WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Бондаренко Сергей Алексеевич МОДИФИЦИРОВАННОЕ ФТОРАНГИДРИТОВОЕ ВЯЖУЩЕЕ И СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ЕГО ОСНОВЕ Специальность 05.23.05 Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск – 2008

Работа выполнена на кафедре «Строительные материалы» ЮжноУральского государственного университета Научный руководитель – советник РААСН, доктор технических наук, профессор Трофимов Борис Яковлевич

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ, академик РИА, доктор технических наук, профессор Кузнецова Тамара Васильевна член-корреспондент РИАН, кандидат технических наук Ахтямов Рашид Якубович Ведущая организация – Новосибирский Государственный Архитектурно-Строительный Университет

Защита состоится «05» декабря 2008 г. на заседании диссертационного совета ДМ 212.298.08 при ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» по адресу: 454080, г.Челябинск, просп. им. В.И.Ленина, 76, Южно-Уральский государственный университет, главный корпус, ауд. 1001

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.

Отзывы на автореферат просим высылать в количестве двух экземпляров, заверенных печатью по адресу: 454080, г.Челябинск, просп. им. В.И.Ленина, 76, Южно-Уральский государственный университет, диссертационный совет ДМ 212.298.08 Автореферат разослан «30» октября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н., проф., советник РААСН Б.Я. Трофимов 2

Общая характеристика работы

Актуальность работы Несмотря на большое распространение природного гипсового сырья, как за рубежом так и в России, имеются обширные районы, лишенные этих запасов, и потому сырье приходится перевозить на далекие расстояния, что не всегда экономически целесообразно. В таких районах предпочтительнее применять побочные продукты промышленности, состоящие более чем на 90% из сульфата кальция. Немаловажной причиной использования побочных продуктов промышленности является то, что они накапливаются в огромных количествах в отвалах, занимающих большую полезную площадь и наносящих экологический ущерб.

По экспертным оценкам в мире ежегодно образуется около 160 млн. т синтетического гипса, из которых 15 млн. т составляют фторогипс, титаногипс и др, а остальную часть фосфогипс. В последние три года рост образования гипсовых побочных продуктов химической промышленности составляет около 7% в год.

Кроме того, на сегодняшний день как в стране, так и в Уральском регионе остро ощущается дефицит строительных вяжущих веществ.

Сложившаяся ситуация требует расширения номенклатуры вяжущих за счет альтернативных видов сырья, в том числе побочных продуктов промышленности. Наиболее перспективным с точки зрения использования в производстве строительных материалов, является отход производства плавиковой кислоты – фторангидрит. Этот материал на предприятии ОАО «Галоген» образуется ежегодно в количестве 100000 т, поэтому разработки и внедрение технологий ангидритовых вяжущих техногенного происхождения и материалов на их основе представляются актуальными.

Актуальность научных исследований в этой области также подтверждается малым количеством информации о механизме твердения таких вяжущих и способах управления процессами структурообразования для создания ангидритового камня и строительных изделий с необходимыми свойствами.

Настоящая работа посвящена изучению процессов твердения ангидритового вяжущего техногенного происхождения, структурообразования камня на его основе, способам формирования заданных свойств получаемых изделий.

Работа выполнялась по заказу ОАО «КнауфЧелябинск» (г.Челябинск) и ОАО «Галоген» (г.Пермь).

Цель и задачи исследования Цель – разработка способов активизации фторангидрита, регулирование свойств вяжущего и получение строительных материалов на его основе.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

Определить фазовый состав исходного материала – фторангидрита.

Исследовать процесс твердения фторангидрита, выявить факторы, влияющие на свойства затвердевшего вяжущего.

Определить возможность модифицирования вяжущего с целью повышения активности.

Выявить возможности повышения водостойкости материалов на основе фторангидритового вяжущего.

Определить оптимальную структуру и фазовый состав камня вяжущего, обладающего наилучшими свойствами.

Разработать технические условия на фторангидритовое вяжущее.

Установить параметры технологии строительных материалов на основе фторангидритового вяжущего.

Научная новизна Установлено, что фторангидрит техногенного происхождения состоит из нерастворимого и растворимого ангидрита, обладает вяжущими свойствами и при твердении формирует более плотную структуру камня по сравнению с камнем из строительного гипса.

Выявлено, что при гидратации растворимый ангидрит переходит в двуводный гипс, а нерастворимый ангидрит медленно гидратирует, присоединяя 0,62 молекулы воды. Этот гидрат при наличии достаточного количества влаги переходит в двуводный гипс с уплотнением структуры и повышением прочности материала.

