Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Твердение композиционных вяжущих с использованием техногенных продуктов. Учебное пособие
.pdf
боток Курской магнитной аномалии имеется большое количество
№
смеси
Содержание оксидов, мас.%
m
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
SO3
ППП
1
16,75
3,93
3,03
42,84
0,72
32,73
1,81
2
14,31
3,35
2,56
44,84
0,62
34,32
2,22
3
12,89
3,00
2,29
46,02
0,55
35,25
2,53
4
9,70
2,24
1,67
48,64
0,40
37,35
3,57
5
9,12
2,10
1,56
49,11
0,37
37,74
3,85
вскрышных карбонатных и кремнеземистых пород. Например, при
разработке Лебединского месторождения железной руды в качестве
вскрыши извлекаются мел и метаморфические сланцы. Это породы
рыхлой и скальной вскрыши, объем их значителен: 49,8 % мела – от
рыхлой вскрыши и 60 % сланцев – от скальной вскрыши. Значительная
часть сланцев перерабатывается на щебень, а отсевы идут в отвал. Отсев сланцев (частицы менее 5 мм) можно использовать для получения
продукта обжига известково-белитового состава в качестве кремнеземистого компонента смеси [33]. По минералогическому составу кристаллические сланцы представлены кварцем (до 40 %), минералам
слюд, пиритом (в пересчете на SO3 –2,85 %). Состав продукта обжига
известково-белитового типа характеризуется химическим составом,
значением гидравлического модуля (m) и содержанием основных составляющих минералов.
В работах автора проведено изучение влияния гидравлического
модуля (m) сульфатсодержащих продуктов обжига на прочность цементного камня, полученного в гидротермальных условиях. Гидравлический модуль изменялся от 1,8 до 3,85 (табл. 36).
Таблица 36
Химический состав сырьевых смесей
По известной схеме получения известково-белитового вяжущего
предусматривалось измельчение компонентов сырьевой смеси до величины удельной поверхности 300…350 м2/кг с ее последующим обжигом, который проводился при температуре от 700 до 1300° С с интервалом 100° С. Расчетный химический состав продукта обжига представлен в табл. 36. На основе химического состава продукта обжига
проведен расчет минералогического состава, который изменяется как
от химического состава сырьевых материалов, так и режима обжига.
111
Таблица 37
№ сме-
си
Содержание оксидов, мас.%
m
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
SO3
1
24,90
5,85
4,50
63,68
1,07
1,81
2
21,79
5,10
3,90
68,27
0,94
2,22
3
19,91
4,63
3,54
71,07
0,85
2,53
4
15,48
3,58
2,66
77,64
0,64
3,57
5
14,65
3,37
2,51
78,88
0,59
3,85
№
п/п
m
Содержание оксидов, мас.%
CaO
С3S
С2S
АF-фаза
С3А
1
1,81
5,4
15,0
60,1
11,3
8,2
2
2,22
15,5
20,5
47,0
9,8
7,2
3
2,53
19,7
31,8
33,1
8,9
6,5
4
3,57
35,5
34,0
18,7
6,9
4,9
5
3,85
37,2
39,5
12,2
6,6
4,5
Расчетный химический состав продукта обжига
Содержание свободного оксида кальция, двух- и трехкальциевого
силикатов рассчитано по методике, разработанной В.А. Кондратенко.
Содержание алюмоферритной фазы и сульфоалюмината кальция рассчитано исходя из химического состава продукта обжига (табл. 38).
Таблица 38
Расчетный фазовый состав продукта обжига
Рентгенофазовый анализ показал наличие значительного количества силикатов, в основном С2S, и оксида кальция. Это преобладающие фазы продукта обжига. Отмечено присутствие алита при более
высоких температурах.
При увлажнении продукта обжига мело-сланцевой смеси сначала происходит гидратация оксида кальция, которая сопровождается
интенсивным выделением тепла. Результаты исследований продуктов
обжига при значениях m = 2,22; 2,53; 3,57 и водотвердом отношении,
равном двум, показывают, что увеличение температуры обжига сырь-
112
евой смеси меняет характер тепловыделения в сторону снижения температурного уровня и удлинения времени гидратации свободного оксида кальция, т.е. замедляет этот процесс. Чем выше температура обжига, тем больше проявляется тенденция к замедлению скорости тепловыделения. Повышение температуры гидратированной смеси ускоряет процессы гидратации и взаимодействия клинкерных минералов –
двух- и трехкальциевого силиката с водой.
