Разработка составов и технологии плотноспекшейся керамики для производства клинкерного кирпича и керамического щебня; технологии безавтоклавных силикатных изделий; составов и технологии песчаного дисперсного армированного асфальтобетона

Abstract

Объект исследования − силикатные изделия, шлам ХВО Мозырской ТЭЦ, гранитные отсевы ООО «Гранит», фосфогипсовые отсевы, композиционные материалы и изделия на основе фосфогипса Цель работы − развитие теоретических основ и практических мероприятий, направленных на повышение эффективности и надежности технологий строительных материалов, проявляющихся в снижении затрат сырьевых и энергетических ресурсов, уменьшении выбросов в окружающую среду, повышении качества продукции и, в конечном итоге, увеличении конкурентоспособности продукции. Разработка и получение эффективных композиционных материалов на основе местного сырья и отходов производства является актуальной, современной и значимой задачей, поскольку широкое использование малоиспользуемых отходов позволяет решить более полно задачи ресурсосбережения и охраны окружающей среды, а также снизить затраты на изготовление строительных материалов. Результаты работы − полученные данные по гидравлической активности материалов свидетельствует о возможности использования в ИКВ в качестве активных добавок: трепела, песка фракции ≤ 20 и нанодисперсного SiO2. Таким образом, чем больше в составе минеральной добавки общего количества SiO2 и меньше кристаллического кремнезема, находящегося в свободном состоянии, не связанного с другими минералами и выше удельная поверхность, тем выше активность минеральной добавки. Исследован шлам Мозырской ТЭЦ и определены области его применения при производстве строительных материалов. Исследованы гранитные отсевы ООО «Гранит». и определены области их применения при производстве строительных материалов. Исследован механизм действия активаторов процесса твердения цементных вяжущих. Определены виды активаторов, их необходимое количество и технология использования. Определены возможности активации бесцементных вяжущих веществ на основе местных сырьевых материалов. Рассмотрены различные способы активации воды затворения вяжущих материалов. Установлена возможность интенсификации процессов твердения цементного и бесцементного вяжущих веществ. Приведена классификация по механизму их действия. Определены виды физического воздействия на бетонную смесь с целью активации процессов ее твердения. Выполнен ДТА «лежалого» и свежего фосфогипсов. Различия в кривых ДТА наблюдается при температуре 680 °С. На кривых ДТА «лежалого» фосфогипса при 680 °С наблюдается экзотермический эффект. На кривой ДТА свежего фосфогипса данный эффект отсутсвует. При остальных температурах кривые ДТА идентичны в интервале 20–200 °С происходит удаление двух моль кристаллизационной воды. Других эффектов на полученных кривых ДТА не обнаружено. Установлено, что основными способами модифицирования фосфогипса могут быть: промывка проточной воды; отмывка в сопряжении с нейтрализацией примесей в водной суспензии; нейтрализация в известковой суспензии; сухая нейтрализация фосфогипса, адсорбционная очистка с применением алюмосиликатного сорбента. Установлено, что повысить свойства гипсового вяжущего, полученного из фосфогипса, можно, используя метод прессования изделий. Показано, что увеличение прочности образцов гипсового вяжущего, полученного при 1000 °С, происходит за счет образования растворимого ангидрита, а при 180 °С – за счет образования β-CaSO4·0,5H2O (бассанита). Продукт обжига при 1000 °С имеет полидисперсную структуру частиц растворимого ангидрита (1–100 мкм). В интервале температур 180–340 °С возрастает содержание фракции менее 1 мкм, что повышает эксплуатационные характеристики образцов. Показано, что перевод фосфогипса с 4-го до 5-го классов опасности происходит на стадии нейтрализации с участием CaO и CaCO3 посредством повышения ph-жидкой фазы с 2 до 7 и перевода водорастворимых форм фосфатов и торидов в труднорастворимые соли Ca3(PO4)2 и CaHPO4. Установлено, что с увеличением давления прессования фосфогипса температура перехода пресованного дигидрата в полугидрат смещается в область более высоких температур, что связано с увеличением при прессовании внтуренней энергии гипса. Наиболее высокие физико-механические свойства полугидрата сульфата кальция достигаются в области с повышенной степенью кристалличности кристаллогидратов. Определены рациональные способы утилизации фосфогипса и разработаны оптимальные составы композиционных вяжущих на его основе. Установлено, что рациональные способы переработки фосфогипса требуют первичной нейтрализации кислых примесей в его составе. В качестве нейтрализующих добавок могут быть использованы негашеная известь – 2–3 % или шламовые отходы химводоподготовки на ТЭЦ – 4–6 % от массы фосфогипса. Учитывая, что гипсовое вяжущее на основе фосфогипса требует большого количества воды затворения, предлагается перерабатывать их на первом этапе в гипсовый камень. Используя метод прессования нейтрализованного фосфогипса в присутствии химических добавок (сульфатов). Полученный гипсовый камень может быть переработан в гипсовое вяжущее по классической технологии. Повышение водостойкости гипсового вяжущего может быть достигнуто путем получения ГЦПВ на основе фосфогипса полугидрата (ГВ – портландцемента ПЦ 500 ДО) и гранитных отсевов (ГО), взятых в соотношении (ГВ – 50–53 %, ПЦ 500 ДО – 30–33 %, гранитные отсевы (ГО) – 14–20 %). Рассмотрен механизм твердения гипсовых вяжущих и способы его модификации в присутствии различных технологических добавок. Установлена возможность получения композиционного материала на основе нейтрализованного фосфогипса дигидрата, полученного способом полусухого прессования с добавкой гипсового вяжущего (ГВ). Установлено, что наиболее рациональными соотношениями ФГ – ГВ в композиционном вяжущем являются 80 : 20 или 70 : 30 при удельном давлении прессования от 5 до 20 МПа. Изучена кинетика нарастания прочности в указанных составах. Изучен способ повышения эффективности изделий, при использовании модифицированного фосфогипса дигидрата. В качестве модификаторов использована комплексная минеральная добавка (КМД), состоящая из извести, активного кремнезема и портландцемента. Рациональное соотношение ПЦ – КМД равно 60 : 40. Состав КМД: известь – 15 %, активный кремнезем – 10 %, портландцемент – 15 %. Соотношение компонентов в КМД получено с использованием метода математического планирования эксперимента. Отмечены особенности процесса механической активации фосфогипса дигидрата в условиях динамического прессования. Установлены, что активации фосфогипса, полученного по дигидратной технологии более эффективна, чем такая же активация фосфогипса, полученного по полугидратной технологии, что связано с существенным различием размеров их кристаллов (~ 500 и 50 мкм соответственно). Установлены зависимости активности различных материалов при их активации в условиях динамического прессования. Применительно к фосфогипсу экспериментально установлено, что с увеличением давления прессования, температура перевода прессованного гипса в полугидрат и обезвоженный полугидрат смещается в область более высоких температур, что связано с увеличением при прессовании внутренней энергии гипса и степени дефектности его кристаллической решетки. При прессовании гипса изменяется степень кристалличности его кристаллогидратов. Наиболее высокие физико – механические свойства полугидрата достигаются в области с повышенной степенью кристалличности кристаллогидратов. Анализ данных ДТГА, РФА и ИК – спектроскопии позволяет установить оптимальные режимы обработки. Использование результатов работы − в учебном процессе и при модернизации предприятий строительных материалов Республики Беларусь и Российской Федерации.