Разработаны способы ускорения процессов гидратации с помощью добавок, повышающих растворимость нерастворимого ангидрита или являющихся центрами кристаллизации.

Практическая значимость и реализация работы Предложены способы регулирования свойств техногенного ангидрита для его использования в промышленности строительных материалов.

Установлены технические требования к модифицированному ангидритовому вяжущему техногенного происхождения. Создан проект технических условий «Фторангидритовое вяжущее».

Исследовано влияние различных добавок на фторангидрит и найдены оптимальные дозировки для производства сухих строительных смесей, пазогребневых перегородок и бетонных блоков.

Разработанные технологии пазогребневых перегородок внедрены в ОАО «КнауфГипсКунгур». Выпущена опытная партия сухих строительных смесей в ООО «Уралбоксит».

Показана экономическая эффективность применения фторангидритового вяжущего.

Выводы и рекомендации получены на основе лабораторных исследований и подтверждены результатами практического внедрения, сходимостью теоретических, модельных и экспериментальных результатов исследований. Эксперименты выполнены с применением современных методов изучения состава, структуры и свойств вяжущих материалов и искусственных камней. Результаты экспериментов с достоверностью 0,получены при испытании необходимого числа образцов и оценены коэффициентом вариации на основании статистической обработки.

Автор защищает:

Способы управления процессами гидратации фторангидритового вяжущего.

Теоретическое и экспериментальное обоснование модифицирования техногенного ангидрита добавками-интенсификаторами схватывания и твердения.

Результаты исследования фазового состава и структуры получаемого камня, а также процессов, протекающих при твердении фторангидритового вяжущего.

Технические требования к модифицированному ангидритовому вяжущему.

Апробация работы Материалы диссертации доложены и обсуждены на научно-технических конференциях регионального, всероссийского и международного уровня в Челябинске, Новосибирске, Санкт – Петербурге в 2007-2008 гг.

Публикации Основные результаты исследований опубликованы в 6 статьях, в т.ч. 1 – в рекомендуемых ВАК журналах и изданиях с внешним рецензированием.

По результатам исследований получено 2 приоритета на Патенты Российской Федерации.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, и 3 приложений, изложена на 124 страницах, содержит 60 рис., 48 табл., список литературы 114 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

При изучении вопроса выявлено, что наиболее перспективным с точки зрения использования в производстве строительных материалов является фторангидрит, он не требует обжига, свойства его легко регулируются.

Фторангидрит – отход производства плавиковой кислоты – образуется в результате реакции флюорита с 98-% серной кислотой:

CaF2+H2SO4CaSO4 + 2HF Фторангидрит производства ООО «Галоген», г.Пермь по химическому составу и радиационно-гигиеническим характеристикам соответствует санитарным нормам.

Утилизация огромных отвалов фторангидрита окажет положительное влияние на окружающую среду, а использование техногенного сульфата кальция в строительных материалах позволит обеспечить им высокую конкурентоспособность за счет низкой цены вяжущего.

Требования к качеству ангидритового вяжущего техногенного происхождения как вяжущему строительного назначения На гипсовые вяжущие, получаемые путем термической обработки гипсового сырья до полугидрата сульфата кальция, распространяется ГОСТ 125-79 «Гипсовые вяжущие. Технические условия», ангидритовое же вяжущее преимущественно состоит из безводного сульфата кальция. На сегодняшний день ГОСТ на ангидритовое вяжущее не существует. В связи с чем, необходимо создание технических условий на ангидритовое вяжущее, получаемое из попутного продукта промышленности.

Так как композиции строительных материалов из ангидритового вяжущего и область применения очень сходны c материалами на гипсовых вяжущих, поэтому при разработке новых технических условий за основу взяты требования ГОСТ 125, распространяющийся на гипсовые вяжущие вещества, а методики испытаний по ГОСТ 23789.

Предлагаемые требования к качеству ангидритового вяжущего сведены в табл. 1.

Табл. 1 – Требования к качеству ангидритового вяжущего Метод определения, Характеристика Требование по ТУ примечания Прочность Прочность Марка по прочности при сжатии, при изгибе, По ГОСТ 23789 п.5, МПа (кг/см2) МПа (кг/см2) определяется в возрасте А-10 10 (100) 4,5 (45) суток твердения в ванне с А-15 15 (150) 5,5 (55) гидравлическим затвором А-20 20 (200) 6,5 (65) над водой, при температуре 20+2оС.

