автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Газозолобетон неавтоклавного твердения на основе композиции белитоалюмннатного цемента с золой сжигания бурых углей

РГб од

Василовская Нина Григорьевна | ^ у д^р

« Газозолобетон неавтоклавного твердения на основе композиции белитоалюминатного цемента с золой сжигания бурых углей »

Специальность 05.17.11. «Технология керамических, силикатных и тугоплавких неметаллических материалов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата наук

Василовская Нина Григорьевна

« Газозолобетон неавтоклавного твердения на основе композиции белитоалюминатного цемента с золой сжигания бурых углей »

Специальность 05.17.11. «Технология керамических, силикатных и тугоплавких неметаллических материалов»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата наук

Работа выполнена в архитектурно-строительной академии.

Научный консультант кандидат технических наук, доцент

Батрак А.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Завадский В.Ф.

доктор технических наук, профессор

Кудяков Л.И.

Ведущая организация - КГ1СНИИГ1, г. Красноярск

Защита состоится на заседании диссертационного

совета К 063.80.11 в Томском политехническом университете по адресу: 634004, г. Томск, пр. Ленина, 30

С диссертацией можно ознакомиться в научно - технической библиотеке Томского политехнического университета

Автореферат разослан . 2.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.

Петровская Т.О.

НЪЫ .Ш, 006 , О H6Z6.rn.rn ,о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Использование зол и шлаков в производстве строительных материалов широко известно как в нашей стране, так и за рубежом. Однако, промышленное производство строительных материалов с использованием зол-уноса, особенно при сгорании бурых углей, ограничено. Это связано с низкими потребительскими свойствами зол-уноса, обусловленными нестабильным составом и, особенно, повышенным содержанием свободного оксида кальция и магния, количество которых в отдельных золах достигает 23%, а также сложностью и недостаточной надёжностью традиционных методов оценки пригодности высокоосновных зол-уноса для получения долговечных материалов,-

Анализ исследований использования зол-уноса в производстве строительных материалов показал, что основной упор авторов, работающих в этом направлении, касался повышенного содержания оксида кальция и лишь в некоторых работах Логвиненко А.Т., Савинкиной М.А., Козловой В.К., Овчаренко Г.И., Назирова P.A. и др. рассматривался вопрос повышенного содержания окиси магния.

Таким образом, рассмотрение и локализация повышенного содержания оксида магния, а также возможность использования зол-уноса КАТЭ-Ка в качестве кремнезёмистого компонента обоснована в этой работе впервые.

Актуальность работы обосновывается значительными потреблениями строительной индустрии в эффективных строительных материалах, возможностью большей утилизацией зол КАТЭКа, использованием в производстве ячеистых бетонов низкомарочного цемента - белитоалюминатно-го, снижения энергозатрат при получении строительных материалов и возможностью переориентации действующих предприятий по прогрессивной технологии.

Учитывая вышеизложенное, а также отсутствие практики промышленного производства и применения в строительстве газозолобетона неавтоклавного твердения на основе белитоалюминатного цемента и золы-унос КАТЭКа, вызвало необходимость выполнения данной работы в рамках этой проблемы.

Представленная работа выполнялась в соответствии с планом НИИ СОР АН (А - 185,"Экология, новые технологии и материалы") и межвузовской региональной НТП "Вузовская наука - регионам" (4P "Экология и новые технологии Красноярского края" (раздел "Строительство")) при поддержке администрации города, заинтересованной в производстве теплоизоляционных материалов.

Цель диссертационной работы. Разработка составов и технологии газозолобетона неавтоклавного твердения на основе белитоалюминатного цемента с золой сжигания бурых углей.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: разработка технологических параметров гидрохимической обработки золы-унос;

исследование структуры золы до и после обработки для прогнозирования эксплуатационной стойкости газозолобетона;

определение физико-механических характеристик газозлобетона и их влияние на долговечность изделий из них;

определение физико-механических свойств и оценка эксплуатационной стойкости газозолобетона естественного твердения.

Научная новизна работы.- Установлено, что гидрохимическая обработка высококальциевых зол от сжигания бурых углей приводит к стабилизации состава в результате разрушения стеклянной оболочки и гидро-тации оксидов кальция и магния.

Установлены особенности взаимодействия золы сжигания бурых углей стабилизированного состава с белитоалюминатным цементом и формирования фазового состава.

Получены математические модели подбора состава, позволяющие получить газозолобетон с оптимальными функциональными свойствами.

Установлены зависимости эксплуатационной стойкости газозолобе-тона на белитоалюмкнатном цементе от структуры и фазового состава новообразований. Лигносульфоновый комплекс влияет как компонент формирующий равномерную поровую структуру; при этом повышается прочность при изгибе как фактор уменьшения собственных дефектов при формировании структуры газозолобетона.