Исследование продуктов гидратации рентгенофазовым анализом
выявило уменьшение линий, характерных для С2S, С3S, СаО, а также
появление и рост линий, характерных для гидратных новообразований. Так как смеси № 2…4, полученные обжигом при 900…1000° С, в
основном представлены оксидом кальция, гидратация и твердение которого в различных условиях не приводит к образованию прочной
структуры, то прочность такого вяжущего незначительная. Обжиг этих
смесей при более высоких температурах позволяет получить продукт
известково-белитового состава с незначительным содержанием трехкальциевого силиката, гидратация и твердение которого в естественных и гидротермальных условиях протекают с образованием прочной
структуры. Продукт обжига при значении m = 2,53 характеризуется
большей активностью до 40 МПа.
Оптимальной температурой обжига мело-сланцевой смеси является 1150…1200° С. Образующийся оксид кальция при более высоких
температурах обладает крупнокристаллической, плотной структурой,
медленно гидратируется, что может привести к возникновению внутренних напряжений в уже сформованных изделиях в связи с большим
увеличением объема при гидратации.
Добавка молотого кварцевого песка к продукту обжига известково-белитового состава способствует образованию дополнительного
количества гидросиликатов в условиях автоклавной обработки в результате реакции кварца с гидроксидом кальция, который образуется
при гидратации свободного оксида кальция и силикатов кальция. Исследования физико-механических свойств вяжущего с использованием
продуктов обжига проведены на смесях с соотношениями продукта
обжига и кварцевого песка, характерных для автоклавных материалов,
– 60:40; 50:50; 40:60; 30:70. Сравнение проведено по известковокремнеземистому вяжущему, приготовленному на извести Белгородского комбината строительных материалов при тех же соотношениях
компонентов (активность извести 73 %). Активность вяжущего составляла 43,8…21,9 %.
Показатели прочности вяжущего, автоклавированного при температуре 175° С и давлении пара 0,8 МПа, с выдержкой при постоянном
давлении в течение 8 ч. приведены в табл. 39
113
Таблица 39
Гидравлический
модуль продукта
обжига, m
Прочность образцов вяжущего на сжатие, МПа, при со-
отношении продукта обжига и кварцевого песка
60:40
50:50
40:60
30:70
1,81
62,3
79,5
69,3
59,5
2,22
73,2
98,0
93,8
60,3
2,53
76,0
114,5
120,7
64,2
3,57
69,8
96,3
106,5
52,0
3,85
56,0
72,3
68,5
45,3
Известь
(Аи=73 %)
24,3
32,3
28,0
13,4
Свойства известково-белитово-кремнеземистого вяжущего
Анализ физико-механических испытаний вяжущего показывает,
что соотношения измельченных продуктов обжига и кварцевого песка
50:50 и 40:60 являются оптимальными (максимальные показатели
прочности на сжатие). Прочность известково-кремнеземистого вяжущего при всех соотношениях значительно ниже прочности известковобелитово-кремнеземистого. Максимальная прочность для известковокремнеземистого вяжущего получена при соотношении компонентов
50:50 – 32,3 МПа, что в 1,4…2 раза ниже прочности известковобелитово-кремнеземистого при соотношении 30:70. Это свидетельствует о том, что на основе продукта обжига известково-белитового
типа возможно получение автоклавного вяжущего с высокими прочностными показателями. Использование продукта обжига с m = 2,53
является наиболее эффективным для изготовления изделий автоклавного твердения.
В гидротермальных условиях одновременно происходят процессы растворения компонентов смеси; гидратации минералов: силикатов,
алюминатов и алюмоферритов кальция; взаимодействия гидроксида
кальция и кремнезема с образованием гидросиликатов, гидроалюминатов и – ферритов кальция. После 2 ч твердения в гидротермальных
условиях обнаружен высокоосновный гидросиликат С2SН(А), количество которого с увеличением продолжительности автоклавной обработки уменьшается, происходит его перекристаллизация в низкоосновные гидросиликаты кальция. Увеличение изотермической выдержки приводит к образованию низкоосновных гидросиликатов кальция,
114
например СSН(В). Продуктами гидротермального твердения могут
быть гидрогранаты различного состава и другие фазы. Использование
вяжущего известково-белитового типа позволит повысить прочность
изделий на его основе и сократить время автоклавной обработки, а
значит, повысить эффективность производства автоклавных материалов.
Заключение
В учебном пособии «Твердение композиционных вяжущих с использованием техногенных продуктов» описаны свойства вяжущих
автоклавного твердения. Первоначально подробно рассмотрены свойства классического вяжущего автоклавного твердения – известковопесчаного вяжущего. В этом разделе представлены химический и минералогический состав сырьевых компонентов вяжущего - извести и
песка, процессы гашения извести и свойства продуктов гашения и физико-химические процессы гидротермального твердения вяжущего.
