Висновки

У результаті виконання дисертаційної роботи вирішено науково-прикладну проблему по створенню високоефективної енергоощадної технології виробництва цементу за рахунок комплексного використання на відповідних ланках технологічного процесу поліфункціональних модифікаторів, нетрадиційних видів палива та техногенних продуктів при зменшенні забруднення навколишнього середовища. Внаслідок проведених теоретичних та експериментальних досліджень сформульовано наступне:

1. На основі розгляду літературних джерел встановлено можливість одержання низькоенергоємних цементів, які відповідають вимогам стратегії сталого розвитку в будівельній галузі: раціональному використанню природної сировини, паливно-енергетичних ресурсів з утилізацією вторинних матеріалів при мінімальних викидах парникових газів за рахунок комплексного використання модифікаторів сировинних шламів, альтернативних видів палива при випалі портландцементного клінкеру, розробки модифікованих змішаних цементів, що містять підвищену кількість мінеральних добавок.

2. Експериментальними дослідженнями впливу комплексних модифікаторів на основі поверхнево-активних речовин різних класів та високорозчинних електролітів на процеси розрідження та глибокого обезводнення сировинних цементних шламів встановлено, що високий ефект водоредукуючої дії модифікаторів на сировинні цементні шлами обумовлений сумарним впливом на дифузійну оболонку частинок шламу молекул ПАР та іонним обміном між лужним катіоном електроліту і катіоном, що знаходиться в дифузійному шарі сировинного шламу. Для оцінки ефективності модифікування сировинних шламів за розріджуючою дією та вологовмістом введено відповідно коефіцієнти плинності та водоредукування. Коефіцієнт плинності сировинного шламу з добавкою ПКСМ на ділянці 0-0,25 мас.%, становить 112 мм/мас.%, тоді як при використанні добавки ЛСТ (ділянка 0-1,5 мас.%) в 1,5 рази нижчий. Коефіцієнти водоредукування добавок ЛСТ та ПКСМ складають відповідно К_р=9 та К_р=36, що свідчить про високу ефективність комплексної добавки на основі полікарбоксилатів. При дозуванні добавки ПКСМ в кількості більше 0,25 мас.% відбувається ущільнення коагуляційної структури і сировинний шлам стає менш рухливим, тобто передозування призводить до підвищення жорсткості шламу.

3. На основі експериментальних даних з використанням методу математичного планування експерименту в заданому інтервалі зміни модифікатора ПКСМ (Х₁=0;0,15; 0,3 мас.%) та відносної вологості шламу (X₂=30; 32,5; 35%) визначено вплив цих факторів на плинність сировинного цементного шламу та одержані рівняння регресії. Аналіз отриманих математичних залежностей, а також їх графічна інтерпретація дозволила визначити оптимальну кількість добавки та вологості шламу, при яких забезпечується максимальний водоредукуючий ефект при збереженні технологічної плинності. Використання оптимального співвідношення добавок дає можливість без погіршення структурно-механічних характеристик сировинного шламу знизити його вологість на 6-9%, що сприяє зниженню енергоємності процесу випалу портландцементного клінкеру на 700-900 МДж/т.

4. Встановлено, що при заміні природного газу альтернативними та нетрадиційними видами палива присадка золи, яка утворюється при їх спалюванні, може впливати на хіміко-мінералогічний склад портландцементного клінкеру та його модульні характеристики. Згідно даних хімічного аналізу зола від спалювання зношених шин характеризується підвищеним вмістом ZnO та SO₃ (відповідно 42,0 та 26,0 мас.%), а зола від спалювання вугілля - SiO₂ і Al₂O₃ (відповідно 58,6 і 23,6 мас.%). В клінкері, випаленому з використанням альтернативних видів палива, вміст основного мінералу аліту (C₃S) нижчий на 3,5%, беліту (C₂S) зростає на 1,6%, а трьохкальцієвого алюмінату (C₃А) та чотирикальцієвого алюмофериту (С₄AF) суттєво не змінюється, порівняно з клінкером, який випалений на природному газі; в процесі випалу важкі метали, що містяться в золі від спалювання твердих палив, імобілізуються в структурі клінкерних мінералів.