Практическая значимость работы.- Определены параметры гидрохимической обработки золы уноса КАТЭК.

Разработаны составы газозолобетона на основе белитоалюминатного цемента и обработанной золы с различными эксплуатационными свойствами.

Отработаны технологические параметры производства неавтоклавного газозолобетона на белитоалюминатном цементе и обработанной зо-лы-унос.

Разработана технология производства газозолобетона неавтоклавного твердения на белитоалюминатном цементе.

На защиту выносятся:- теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности использования гидрохимически обработанной золы-унос КАТЭКа в качестве кремнезёмистого компонента при производстве газозолобетона неавтоклавного твердения;

результаты исследований фазового состава новообразований и структуры силикатного камня газозолобетона на основе белитоалюминатного цемента;

технология производства и оптимизированные параметры производства неавтоклавного газозолобетона;

результаты опытно-промышленного опробирования технологии неавтоклавного газозолобегона и технико-экономическая оценка их производства.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались авто ром на ежегодных научно-технических конференциях: "По проблемам ис пользования вторичного сырья и производства строительных материалов' в г. Новосибирске (апрель, 1994 г.). На международной конференцш "Материалы, технологии и организация производства", проходившей в ал реле 1995 г. в г. Новосибирске. На международной технической конферен ции в с. Kemer, Turkey, november, 1996 "THE COMPLEX ENVIRON MENTAL AND CIVIL ENGINEERING ECOLOGY PROBLEMS". В март 1997 г. на научно-технической конференции в г. Пензе. В апреле 199В г. н конференции в г. Томске.

Публикации. Основное содержание работы и её результаты опублр кованы в шести работах.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, гла основных выводов, списка литературы и приложений. Объём работы: К страница текста; из них - 30 рисунков, 33 таблицы, 5 приложений, списс литературы из 118 наименований.

Содержание работы В первой главе на основе анализа накопленного опыта многих стр; мира показана возможность использования золы-уноса в строительной и дустрии с предельным содержанием MgO до 6%.

Современными исследованиями установлено существенное снижен вредных воздействий свободных оксидов кальция и магния за счёт глуб кой гидратации с применением ускорителей перевода свободных оксидо) гашенную известь, обработкой растворами галогенов и сульфатов.

В основе модификации золы заложен принцип хемоадсорбционного процесса, происходящего при обработке зол-уноса лигносульфоновым комплексом. Наиболее близким к выполняемой работе по технической сущности и достигаемому эффекту известны два технических решения. Их суть состоит в том, что каменоугольные золы подвергаются обработке жидкостями при 100-200°С, в течении времени, необходимого для удаления компонентов, вызывающих вспучивание и превращение негашёной извести в гашенную: или золы-уноса смешивают с водным раствором пластификатора в количестве 6 - 14%, при этом влажность смеси составляет 10-20%.

Таким образом, известными техническими решениями доказано, что высокоосновные золы-уноса являются резервом сырьевой базы для строительных материалов и рациональными являются способы стабилизации характеристик обработкой зол-уноса водными растворами электролитов.

Во второй главе приведены основные характеристики материалов, используемых в диссертационных исследованиях, а именно: в качестве вяжущего низкомарочный белитоалюмикатный цемент — отход химико-металлургического комбината г. Красноярска, в качестве кремнезёмистого компонента золы-унос от сжигания бурых углей КАТЭКа, в качестве модификатора - щёлок бисульфитной варки целлюлозы Красноярского ЦБК, в качестве катализатора - щелочной вар завода "Химволокно".

Рассмотрены свойства данных материалов, структура и химический состав.

Представлены методы научных исследований и дана методика статистической обработки результатов исследований.

В третьей главе рассмотрены теоретические аспекты гидрохимической обработки зол-уноса КАТЭКа и приведены результаты исследований свойств зол до и после гидрохимической обработки.

Исследования были направлены на нахождение способа локализации золы-уноса ТЭЦ-2, чтобы обеспечить равномерность изменения объёма при испытании в автоклаве с давлением 2.1 МПа.

В основу выбора способа была использована роль плотности и вязкости воды. Известно, что изменение относительной вязкости и плотности воды определяют скорость гидролиза (диссоциации на ионы) и последующее образование кристаллогидратных комплексов (новообразований). Вязкость воды изменяется не только от изменения температуры, но и при введении некоторых химических веществ. Так, многозарядные и небольшие однозарядные ионы, например, Са2*, М§2*, 7л увеличивают, а большие однозарядные К+, На\ Сз+, СГ - уменьшают вязкость. Это явление называется отрицательной гидратацией.