На основе автоклавного твердения известково-песчаного вяжущего в разделе 3 рассмотрены свойства вяжущих автоклавного твердения
с использованием техногенных продуктов. В начале раздела представлены свойства промышленных отходов – отходов тепловых электростанций (зол и шлаков), металлургических производств – доменных и
сталеплавильных шлаков, отсевов дробления твердых горных пород и
обогащения железных руд. Показано, что некоторые промышленные
отходы не обладающие в нормальных условиях вяжущими свойствами
при автоклавном обработке становятся активными компонентами сырьевых смесей.
В пособии описаны процессы твердения композиционных вяжущих с использованием промышленных отходов, свойства вяжущих и
изделий автоклавного твердения на их основе.
Представленные материалы свидетельствуют о возможности решения проблемы утилизации отходов. При их использовании в производстве автоклавных строительных изделий успешно решаются вопросы не только утилизации отходов, но и при их использовании повышается качество материалов и экономическая эффективность производства при замене дорогостоящего компонента смеси извести на
отходы промышленности. Кроме этого использование отходов позволяет осободить занятые ими территории и улучшить экологическую
обстановку конкретного региона.
115
Библиографический список
1. Государственная программе Российской Федерации "Энерго-
сбережение и повышение энергетической эффективности на период до
2020 года"
2. Виноградов Б.Н. Сырьевая база промышленности вяжущих
веществ / Б.Н. Виноградов. – М., 1971
3. Боженов П.И. Технология автоклавных материалов.–
М.:Стройиздат, 1978. – 367 с.
4. Фадеев П.И. Пески СССР. – М., 1951.
5. Куатбаев К.К. Ячеистые бетоны на малокварцевом сырье/
К.К.Куатбаев, П.А. Ройзман –М.: Стройиздат, 1972. – 190 с.
6. Хавкин Л.М. Технология силикатного кирпича. – М.: Стройиз-
дат, 1982.– 384 с.
7. ОСТ 21–1–80 Песок для производства силикатных изделий ав-
токлавного твердения. – М.:Изд-во м-ва пром-сти .строит. материалов
СССР, 1980. – 7с.
8. Кудеярова Н.П., Бушуева Н.П. и др. Взаимосвязь технологиче-
ских параметров силикатной смеси и свойств силикатного кирпича
с использованием отсева дробления метаморфических сланцев
ЛГОКа//Новые технологии и решения в производстве бетонов и строительных материалов: Сб. научные труды – Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1994. – С.53–57.
9. Топоров Н.А., Кристаллография и минералогия / Н.А. Топоров,
Л.Н. Булак– Л.: Изд-во литературы по строительству, 1972. – 503 с.
10. Бутт Ю.М. Твердение вяжущих при повышенных температу-
рах Ю.М. Бутт, Л.Н. Рашкович–М.: Стройиздат, 1965.
11. Ведь Е.И., Физико-химические основы технологии автоклав-
ных строительных материалов / Е.И Ведь., Г.М Бакланов., Е.Ф. Жаров–
Киев: Будiвельник, 1966. – 212 с.
12. Айлер Р.К. Коллоидная химия кремнезема и силикатов / Р.К.
Айлер –М.: Госстройиздат,1959.
13. Кржеминский С.А .и др. Автоклавная обработка силикатных
изделий / Кржеминский С.А .– М.: Стройиздат, 1974. – 160 с.
14. Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В.В. Химическая техноло-
гия вяжущих материалов / Бутт Ю.М., Сычев М.М., Тимашев В.В. М.: Высшая школа, 1980, - 470 с.
15. Бойнтон Р.С. Химия и технология извести / Бойнтон Р.С. –
М.: Стройиздат, 1972.– 239 с.
16. Табунщиков Н.П. Производство извести / Табунщиков Н.П. –
М.: Химия, 1973.– 239 с.
17. ГОСТ 9179-77 (85) Известь строительная.–М.: Изд-во стандар-
тов, 1978.
116
18. Кудеярова Н.П., Исследование условий получения высокодис-
персного гидроксида кальция и повышения его реакционной активности// Кудеярова Н.П., Серебреникова М.В.Тез. докл. Всероссийского
совещания «Наука и технология силикатных материалов в современных условиях рыночной экономики».–М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева,
1995. – С.231.
19. Кудеярова Н.П. Свойства продуктов гидратации оксида каль-
ция при изменении условий гашения извести // Кудеярова Н.П. Свой-
ства продуктов гидратации оксида кальция при изменении условий
гашения извести //Изв. вузов. Строительство. – 2000. –№ 10. – С.70-74.
20. Кудеярова Н.П., Серебреникова М.В. Получение высокодис-
персного и активного гидроксида кальция / Кудеярова Н.П., Серебре-
никова М.В //Изв. вузов. Строительство.–1996.– № 10.– С.86-90.
