6954

На правах рукописи

АРТЕМЬЕВА Наталия Александровна

ПЕНОБЕТОН НА ОСНОВЕ ЗОЛОКРЕМНЕЗЕМИСТЫХ КОМПОЗИЦИЙ И ЖИДКИХ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.23.35 - "Строительные материалы и изделия»

,Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Научный руководитель: к.т.н., профессор В.А. Шевченко

Красноярск—2005 г.

Работа выполнена на кафедре «Строительные материалы и изделия» Красноярской государственной архитектурно - строительной академии.

Защита состоится 18 ноября 2005 г. в 16.00 ч. в аудитории К - 120 на заседании диссертационного совета Д 212.096.01 в Красноярской государственной архитектурно - строительной академии по адресу: 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82. Тел. (8-3912) 44-58-53; факс (8-3912) 44-45-60;

E-mail: nis@gasa.krs.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярской государственной архитектурно - строительной академии.

Автореферат разослан 17 октября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, В.Н. Шапошников канд. техн. наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

•

Актуальность. Одним из основных строительных материалов в настоящее время является ячеистый бетон, который широко используется благодаря ряду характеристик, выгодно отличающих его от многочисленных традиционных строительных материалов. Изделия из него наилучшим образом адаптированы к сложным климатическим и экономическим условиям России и имеют ряд важных достоинств: невысокая плотность, низкая теплопроводность, технологичность обработки, стойкость при пожаре, высокие санитарногигиенические свойства ограждений, поскольку не содержат вредных для здоровья человека химических и синтетических веществ.

В настоящее время в стране работают 40 заводов по производству автоклавного ячеистого бетона, выпускающих 1,4 млн. м3 изделий в год. Производство неавтоклавного ячеистого бетона, в основном пенобетона, значительно ниже и составляет около 0,6 млн. м3 в год для монолитного и сборного строительства. На 1 тыс. человек населения нашей страны производится всего 13 м3, в то время как в Республике Беларусь - 150 м3 , а в Германии, Франции, Англии, Швеции и других странах Западной Европы - 100...200 м3.

Значительный рост объемов индивидуального малоэтажного строительства, а также изменение требований по теплотехническим показателям к ограждающим конструкциям значительно повысило спрос на ячеистый бетон, в том числе, и на пенобетон неавтоклавного твердения.

Решением Госстроя России от 27 ноября 2003 г. рекомендовано проектным, промышленным и научноисследовательским организациям развернуть работу в следующих направлениях:

- совершенствование производства ячеистого бетона с целью получения стеновых изделий с плотностью 400 - 500 кг/м3;

- разработка и организация производства малоклинкерных и бесклинкерных композиционных вяжущих для ячеистых бетонов;

-разработка приемов по повышению прочности, снижения усадки и ускорению твердения;

-создание широкого спектра химических добавок, позволяющих отказаться от вибрации при укладке и уплотнении бетона, для ускорения набора прочности, повышающих его стойкость и долговечность;

-создание мини -заводов по производству мелкоштучных стеновых блоков из неавтоклавного ячеистого бетона.

Красноярский край как промышленный регион имеет высокоразвитые теплоэнергетическую и металлургическую отрасли промышленности, основ-

ная деятельность которых сопровождается большим объемом техногенных отходов. С пуском в г. Желсзногорске, расположенном на расстоянии 100 км от Красноярска завода полупроводникового кремния приведет к образованию дополнительного вида промышленных отходов - ультрадисперсного микрокремнезема, что в еще большей степени усугубит неблагоприятную экологическую обстановку в регионе. Поэтому разработка эффективных ресурсосберегающих технологий ячеистого бетона, особенно с использованием отходов

промышленности является одним из приоритетных направлений развития отрасли производства строительных материалов.

Работа выполнялась по НТП «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» подпрограмма «Архитектура и строительство»

Цель работы. Разработка составов бесцементных и малоцементных композиций на основе местных техногенных отходов для получения эффективных пенобетонов неавтоклавного твердения.