Известна роль высокомолекулярных органических групп на процессы регулирования вязкости и плотности воды. Так, фенольные группы (=СН-СН-Р-СН-СН=) в начальный период экранируют электромоле-| | • кулярные силы, образовывая адсорбционный

ОН ОН слой вокруг твердых частиц, что замедляет гидрата-

цию минералов. Затем при образовании некоторого количества гидросуль-фоалюминатов кальция, поглощающих порядка 300 мг/г сульфатных солей из раствора, происходит десорбция экранирующего слоя.

При смешивании зольного порошка с раствором магниевого лигно-сульфоната образуется зольная суспензия, которую можно считать многофазной системой, содержащей компоненты - дисперсионную среду и дисперсионную фазу (жидкость и твёрдое) с определённой поверхностью контакта, способной на первом этапе (в начальный период) к химическому взаимодействию с образованием метастабильных фаз. В качестве активной дисперсионной фазы могут выступать соли поливалентных металлов Ре, А1, в дисперсионной среде - воде или водных растворов кислот или оснований. Ионообменными веществами могут быть оксиды и оксигидраты,

сульфаты, соли гетерополикислот, т.е. вещества, способные в зависимости от рН растворов к обмену катионов или анионов. Так, известны ионооб-менники на основе оксигидрата: гидратированные оксиды МО/м/2, гидрооксиды М(ОИ)7м • ш Н20 и их промежуточные-аналоги - оксигидрооксиды с общей формулой М(ОН)хОу.м (2 - X ■ Р Н20). Выраженными ионообменными свойствами обладают оксигидраты двухвалентных металлов - Ве, 2п и трёхвалентные - Ре, Л1 и четырёхвалентные - Б!, И, Мп и др.

Для описания процессов обмена, например, можно воспользоваться схемой:

М* + ОН" МОН^ <-> МО" + Н+ - щелочной раствор,

МГ + ОН2- + Н+ МОН°"'„ -> МО' + Н20 - кислотный раствор.

Таким образом, большое влияние в процессах замещения имеют молекулы воды, входящие в состав системы.

В оксигидратах происходят определённые превращения. В упрощённой форме это можно представить схемой: (1)МАШ о (П)[Мап,(Н20)„т.т1+2М"7Л-т «-> (Ш)[М(Н20)пт]2м <н> (1У)[М(Н20)пт-т(0Н)т]2м"т о (У)[М(ОН)пт. то^«°]гм-("п>ш)г„пЛ,оь ^

где М - катион; 2М и пт - заряд и координационные числа катионов; А -анион, ZA и га - заряд и координационные числа аниона; (I) - исходная соль; (II) - комплексный катион (анион) в растворе; (III) - аквакомплекс; (IV) - гидроксоаквакомплекс в осадке; (V) и (VI) - многоядерный (полимерный) смешанный комплекс с гидрооксогруппами, аква- и -оловыми группами.

Кроме того, на поверхности частиц развивается электрическая модель с поляризацией и возникновением диполей, обусловливающих межфазовый скачок потенциала.

Процесс гидратации можно рассматривать с позиции комплексообра-зования. Введение в состав системы композиции технического лигносуль-фаната на магниевом основании создает подобие многофазной системы. Введение электролита - ПАВ, позволяет регулировать и широком диапазоне коагуляционные и пептизационные процессы в зольной суспензии, содержащей оксигидраты Са, Ре, А1, 81, Б и др. уже как продукты гидролиза МбО, СаО, Ре203, А1203, 8Ю2, СаБО,,.

Высокая скорость реакций гидролиза на поверхности раздела может быть достигнута наличием электрического потенциала, которая сказывается на энергии активации. Изменение потенциала на 60 мВ при нормальной температуре приводит к ускорению реакции в 10 раз.

С целью изучения механизма взаимодействия золы со щёлоком проведены термические и рентгеноструктурные анализы. Анализ деревато-графических исследований позволил сделать некоторые выводы относительно процессов, происходящих при обработке золы - уноса.

