автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Легкий бетон на основе поризованных заполнителей из диспоидсодержащих попутных продуктов

:ашст-ш:т^гбу?гск1м госудирстзлннй аэ:51т^кту?но-стро::т^льныл

УН1 EBii PC Î-'ГГ jjT

Ka правах рукопксл

i

ЛЁГКИЙ E5I0H El CCKOBÜ HOFjSQBAISíCÍ ШОЛЕДЗЯйй ' ' ИЗ ДлСПС^О&РЖЩК ПСП7ТНКХ nPOJC7KTC3

Специальность С5.23.С5 - Строительные ;латэркйлв

и изделяя

А2торе£ераг

дяссэртешп на сспс:-;£к:зэ ученоГ: cîsnsKU кандидата технически;-: к£ук

CaHiiT-Hsyspdypr . 199Б Г. ¡

Работа выполнена н? кафедре химии

Санкт-Петербургского Государственного архитектурно-строительного университета. .

Научкйй руководитель - доктор техничецких наук,

профессор В.Н.Крылов

Официальные" оппоненты:

домор техппческж наук, профессор

КСШХОЗ ПЛ\ _ 1;.чндкдат технических наук, доцент

' гроготз Б.л»

. Ведущая организация:

АО ' " Лсгготройматериатш "

и

Защита состоится №(реЗрО/\4/$?6 в " ^ "час. на засе дании специализированного Совета К 063.31.02 по присуждение уч ной степени: кандидата технических наук в Санкт-Петербургском г ОУдарственном архитектурно-строительном университете, по адрес

198005, Санкт-Петербург, 2^-я Красноармейская ул., 4, ауд.

• р •

Автореферат разослан "4Уй>с?/)4 Х89б г.

секретарь Специализированного . Созёта К 053.31.02 • "ксгдддат техй.наук

Е.¿.Козлов

E-B S Д S H И Е ■

Актуальность. В настоящее врэ.уд в плане экояо:лдчес:-:ого возрождения страны предусмотрено лреи^ущестзэнноз развитие производства яздеддй, обеспечдзаэддх саиззз::э мзсск здан::2 сооружений, матерка лое:.!ност:;, сто:г.:осгл и трудоемкости строительства. Поэтому больное значзязе имеет rsrssczEHoe производство дздеддй а конст-рукцдй из легких бзтоноз яа пористых запоянзтелях. Еольдая ?астз территория страны кв располагает требуе:.зг.гд задас&мд горных сор од. Поэтому продззодстзо пор:гстдх запощ-гдтеле* поззосгт задо-здть дефицит в природных заполндтзяях ц( уманьость трансдорткыз расхоти. Одзлм из значительных резервов в резензг поставленной задачз яв~ язетса исяояьзовакде дхопсгд-садэр^са'ддх содутг^л проектов (дХП;, которкз ежегодно сбрасызаэтся в отвалы сотня:.": сков тонн. Бз:тду малой кзученност;: эт;: нодутные продукты до >:астслдег.о времен:! каход::л:: ограниченное ар:^.:ененпэ.

В Саннт-Негербу ргс::о\: Государственно:.: архдтегдуркз-отродте "ь-

пспутннх продуктов. Разрабатывается технологачэсххз приемы производства строите~ъных материалов пг нхх.

ДаннаЧ работа кадразяека ка доследование, разработку и получение яэгхдх бетоноз ка псрдзоззнкнх заполнителях дз ДСПП.

Дпссертаддокчая работа Вгдюлнялась з соответствии с дланом • НИР на IS60-I99I гг., утверждении:.: Госстрое:.: СССР 11.05.80 г., а такзё постановлением Госстроя СССР от 20 мая Ï9S7 г.

Исследозадхд выполнялась в Санкт-Петербургском Государственном архитектурно-строительном унаверстаете.

Цель я задач:: работа. Разработка легкого бетона ка основе пордзсзаннкх заполклтелэй зз ДСШ в условиях Сзлхт.

Для достижения поставленной цели в работе ставились и решались следующие задачи:

1. Переработка ДСПП на порпзозаквые заполнители и получение на их основе легких бетонов.

2. Изучение фазового состава поризозанных заполнитедей в зависимости от успо.вкЙ синтеза.

3. Изучение технологических свойств легких бетонов на пори-зованкых заполнителях.

- 4

4. Проведение производственных испытаний и отработка основных технологических параметров производства легких бетонов на основе поризовакнпх заполнитэией.

5. Производство легких'бетонов на порлзованных заполнителях с выявлением экономической целесообразности этого процеооа.

Научная новизна. Научная новизна исследований заключается в следующем:

1. Оооснованы соотношения'компонентов сырьевой смеси обесле-' чизаадпе получение поризованкого заполнителя в условиях восстановительного обклга.

2. Определены основные факторы, влияющие на свойства поризо-ванного заполнителя.

Показано, что в условиях восстановительного обвита темперах® ра получения заполнителя снижается ка 473° К.