Задачи исследования;

1. Разработать составы бесцементных композиций, обладающие вяжущими свойствами на основе твердых и жидких отходов теплоэнергетической и металлургической промышленности.

2.Изучить влияние компонентов на процессы структуре- и фазообразования и физико-механические свойства композиций.

3.Теоретически обосновать и практически подтвердить возможность использования бесцементных композиций для получениятеплоизоляционных

иконструкционно-теплоизоляционных пенобетонов неавтоклавного твердения

иизделий на их основе.

4.Разработать составы пенобетона неавтоклавного твердения на основе бесцементных композиций и предложить технологию изготовления стеновых изделий.

5. Исследовать физико-механические и эксплуатационные свойства полученного пенобетона неавтоклавного твердения.

Научная новизна. Установлена возможность получения бесцементных композиций, обладающих вяжущими свойствами на основе твердых и жидких отходов теплоэнергетической и металлургической отраслей промышленности.

Выявлены закономерности протекания процессов структуре- и фазообразования при твердении бесцементных композиций. Установлено, что совместное применение микрокремнезема и жидкого отхода металлургического производства - минерализованных стоков снижает содержание слабоструктурирующих минералов Са(ОН)2 и вторичного карбоната кальция в процессе гидратации высококальциевой золы - унос, что способствует образованию высокоосновных гидросиликатов, обеспечивающих повышение прочности зольно - кремнеземистого камня.

Выявлены оптимальные расходы микрокремнезема и минерализованных стоков, участвующих в реакции взаимодействия с высококальциевой золой. Показано, что в. наибольшей степени химическая активность золы проявляется при добавлении к ней 4 % микрокремнезема, при котором обеспечивается полное связывание СаО. Более высокие расходы микрокремнезема не участвуют в реакции образования гидросиликатов и не увеличивают прочность зольно-кремнеземистого камня.

Установлена активирующая роль минерализованных стоков в протекании реакции гидратации золы-унос и определен их оптимальный расход, который составляет 2 % от массы сухих компонентов с точки зрения увеличения

Содержание работы Во» введение обосновывается актуальность работы и необходимость

проведения исследований по получению бесцементных композиций на основе отходов промышленности для получения эффективных пенобетонов. Изложена научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведен анализ сырьевой базы и технологии получения ячеистого бетона. Рассмотрены технологические способы получения неавтоклавного пенобетона, а также ряд преимуществ его получения перед автоклавным газобетоном, которым посвящены работы И.Б. Удачкина, А.Г. Комар, В.В.Костина, АЛ. Меркина, У.Х. Магдеева, В.Ф. Черных, М.Я. Кривицкого, С.А. Коломацкого, Ш..М. Рахимбаева, В.А. Пинскер, А.А. Ахундова, Я.М. Паплавскис и др.

Рассмотрены способы снижения усадочных деформаций, влияние пенообразователей на реологические свойства пенобетона, изученные Л.Н. Поповым, В.Н. Тарасенко, Д.В. Твердохлебовым; кинетика твердения цементных безавтоклавных пенобетонов, изученная М.А. Михеенковым, Н.В. Плотниковым.

Изучены литературные данные по использованию сырьевых материалов для производства неавтоклапного пенобетона по работам Е.Г. Величко, А.Г. Комар, А.А. Лукайтис, В.В.Костина, А.С. Королёва, А.С. Константинова, Ю.Д. Чистова и др. авторов.

Проведенный анализ литературных данных показал, что в настоящее время одной из основных задач современного строительства является создание высокоэффективных, а также, энерго- и ресурсосберегающих технологий для производства неавтоклавного пенобетона. Существенный вклад в достижении этих задач возможен за счет применения промышленных отходов теплоэнергетики и цветной металлургии. Совместное применение высококальциевых зол - унос и микрокремезема рассмотрено в работах С.С. Каприелова, А.В. Шейнфельд, Е.С. Силиной, В.Г'. Батракова, Ю.П. Карнаухова, В.В. Шаровой и др. Однако для получения стеновых материалов на основе высококальциевых зол и микрокремнезема необходима разработка составов с наибольшими показателями прочности, плотности и морозостойкости, что достигается за счет применения химических добавок. Наиболее эффективными являются добавки, содержащие соли-хлориды кальция и натрия. Исследования М.А. Савинкиной и Т.М. Логвиненко показали, что применение хлорсодержащих химических добавок ускоряет процессы твердения зольных систем, способствует образованию прочного зольного камня, а также нейтрализует негативное влияние свободного оксида кальция.