Рис. 1 ДТА золы, исходной и обработанной в нормальных условиях (20°С) в тече! :ие

24 часов:

1 - исходная зола; II - обработанная 160-170°С - эттрингит, потеря воды; 550-570° - -гидроокись магния; 570-750'С - оксисульфат магния; 750-900°С - разложение карб шагов, сульфатов, гидросилнкатов кальция

Как видно из рис. 1, дифференциальные кривые потери массы обработанной золы через 24 часа в нормальных условиях характеризуется четко выраженными эффектами, связанными с лотерей массы образца с экстремумами при 160 - 170°С, 540 - 570°С, 600 - 700°С и 850 - 950°С. В исходной золе четко выражены три экзотермических эффекта при 950, 1050 и 1120°С, которые отсутствуют на кривой 2, что по-видимому, связано с расстекловыванием стекловидного вещества. Большой по величине эндотермический пик на кривой 2 ДТА при 160 - 170°С характеризует несколько процессов: удаление гигроскопической влаги, начальную стадию обезвоживания гексагональной и кубической формы шесиводного алюмината кальция (СзАНс,), гидросульфоалюминатов и сульфоферритов кальция или их твёрдый раствор, а также обезвоживание гелевидиой составляющей, содержащей гидраты окислов алюминия, железа и кремнекислоту. Эндоэф-фект при 540°С характеризует разложение Са(ОН)г и выгорание органических включений. При 560°С эндоэффект характерен для гидроокиси магния и гидросиликатов.

Известны условия образования оксисульфата магния при смешивании оксида магния (MgO) и сульфата магния (MgSOi), процессы поведения при нагревании магнезиального оксисульфата, при различных начальных концентрациях исходных компонентов MgSCV MgO равных 0,6; 0,4; и 0,2. Авторы считают, что если соотношение MgS04/ MgO в исходном составе 0,4 и 0,2 , то основным продуктом в системе является Mg(OH)2. Смесь, содержащая MgS04/ MgO > 0,6 , образует оксисульфат с эндоэффектом при 680°С, что позволяет заключить о гидратации MgO -» Mg(OH)2 при низких концентрациях с эндоэффектом в интервале температур 550 - 580°С.

Скорость образования гидросульфатов низкая, поэтому лучше вести процесс в растворе MgSO^ в течении 2 часов при повышенной температуре 40 - 55°С или интенсивном перемешевании.

Нами были взяты эти условия для перевода периклаза в соединения, не вызывающие деструкцию в бетоне.

Все эффекты показывают значительную потерю массы, т.к. глубокие и имеют расширенные площадки , что можно считать явлением наложения дегидратации нескольких продуктов типа С - 8 - Н, при 650°С - температура обезвоживания гидрооксисульфата магния 31У^021\^804-8Н20, по-следний(850°С) обусловлен разложением карбоната кальция, образующегося при атмосферном воздействии.

44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 . <-20 Рис. 2 Дифракторграмма золы-унос 1 - до обработки; 2 - после обработки

Рентгенофазовым анализом в обработанных золах было устаноилсч изменение содержания свободных оксидов, которые отражены на дифра тограмме (рис. 2), где значительно снижены интенсивности: = 0.239 [ (СаОс,шб);с1 = 0.2108 нм (М^О - периклаз); ё = 0.268 нм (Ре203).

Рис. 3 Дифрактограмма золы-унос 1 - до обработки; 2 - после обработки ' В = 7 - 64

Изменения интенсивности пиков на рентгенограммах составляет 8085% для СаОс,„)5 и 30-34% для периклаза, в пересчёте на содержание К^О (периклаза), его количество снизится с 7 до 4.9% и, соответственно, СаОс. „„о - с 10 до 2% и ниже.

Анализ рентгенограмм, обработанных щёлоком, указывает на сложность механизма взаимодействия золы со щёлоком (рис. 3). На рентгенограммах обработанных зол происходит значительное снижение интенсивности дифракционных максимумов, относящихся к СаОСВог» образование Са(ОН)2 при этом не происходит, что позволяет предполагать образование в системе новых соединений (сахаратов, фенолятов кальция, Са-солей органических кислот). При затворении золы, обработанной щёлоком, в системе происходит образование новой фазы - эттрингита (с! = 0.388, с! = 0.469, с! = 0.561, с! ■= 0.752, с! = 0.973 нм) и исчезновение дифракционных максимумов, относящихся к ангидриту, при этом происходит дальнейшее снижение интенсивности пиков, относящихся к СаОс80б.

Сочетание химической и физической активации даёт возможность управлять процессами твердения. В данном случае при обработке высокоосновной золы-уноса ТЭЦ-2 щёлоком с кислотностью рН = 4.5 наблюдается резкое изменение кислотноосновного баланса уже через 10-15 минут, а изменение рН может быть связано с рядом явлений, сопровождающих гидратацию.