5. Комплексом методів фізико-хімічного аналізу виявлені особливості процесів клінкероутворення при використанні вугілля та зношених автомобільних шин як технологічного палива. Основні клінкерні мінерали мають добру кристалізацію, а на дифрактограмах спостерігаються основні лінії негідратованих клінкерних мінералів. Мікростуктура клінкеру, випаленого з використанням вугілля та атомобільних шин, є менш однорідною внаслідок недостатнього перемішування золи з випалюваним матеріалом та більш пористою. Зростання пористості від 4,0 до 14,0% забезпечує покращену розмолоздатність клінкеру. Активність клінкеру після ТВО, одержаного з модифікованого шламу при використанні альтернативного палива, становить 35-38 МПа, що відповідає І групі ефективності після пропарювання.

6 Методом трифакторного математичного планування експерименту визначені критерії тонини розмелення, водопотреби, термінів тужавіння, ранньої та марочної міцності модифікованого пуцоланового цементу ПЦЦ ІV, що представляє систему „портландцементний клінкер – пуцолановий компонент (зола-винесення) – двоводний гіпс - комплексний модифікатор”,. Моделі розподілу значень функцій відгуку свідчать, що введення при помолі поліфункціональних комплексних модифікаторів на основі ЛСТ та лугомістких електролітів дає змогу одержати низькоенергоємний пластифікований пуцолановий цемент ПЦЦ ІV/Б-400-ПЛ, що забезпечує підвищену рухливість (РК=186-222 мм) або водоредуючий ефект (20-25%) суміші цементно-піщаного розчину (Ц:П=1:2) при зростанні ранньої міцності розчину на 30-40%.

7. Розроблені і запропоновані склади тонкомелених змішаних шлакових цементів, модифікованих комплексними добавками, які забезпечують підвищену пластичність (РК=160-210 мм) суміші Ц:П=1:2 порівняно з ШПЦ ІІІ/А, тобто суттєвий технологічний ефект; з врахуванням водоредукуючої дії (20-30%) одержуються композиції з підвищеною ранньою та марочною міцністю (технічний ефект). Фізико-хімічне модифікування тонкомелених шлакових цементів комплексними луговмісними добавками дає змогу інтенсифікувати процеси гідратації з виділенням в рідку фазу іонів Са²⁺, ОН^-, SO₄^2-, що створює умови для сульфатно-лужної активації шлакового скла та утворення на ранніх стадіях гідратації підвищеної кількості AF_t-фаз, а в неклінкерній частині в’яжучого додаткової кількості СSH-фаз, гідрогеленіту та змішаних лужно-лужноземельних гідроалюмосилікатів, які є основною причиною зростання міцності цементного каменю на основі ШПЦ ІІІ/A-ПЛ.

8. Низькоенергоємний модифікований шлакопортландцемент ШПЦ ІІІ/А-ПЛ характеризується покращеними будівельно-технічними властивостями, зокрема міцність розчину на основі такого цементу перевищує міцність розчину на основі ШПЦ ІІІ/А на 10-25%, а коефіцієнт корозійної стійкості (КС₆) становить 0,94, що дозволяє віднести його до класу сульфатостійких (ССШПЦ 400-Д60-ПЛ ДСТУ Б В.2.7-85-99). Бетонні суміші на основі низькоенергоємних змішаних цементів, модифікованих комплексними добавками на основі суперпластифікаторів та луговмісних прискорювачів, на 30-40% довше зберігають запроектовану марку за легкоукладальністю, що має важливе значення при бетонуванні в літній період. Бетони на модифікованих змішаних цементах характеризуються високою міцністю в подальші терміни тверднення, хімічною стійкістю до дії агресивних середовищ, високою термостійкістю, постійністю зміни об’єму, стійкістю до стирання та сульфатної агресії

9. На основі результатів промислового випуску цементів на ВАТ “Миколаївцемент” та ВАТ “Івано-Франківськцемент” встановлено, що випал в обертовій печі з використанням високоефективних розріджувачів сировинного шламу забезпечує можливість зниження енергоємності портландцементного клінкеру на 3-4% та підвищення продуктивності печі на 4-6%; застосування альтернативних до природного газу видів палива (кам’яного вугілля) та нетрадиційного палива (зношені автомобільні шини) зумовлює зменшення собівартості клінкеру, а випуск модифікованих змішаних цементів з пониженим вмістом (40-60%) клінкерної складової та використанням багатоннажних відходів промисловості дає змогу системно вирішувати питання економії природних матеріалів і паливно-енергетичних ресурсів при зменшенні на 30-50% викидів парникових газів, що сприяє створенню прогресивних технологій у цементній промисловості в плані практики чистого виробництва.