В Красноярском крае в качестве хлорсодержащих добавок возможно использование солевых (минерализованных) стоков завода «Красцветмет», как

показано в исследованиях В.А. Шевченко, Н.М Кучина, И.В. Ильчака, И.С. Рубайло.

Воснову данной работы положена гипотеза о том, что совместное использование высококальциевой золы-унос, микрокремнезема и жидких минерализованных стоков в качестве химической добавки позволит получить композицию, обладающую вяжущими свойствами, которая может являться основой для производства пенобетонов.

Вторая глава диссертации посвящена характеристикам применяемых материалов и методикам проведения исследований.

Вкачестве основного компонента композиций и пенобетонов на их основе в работе использовалась высококальциевая зола-унос Красноярских ТЭЦ, электровагоноремонтного завода (далее ЭВРЗ), Назаровской и Березовской ГРЭС, полученная от сжигания бурых углей К AT ЭКа. Химический состав и физико-механические характеристики использованной золы представлены в

табл. 1 и 2.

Таблица 1

В качестве дополнительного компонента композиций был использован микрокремнезем Братского алюминиевого завода (БрАЗ), удовлетворяющий требованиям ТУ 7-249533-01-90.

Для интенсификации твердения зольно-кремнеземистых композиций в работе были использованы солевые (минерализованные) стоки Красноярского завода цветных металлов, являющиеся попутным продуктом основного производства. По химическому составу стоки представляют собой растворы хлоридов кальция и натрия при суммарном содержании их в I л раствора от 150 до 250 г/л и соответствуют требованиям ТУ 2152-003-05055017-2002.

В качестве пенообразующей добаки в работе применяли синтетические пенообразователи: ПБ-2000, Неопор, Морпен.

При проведении исследований были использованы стандартные методики, а также методы, и способы, разработанные рядом научноисследовательских институтов и лабораторий вузов. Изучение химического, минералогического состава сырья, а также фазо- и структурообразования при твердении композиций производилось с помощью рентгенографического и дериватографического методов анализа.

Третья глава посвящена разработке составов зольнокремнеземистых композиций на основе золы -унос Красноярской ТЭЦ-2 и котельной ЭВРЗ, которые характеризуются наибольшей гидравлической активностью при высо-

ком содержании в них СаОсвоб. • Одним из перспективных методов химической нейтрализации СаОсвоб,

содержащегося в высококальциевой золе, является введение в состав зольных композиций активного микрокремнезема - попутного продукта производства кристаллического кремния, способного вступать в химическую реакцию с оксидом кальция на ранней стадии.

С целью нейтрализации СаОсвоб.. были проведены исследования по влиянию микрокремнезема БрАЗ на свойства зол, образованных на Красноярских ТЭЦ, и выбору оптимального процентного соотношения компонентов золы и микрокремнезема. В результате исследований было установлено, что введение ультрадисперсных частиц микрокремнезема приводит к регулированию сроков начала и конца схватывания. Сокращение сроков схватывания и повышение пластической прочности зольного теста можно объяснить тем, что введение ультрадисперсных частиц обеспечивает повышение вязкости системы и более быстрому возникновению центров кристаллизации, что приводит к снижению энергетических затрат на образование зародышей кристаллизации. Это способствует формированию структуры зольного камня с меньшими напряжениями и ускорение твердения зольных систем. Таким образом, происходит нейтрализация негативного влияния СаОсв что подтверждается результатами испытаний на равномерность изменения объема. Результаты исследований свойств композиций представлены в табл. 3