Известно, что для Са(ОН)2 при 'Г = 25°С значение рН к 12.5. Введение золы в раствор щёлока изменяет произведение растворимости, повышая

г * ХМл

концентрацию катиона металла [Апт ' ] и на определенном этапе снижается рН гидратообразования. Изменение значения рН может быть связано с выпадением в осадок соли, что указывает на начало интенсивного выкристаллизования из перенасыщенного раствора гндро-сульфоалюминатов кальция, т.е. происходит процесс осаждения продуктов гидролиза и связывание большого количества Са2+. При гидратации

высокоосновной золы в растворе лигносульфоната, содержащего бисульфит магния, возможна нестойкость комплексов, определяющаяся разницей констант. I [естойкость возможна по катиону и аниону: Са2" + НОН <- СаОН" + Н' 8042" + НОН <-» Н80.| + ОН" Очевидно, слишком быстрое и высокое значение рН связано с образованием комплексов типа ШО/. При постоянстве рН, по-видимому, диффузионный потенциал проявляется на самом раннем этапе гидратации и уже устанавливается к а 8 часам.

Кроме того, большое количество ионов Б О/3 ускоряет процессы образования эттрннгита. Возможно последовательное превращение первичной спиртовой группы в альдегидную и карбоксильную под действием окислителя, которйй присутствует в золе в виде пирита Ре'2.

Можно предположить, что выделение эггрингита в межзерновом пространстве приведёт к образованию кристаллического каркаса, который будет способствовать ускорению схватывания цементного теста.

Изменения схватывания цементного теста изучали на композиции: бе-литоалюминатный цемент:зола обработанная в соотношении 1:1 (золу обрабатывали в течении 24-х часов). Свойства композиций на золе разных партий отражены в табл. 1.

Таблица 1

Свойства композиций на золах разных партий

№ Состав, % Н.Г., % Сроки схватывания, мин

п/п БАЦ зола обработанная начало конец

1 1 1 31.25 32 50

1й

Окончание таблицы I

№ Состав, % Н.Г., % Сроки схватывания, мин

п/п БАЦ зола обработанная начало конец

2 1 1 36.76 35 45

3 I 1 34.75 36 50

Анализ полученных результатов показал, что произошла явная стабилизация сроков схватывания в золах разных партий. Это позволяет использовать данную композицию в специальных строительных смесях.

Все обработанные золы выдержали испытания на равномерность изменения объёма при кипячении.

В. результате гидрохимической обработки зола-унос становится технологически приемлемым материалом.

В четвёртой главе приводятся результаты исследований возможности использования обработанной золы в производстве газозолобетона. Для нормального процесса газообразования необходимы два условия - высокая щёлочность среды и повышенная температура смеси. Поскольку процесс газообразования зависит от одних факторов, а процесс структурообразова-ния от других, то условием получения качественной газозолобетонной смеси является согласование двух процессов: газообразования и нарастания практической прочности газозолобетонной смеси.

На газоудерживающую способность смеси влияет ряд факторов. Основные из них - текучесть, вязкость и температура смеси, количество алюминиевой пудры и её дисперсность, химический состав среды и интенсивность перемешивания смеси.

При производстве газозолобетонных изделий физико-механические свойства зависят от стабилизации ячеистой смеси при определённой пористости в зависимости от требуемой средней плотности (Д).

При повышении водотвёрдого отношения снижается вязкость смеси, в результате уменьшается её газосдерживающая способность. Часть газа может прорываться наружу, и смесь не вспучивается на заданную высоту. Снижение же В/Т увеличивает вязкость смеси, что затрудняет формирование в ней пористой структуры. Газ может локализоваться в отдельных местах, образуя в теле бетона каверны. При этом часть газа может также улетучиваться. Газозолобетон в этом случае, помимо повышенной плотности, будет иметь пониженную прочность из:за неоднородной структуры /68/.

Для изучения влияния водотвёрдого отношения на прочность, плотность и устойчивость вспученной смеси использовали смеси оптимального состава с разным содержанием воды затворения и алюминиевой пудры. При водотвёрдом отношении 0.55, 0.58, 0.62, 0.64, 0.67 и 0.70 диаметр рас-плыва (по мини-конусу) соответственно составил 85, 95, 100, 110, 120 и 130 мм.

По результатам испытания опытных образцов построена зависимость прочности газозолобетона и текучести раствора от водотвёрдого отношения (рис. 4), из которого видно, что наиболее высокая прочность получена при В/Т равном 0.64.

Допустимыми являются пределы изменения В/Т от 0.62 до 0.66, чему соответствует диаметр расплыва раствора 110-120 мм. При этом смесь легко вспучивается и не даёт осадка, а в газозолобетоне образуются поры правильной шаровидной формы.

Рис.4 Изменение прочности газозолобетона от В/Т

Температура смеси в период вспучивания последней также оказывает существенное влияние на формирование пористой структуры газозолобетона.

