=К_р) в кодированных и физических величинах (уравнения 15 и 16 соответственно)

Ук_р=0,4567+0,07Х₂-0,0642Х₁² (15)

Кр=0,0599+0,014К-0,0026Ц²+0,051 (16)

Установлено, что замедлению сроков схватывания ГВ способствует повышение количества КСД (фактор Х₂ =К) в составе композиции; ЦСП (фактор Х₁=Ц) на сроки схватывания влияния не оказывает. Увеличение количества добавок в составе вяжущего сверх оптимальных значений приводит к снижению прочности гипсового камня, при этом более значимым влияющим фактором является количество КСД. При совместном введении в состав строительного гипса КСД и ЦСП положительная роль добавки ЦСП на водостойкость гипсового камня наблюдается лишь при ее оптимальном количестве в составе композиции.

Положительные результаты достигнуты также при совместном введении в строительный гипс добавок тонкомолотого кварцевого песка (удельная поверхность 500 м²/кг) и КСД. В результате выполненных экспериментальных исследований, а также на основе анализа адекватных уравнений регрессии была установлена роль каждого компонента бинарной системы, графо-аналитически определена область оптимальных составов вяжущих композиций.

Были получены следующие уравнения регрессии:

- для описания изменения сроков начала (У_н=НС) и конца (У_к=КС) схватывания вяжущего (в кодированных переменных уравнения 17 и 18, в физических переменных уравнения 19 и 20)

У_н= 21,849+11,167Х₁+3,667Х₂ (17)

Ук= 23,093+11,333Х₁+3,667Х₂ (18)

НС=2,233К+0,7334П - 7,819 (19)

КС=2,267К+0,733П - 6,907 (20)

- для описания изменения предела прочности при сжатии (У_R=ПР28) в кодированных и физических величинах (уравнения 21 и 22 соответственно)

У_R=7,1483-1,0667Х₁-0,783Х₂+0,68855Х₁ (21)

ПР28=13,601-0,7643К-0,1566П+0,0275К² (22)

- для описания изменения коэффициента размягчения гипсового камня (У_кр=К_р) в кодированных и физических величинах (уравнения 23 и 24 соответственно)

У_кр=0,42-0,027Х₁+0,0175Х₁Х₂-0,0954Х₁² (23)

Кр=0,0924-0,0038К²+0,0709К (24)

минеральный строительство промышленный

Выявлено, что наиболее значимым фактором, оказывающим влияние на замедление сроков схватывания композиций, является количество КСД (Х₁=К), а прочность гипсового камня в большей степени зависит от содержания кварцевого наполнителя (Х₂=П). Без снижения прочности гипсового камня ниже контрольных значений (строительный гипс без добавок) возможно наполнение вяжущего добавками до 25%, при этом сроки начала схватывания композиции замедляются с 6 (вяжущее без добавок) до 33 минут. На водостойкость гипсового камня большее влияние оказывает количество КСД в составе вяжущего: с повышением степени наполнения ГВ добавкой водостойкость гипсового камня снижается; при оптимальном количестве КСД снижение коэффициента размягчения за счет влияния этого фактора прекращается.

Полученные результаты исследований показали, что комплексное использование местного минерального сырья и отходов промышленности открывает широкие возможности для производства вяжущих материалов на основе гипса, позволяет расширить номенклатуру композиционных вяжущих с одновременным решением проблем рационального применения местной ресурсной базы и утилизации отходов промышленности.

Список литературы

1. Соколова Ю.А., Морева И.В. Основные направления модификации структуры и свойств композиционных гипсовых вяжущих // Сб. трудов РААСН. - Вестник отделения строительных наук. - Вып.9. - Белгород. - 2005.-С. 376-378.

2. Морева И.В., Соколова Ю.А., Самохина Е.Н. Исследование влияния болотных железных руд на основные свойства строительного гипса // Вестник ЦРО РААСН. - Вып.4 - Воронеж-Иваново. - 2005. - С. 37-41.

Размещено на Allbest.ru