А-25 25 (250) 7,5 (75) А-30 30 (300) 8,0 (80) Сроки схватывания, мин 6 По ГОСТ 23789 п.Начало, не ранее Степень помола, остаток на 15 По ГОСТ 23789 п.сите 02, %, не более Содержание металлопримесей в 1 кг 8 По ГОСТ 23789 п.гипса, мг, не более Введение новых требований к качеству вяжущего из техногенного гипса позволит наладить производство нового вида вяжущего и расширить номенклатуру материалов, производимых строительной промышленностью.

К ангидритовым вяжущим веществам относят порошкообразные материалы, состоящие из природного или искусственно получаемого ангидрита и активизаторов его твердения. Такое вяжущее имеет очень низкую активность. П.П. Будников и др. называли ангидритовое вяжущее, полученное обжигом природного двуводного гипса при температуре более 500…700оС, «мертвым», потерявшим способность присоединять кристаллизационную воду, к «мертвому» гипсу относят также природный ангидрит. Ангидритовое вяжущее и процессы его твердения рассмотрены в работах Ферронской А.В., Волженского А.В., Велтаури Т.Х., Стамбулко В.И., Гайнутдинова А.К. и других. По данным этих ученых ангидритовый цемент твердеет медленно, присоединяя через 3 недели 4%, через 3 месяца 8% воды (вместо теоретических 21%). Решающее влияние на прочность ангидритового камня оказывает степень гидратации ангидрита.

Чтобы «оживить» «мертвый» гипс, его необходимо размолоть и активизировать катализаторами твердения.

Фторангидрит состоит из очень мелких первичных кристаллов CaSO4, агломерированных во вторичные агрегаты. Благодаря высокой удельной поверхности он обладает некоторой реакционной способностью. Природный ангидрит представляет собой крупные кристаллы и приобретает реакционную способность лишь при очень тонком измельчении.

Таким образом, фторангидритовое вяжущее без добавок обладает низкой активностью, что определяет его медленное схватывание, набор прочности, низкую степень гидратации.

В настоящее время ангидритовые вяжущие из природного ангидрита используют в сравнительно небольших количествах для изготовления стяжек под полы, в угольных шахтах для укрепления и заполнения выработанных пространств или для упрочнения горных пород, а вяжущие из побочных продуктов промышленности – в небольших количествах при подготовке штукатурных составов. Модифицируя ангидритовое вяжущее различными добавками, можно направленно изменять его свойства и тем самым расширить область применения этого вяжущего в строительстве.

Физико-химические процессы твердения фторангидрита Фазовый состав материалов определяли с помощью рентгенофазового и дериватографического анализа. Для сравнения также исследовали полуводный гипс (Г-5АII) и камень из него. Результаты расшифровки дериватограмм и рентгенограмм приведены в табл. 2. Микроструктуру камня вяжущего исследовали с помощью электронной растровой микроскопии.

Табл. 2 – Фазовый состав фторангидритового и гипсового камней и исходных вяжущих Возраст Содержание минералов, % твердения CaSO4*0,62H2O CaSO4*0,5H2O CaSO4*2H2O -CaSO4 -CaSOАнгидритовое вяжущее следы следы следы +* + Гипсовое вяжущее (строительный гипс Г-5АII) – 88 4 – + Ангидритовый камень (100% фторангидрита) 1 сут 21 следы – + + 3 сут 39 следы – + –** 7 сут 80 – – + – 28 сут 77 – следы + – 2 года 74 – 4 + – Гипсовый камень, полученный затворением полуводного гипса 28 сут 0 следы 89 + – * «+» – наличие отражений минерала на рентгенограммах ** «–» – отсутствие отражений минерала на рентгенограммах Анализ данных табл. 2 позволяет установить, что фторангидрит при затворении водой твердеет с образованием из растворимого () и части нерастворимого () ангидрита промежуточного соединения – CaSO4*0,62H2O, отражения которого наблюдаются на ренгренограммах и дериватограммах образцов фторангидритового камня в любом возрасте.

Со временем мелкокристаллический CaSO40,62H2O, перекристаллизовывается частью в двуводный гипс, а большей частью остается в довольно устойчивом исходном состоянии. На рентгенограммах камня из фторангидрита пики, соответствующие двуводному гипсу, даже к 28 суткам имеют очень малую интенсивность. Дериватографией установлено, что количество CaSO4.2H2O в формирующемся камне незначительно. Если материал не подвергается воздействию воды, то фазовый состав камня не изменялся вплоть до 2 лет твердения.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»