С повышением температуры смеси процессы вспучивания и нарастания её пластической прочности ускоряются. При этом момент вспучивания смеси может не совпадать с моментом её схватывания. При данных сроках (например, 15-20 мин) начала схватывания смеси, процесс газообразования при повышенной температуре (50СС) хотя и протекает интенсивно, но отстаёт от роста пластической прочности смеси. Таким образом, заканчивается газообразование уже в схватившейся смеси. Пузырьки газа не могут вспучить смесь и, локализуясь, разрывают бетон, образуя полости-каверны с глубиной до 20 мм, которые выходят на боковые поверхности изделия При этом поры в газозолобетоне оказываются неправильной формы, с острыми углами, а газозолобетон с повышенной плотностью и пониженное прочностью.

С целью ускорения нарастания пластической прочности газозолобе тонкую смесь в формах выдерживали 1.5-2 часа в камере, где температур;

воздуха поддерживалась 55-59°С. Связь между прочностью и средней плотностью ячеистого бетона выражается через коэффициент качества (А). Для газозолобетона высшего качества коэффициент качества А = 10-15. Полученный газозолобетон на основе белитоалюминатного цемента и гид-ратированного зольного шлама имеет нормальную зависимость прочности при сжатии: '

11« » 10 р\

где р - средняя плотность газозолобетона.

С целью проектирования состава исследуемого материала была сформулирована математическая модель, включающая три уравнения линейной регрессии, отражающих требования технологии производства и эксплуатационные свойства. Уравнения регрессии построены по методу Бокса — Уилсона и имеют следующий вид: для прочности

у = 8.03 + 0.84-х, + 2.47-Хз - 0.53-х,-х2 + 0.91-х,-х3+0.59-х2-Хз; для плотности

у=701.5+Х|-78.5-х2-12.25-Хз-21-х,-х2+15.75-х,-Хз-26.25-х2-Хз.

У изготовленных по оптимизированной рецептуре образцов определяли строительно-технические свойства, которые представлены в табл. 2.

Среднее значение коэффициента теплопроводности - образцов, высушенных до постоянной массы: от 0.12 до 0.18 Вт/м-°С.

Для ускорения набора прочности газозолобетонные образцы нужно помещать в камеры, создавая режим "термоса" или производить небольшой подогрев при Т - 50°С по режиму 2+2 + 2 часа. Влияние температу-С ы на начальный рост прочности показано в табл. 3.

Проведённые исследования позволили . организовать производство ячеистых блоков на основе газозолобетона неавтоклавного твердения.

Таблица 2

Газозолобетон на основе белитоалюминатного цемента с золой сжигания бурых углей

N° Плот- Прочность Плот- Влаж- Класс Мо- Тепло-

Состав газозолобетона, кг/м3 ность при сжатии, ность, ность, в, розо- лровд

смеси, МПа в возрас- кг/м3 % МПа стой- ность,

кг/м3 те кость, Вт/м°С

п/п зола цемент щелочной сток алюминиевая пудра суль-фонол вода 28 суток 91 сутки ЦИКЛЫ

1 1 254 437 1,36 0.47 0.006 347 1700 3.3 4.4 955 20 3.5 35 0.18

! т j ** 254 437 1.13 0.47 0.005 347 1700 2.09 2.54 778 20 1.5 25 0.12

3 254 437 1ЛЗ 0.44 0.005 347 1700 2.86 2.96 808 20 2.5 35 0.16

4 264 437 1.13 0.44 0.005 347 1700 3.4 3.96 901 24 3.5 35 0.16

5 262 437 1.13 0.44 0.005 347 1700 2.9 5.5 800 28 ■ 3.5 . 35 0.16

6 262 437 1.13 0.44 0.05 347 1700 3.52 3.5 787 28 2.5 25 0.17

7 262 437 1.34 0.44 0.06 347 1700 2.82 4.67 730 27 3.5 35 0.17

Влияние условий твердения газозолобетона на прочность

№ п/п Режим твердения Предел прочности при сжатии Я, МПа, средняя плотность р, кг/м\ через

1 сутки 5 суток 7 суток 28 суток 6 месяцев 1.5 года

Р л« Р Ис» Р Р Р Яс, Р

1 Термосный (под плёнкой) 1230 1.0 1100 3.0 1085 3.96 1025 6.8 1000 9.7 1000 10.9

2 При Т = 50°С режим 2+2+2 часа 1270 1.4 1105 3.6 920 4.2 910 7.6 900 10.12 900 12.8

В пятой главе приводятся результаты опытно-промышленных испытаний и экономического обоснования организации производства газозоло-бетона неавтоклавного твердения на основе белитоалюминатного цемента.