21. Сегалова Е.Е., Ребиндер П.А. Современные физико-
химические представления о процессах твердения минеральных вяжущих// Сегалова Е.Е., Ребиндер П.А. Строительные материалы.–
1960.– № 1.
22. Воробьев Х.С. Вяжущие материалы для автоклавных изделий /
Х.С. Воробьев. – М.: Стройиздат, 1972. – 287 с.
23. Бутт Ю.М. Портландцемент / Бутт Ю.М, Тимашев В.В. –
М.: Стройиздат, 1974. – 328 с.
24. Тейлор Х.Ф.У.Химия цементов / Х.Ф.У Тейлор. – М.: Изд-во
литературы по строительству, 1969. – 501 с.
25. Кудеярова Н.П. Кинетика автоклавного твердения известково-
песчаного вяжущего при изменении условий гашения извести /
Н.П.Кудеярова// Сб.докл. Международной конференции. - Белгород:
Изд-во БелГТАСМ, 1997. – Ч.1. – С.79-83.
26. Никонова Н.С. Синтез и исследование свойств вяжущего гид-
росиликатно-гидрогранатного типа твердения./ Н.С Никонова и др.//
Тр МХТИ им. Д.И. Менделеева. – 1983.
27. Пивинский Ю.Е. Керамические вяжущие и керамебетоны. /
Ю.Е. Пивинский. –М.: Металлургия, 1090. – 270 с.
28. ГОСТ 25818-91 «Золы-уноса тепловых электростанций для бе-
тонов»
29. ГОСТ 3476-76. Шлаки доменные и электротермофосфорные
гранулированные для производства цементов.
30. Кудеярова Н.П. Дисперсность продуктов гашения извести как
важный фактор ускорения твердения смешанного вяжущего и повышения его прочности»/ Н.П.Кудеярова, Н.П.Бушуева // «Вестник»
БГТУим. В.Г. Шухова, № 4, 2013. С.153-155.
31. Гридчин А.М. Состояние и перспективы использования сырье-
вой базы КМА в стройиндустрии / А.М.Гридчин, В.В. Строкова, В.С.
117
Лесовик // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI
века. – 2004. - № 3. – С 22-24
32. Воробьев Х.С. Получение известково-белитового вяжущего
автоклавного твердения из вскрышных породЛебединского месторождения КМА /Х.С.Воробьев, Н.П. Бушуева, Н.П. Кудеярова// Цемент. –
1993.- №2.- С. 38-39.
33. Воробьев Х.С. О возможности использования метаморфиче-
ских сланцнв КМА в производстве силикатного кирпича/
Х.С.Воробьев, Д.М. Казикаев и др.// Строительные материалы. – 1986.-
С.14-16
118
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение……………………………………………..
3
1.0
Известково-песчаное вяжущее автоклавного
твердения……………………………………………
5
1.1
Характеристика сырьевых материалов……………
6
1.1.1
Пески. Характеристика песков…………………….
6
1.1.2
Кремнезем и его свойства………………………….
17
1.1.3
Свойства измельченного кварцевого песка …….
23
1.2
Известь………………………………………………
26
1.2.1
Характеристика карбонатных пород и процессы
их разложения……………………………………….
27
1.2.2
Виды и свойства извести…………………………..
35
1.2.3
Взаимодействие извести с вододой………………..
43
1.3
Портландцемент…………………………………….
59
2.0
Процессы твердения и качество известковопесчаного вяжущего………………………………..
63
2.1
Гидросиликаты кальция и их свойства……………
68
2.2
Механизм твердения известково-песчаного вя-
жущего………………………………………….....
75
2.3.
Влияние различных факторов на свойства
известково-песчаного вяжущего…………………..
80
3.0
Вяжущие автоклавного твердения с использованием техногенных продуктов………………………
87
3.1
Использование золы-уноса в производстве автоклавных материалов………………………………..
90
3.2
Характеристика металлургических шлаков и их
использование……………………………………….
96
3.3
Вскрышные породы и отходы обогащения руд…
105
3.4
Известково-белитовые вяжущие автоклавого
твердения……………………………………………
107
3.5
Известково-белитовые вяжущие из различныхкремнеземсодержащих пород……………………...
110
Заключение………………………………………….
115
Библиографический список………………………..
116
119
Учебное издание
Кудеярова Нина Петровна
ТВЕРДЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ВЯЖУЩИХ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОГЕННЫХ ПРОДУКТОВ
Учебное пособие
Подписано в печать 26.04.17 Формат 60х84/16. Усл.печ.л. 7,0 Учеб.- изд.л. 7,5
Тираж 100 экз. Заказ Цена
Отпечатано в Белгородском государственном техннологическом университете
им. В.Г. Шухова
308012, Белгород, ул Костюкова,46
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]