Проверку результатов исследований, предложенных рекомендацией и корректировку технологических параметров применительно к промышленному оборудованию проводили в цехе Красноярской ТЭЦ-2, АО "КЖБМК".

В ходе предварительных опробований частных технологических операций технологической схемы на заводском оборудовании были проверены и уточнены технологические параметры производства.

Уточнённые параметры технологического процесса изготовления га-зозолобетона естественного твердения представлены в табл. 4.

Таблица 4

Уточнённые технологические параметры изготовления газозолобетона

Параметры В/Т Компонентный состав смеси, кг/м3 Средняя плотность

зола БАЦ ПАП-1 щёлок каустическая сода сухая (ЫаОН), % вода

0.68 180 296 0.48 1.26 1.39 остальное 500

0.550.62 263 437 0.42 1.8 1.22 остальное 800

Приготовление газозолобетонной смеси на "КЖБМК" осуществляли в бетономешалке СБ-337. Было обработано три партии золы по 416 кг каждая. Химический состав золы до обработки и после показан в табл. 5 и табл. 6.

Химический состав золы,%

№' партии БЮг А1203 Ре203 МцО Са00бщ к2о 803 Ашкр I СаОс. воб Стек-лофаза

1 45.3 8.228 8.64 5.78 27.56 0.675 1.965 1.27 99.4 7.28 40

2 28.18 5.93 8.34 7.28 43.35 1.05 3.58 1.35 99.01 8.9 40.5

Таблица 6

После обработки золы имели следующий состав, %'

№ партии БЮз А12Ог Рс203 мео СаОобщ Я20 БОз Дшкр СаОс. воб Стек-лофаза

1 44.8 7.49 8.69 5.98 24.54 0.61 2.0 9.01 103.17 2.0 -

2 27.6 5.42 8.38 7.35 40.88 1.01 3.69 9.17 102.9 1.63 -

Анализ данных табл. 5, 6 даёт право сделать заключение, что с введением щёлока изменяется химический состав золы. Повышается количество магния на 2.18%, ангидрида серной кислоты на 2.38%.

Газозолобетонные смеси готовились в цехе №3 АО "КЖБМК". Обработанная зола оставлена была в мешалке на 24 часа. По истечении 24 часов перемешали золу. В перемешанную золу влили воду и каустическую соду из расчёта 0.600 кг сухого ЫаОН, и вновь все перемещали. В полученную пульпу при непрерывном вращении мешалки с лопастями добавили бели-тоапюминатный цемент в соотношении к исходной золе 1:1, т.е. 416:416 кг. После тщательного перемешивания (5-6 мин) в мешалку подавали водно-мыльную алюминиевую суспензию и дополнительно мешали в течении 1-2 минут. Затем смесь разливалась в формы.

Вибровспучивание производили на виброплощадках с применением прерывистого режима виброуплотнения. После заливки газозолобетонной смеси в формы, смесь вибрируется по 10-15 сек. с промежутками через 1-2 мин. Весь период вибровоздействия должен составлять 5-6 мин.

После вызревания массива, его разрезали для испытаний в соответствии с требованиями ГОСТ 12852.0-77 - ГОСТ 12852.6-77. Согласно табл. 7 результаты технических характеристик газозолобетона удовлетворяют требованиям нормативных документов и ГОСТ 25485-82.

Реальные строительно-эксплуатационные свойства изделий опытной партии соответствуют результатам, полученным с использованием математической модели (гл. 4), что позволяет применить её в контроле технологического процесса производства для оперативного управления.

Результаты испытаний газозолобетона

Средняя Прочность, МПа Влажность Морозостой- Класс газозо-

плот- при сжатии в момент кость, цикл лобетона, МПа,

ность, в возрасте испытания, ГОСТ 25485-89

кг/м3 1 сут. 28 сут. % мае.

500 0.5 1.53 6 25 1

800 1.2 3.5 6 25 2.5

Полупромышленное опробование технологии получения газозолобетона на белитоалюминатном цементе естественного твердения показало:

возможность получения безавтоклавного газозолобетона, твердеющего в нормальных условиях на основе вторичного сырья - отходов промышленных предприятий г. Красноярска: золы-уноса ТЭЦ-2, белитоалю-мннатного цемента ХМЗ (с двухчасовой прочностью при сжатии не менее 5.5 МПа); лигносульфоната технического ЦБК, щелочного вара (каустическая сода) ПО "Химволокно";

организация промышленного изготовления газозолобетона возможно в условиях действующих предприятий с использованием стандартного оборудования;

использование в качестве сырья - отходов промышленных предприятий г. Красноярска улучшит экологические условия г. Красноярска и снизит дефицит сырьевых компонентов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Химическая обработка высококальцевых зол от сжигания бурых углей приводит к стабилизации состава золы в результате разрушения стеклянной оболочки около зерен СаО и MgO;

2. Особенностью взаимодействия золы сжигания бурых углей стабилизированного состава с белитоалюминатным цементом и формирования фазового состава является образование эттрингита как структурообразующего компонента;

3. На структуру и свойства газозолобетона лигносульфоновый комплекс влияет как компонент, регулирующий сроки схватывания и формирующий идеально равномерную поровую структуру;

4. Теоретически обоснована и практически опробована возможность получения безавтоклавного газозолобетона, твердеющего в нормальных условиях, на основе вторичного сырья - отходов промышленных предприятий г. Красноярска: золы-уноса ТЭЦ-2; белитоалюминатного цемента ХМЗ (с двухчасовой прочностью при -сжатии не менее 5.5 МПа) лигносульфоната технического ЦБК; щелочного вара (акустической соды ПО "Химволокно".

5. Оптимальными составами газозолобетона являются составь содержащие кг/м3: зола унос - 180 - 263; белитоалюминатный цемент -296 - 437; щёлок - 1,26 - 1,8; каустическая сода - 1,39 - 1,22; алюминева: пудра - 0,48 - 0,42; при В/Т 0,68 - 0,55.

Указанные составы обеспечивают получение газозолобетона с высо кой воспроизводимостью основных свойств, а изделия из предложенной газозолобетона по морозостойкости соответствуют требованиям стандар тов.

6. Технологические параметры способа обработки золы (темп ратура смеси, подвижность и сроки схватывания, скорость гозообразог £

щи, условия твердения) легли в основу вибрационной технологии изготовления изделий.

7. Разработано техническое задание на проектирование опытного цеха по производству газозолобетонных изделий на АО "КЖБМК" с применением золы-уноса ТЭЦ-2 после специальной гидрохимической обработки.

8. Выпущены в полупромышленных условиях опытные образцы из газозолобетона нормального твердения. Экспериментально подтверждена возможность получения экономичного материала для строительства индивидуальных малоэтажных жилых зданий. Экономический эффект на I м3 газозолобетона только по сырью без учета экономии пара и электроэнергии составляет по сравнению с i м3 керамзитобетона для I варианта -364.56 руб.; для II варианта - 398.1 руб. за счёт экономии дорогостоящих материалов. Одновременно решается экологическая проблема охраны ок-руж-ающей среды.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Батрак А.И., Василовская Н.Г., Кравченко И.В. Белитоалюминатный цемент - эффективная добавка для получения высокопрочных бетонов/ Труды НИИцемента.- М., 1985.

2. Батрак А.И., Василовская Н.Г. Свойства высокоосновных зол КАТЭКа после обработки бисульфитным щёлоком// Прогрессивные материалы и технологии для строительства.- Новосибирск, 1994. С. 42.

3. Василовская Н.Г. Газозолобетон на белитоалюминатном цементе// Материалы XIV науч.-техн. конф.- Красноярск, 1996. С. 47.

4. Батрак А.И., Яров В.А., Василовская Н.Г. Гидрохимическая обработка высокоосновной золы КАТЭКа// Международ, техн. конф. в г. Ке-

мер (Турция) "THE COMPLEX ENVIRONMENTAL AND CIVIL ENGINEERING ECOLOGY PROBLEMS". C. 24-24.

5. Василовская Н.Г., Баранова Г.П., Вагнер О.И. Влияние температурного фактора на формирование пористой структурь газозолобетона// Материалы XXIX науч.-техн. конф.- Пенза, 1997. С. 12.

6. Василовская Н.Г., Батрак А.И. Газозолобетон на основе золы-уноса ТЭЦ неавтоклавного твердения// Сб. тез. докл. науч.-техн. конф.-Новосибирск, 1998. С. 21-22.

7. Батрак А.И., Яров В.А., Василовская Н.Г. Способ обработки T3L для использования её в ячеистых бетонах// Материалы науч. совета по ре тональной науч.-техн. программе "Экология, новые материалы \ технологии Краснояргкого края". - Красноярск, 1998. С. 95-96.

8. Василовская Н.Г., Баранова Г.П. Влияние температуры на форми рование пористой структуры газозолобетона// Актуальные проблемь строительного материаловедения: науч.-техн. конф.-Томск, 1998. С. 123 124.

Красноярская государственная архитектурно-строительная академия. 660041 г. Красноярск, пр.Свободный 82. Отпечатано на ризографе КрасГАСА. Заказ №