3. Предлоаен реяим восстановительного обката, обеспетазающш сиктёз поризованноЕО заполнителя удовлетворявший получению легкого бетона.

4. Предлохена схема-получения поризованного заполнителя в у> ловлях восстановительного обжига на существующем производства Па ловского завода силикатных строительных материалов.

Практическая ценность работы;

1. И а основе ДСЩ получен поризованный заполните ль с высокими эксплуатационными свойствами (прочность, морозостойкость к т.д)!

2. С использованием поркзозанного заполнителя на основе ДСПЛ получеки легкие бетона с высоки;.?:: эксалуагаазонаыьги сзойстзамп.

3. Осуществлен валуск опытно:; ларзет легкого бетона.

4. В процессе испытаний запущено 200 к? легкого бетрна.

АтюбатЕГ! работы. •

, По основным полокэнп.Т/1 бнйн сделана доклада, которые были обсужцени на 53 научной конференции профгссорско-преподавательс-кого состава Санкт-Петербургского, Государственного архитектурно-строительного уннзерситета, на Российской научно-практической конференции "Опыт к перспееткзц развития ресурсосберегающих технология и океана ск;:у;аяхе:: среди на предприятиях" в 1955 г.

Основное содержание работе опублпхозако в 1 статье и 2 заявках на патент и.

■ " Структура и объем работа. Диссертация состоит из введения, шести глав, об:;:г:с выводов, списка литература, прндогзниГ;.

Диссертационная работа изложена на !Ц7 страницах машинописного текста, в т.ч. содержит 41 таблица рисунков, список литературы из 145 наименований.

' 0СН03Н02 СОДЗРЕАКИЗ РАБОТЫ

Введение. Рассмотрено значение данного исследования и обоснована его актуальность, научная новизна к практическая ценность. Отмечены задачи исследования и вопросы^ выносимые на защиту, особенно для СНГ и САР.

В первой главе из со «сено состояние развития промышленности строите яьннх материалов в Сирийской Арабской Республика ( САР ), а такое в ведущих странах мира, таких как-США, ФЩ", Япония.

Это позволило наметить цели и задачи исследования по переработке ДСПП на строительные материалы. Рассмотрен допрос использования вспученных заполнителей в строительстве и применимость ДШП для этой цели..

Рассмотрены факторы, обуславливающие эксплуатационные свойсг ва легких бетонов в зависимости от .вида заполнителей.

В результате рассмотрения этих вопросов удалось подтвердить актуальность данной работы и наметить цели и задачи исследования по переработке ДСПП на строительные материалы, особенно в тех ел* чаях, которые имеются в САР. -

3о второй главе приведены характеристики применяемых матер® лев, а также метода исследований.

Использовались материалы: Щ1 и ДСПП ГОКа "Алданелюда", кварцит Карак ского месторождения и другие материалы оттуда не. Полу <т:г?ь своевременно материалы из ЙАР не удалось.

В тйбл.1 приводится минералогический состав да различных ме торокдэнил. 3 табл.2 приведен химический состав некоторых видов сырья. Подробные исследования материалов описаны в диссертации.

При исследовании в работе были приняты действующий методик! Химические исследования выполнялись в аналитической яабораторш института "Гкпроцемеит". ИК-Спектральный анализ производился на прибора ГР-20 с призмами КЗс- я диапазоне чаотот 300-1500 см""'5-. Ооразпн дхя съемки готовились из исследуемых веществ с КЕ& .Анализы выполнялись в институте сорбентов {г.Пермь).

Термографический анализ проводился с помощью дериватографа

Табяша I

Мине pa логический состав Д1Т различных мосторождэпнй

Содеркание минералов в %

Минера ли -----Зсс^ро^емш-------

Федоровское Змоньгдакское Еезцмшшое

мин. макс. ср. MIHI. макс. ср. мин. /."ЯКс. ср.

Диопсиц 4, 07 8п,2 65 ,5 45,1 98,0 73,7 ÜU у V 93 8,4

Флогопит 0, 9 41, fi 25,3 0,4 49,5 12,G 0,1 3G ,0 6,0

Ам^ийол 0, 4 31,0 6,3 - - - 0,2 35 д 18,6

Скаполит 0, 0 23,5 .0,2 - - - 0,0 17 9 i " 1,5

Прочие минералы 0, 2 ' 33,7 2,7 ОД 42,Г * 13,7 0,0 49 ,0 5,4

Таблица 2

Химический состав кварцита, графитовой руда и сульфидов

■ -----—........ ■■ ............ -I-Г-Г—

Содержание оксидов, %% (по массе) в пересчете на сухое вещество *

Наименозаяив ____

порзпы

5/02 СаО ' МдО Реойщ> А1203 Т)02 5 03 Р205 п.п.п. Кварцит Кара к. .ского

месторождения 97,08 0,4 0,2 0,66 0,57 - 0,21 - . 0,38 Графитовая руда

месторождения Чебра. - . - - . - - - 36,90

Сульфида, месторовде- .

нияЗурное 3,34 1,11 1,24 55,24 1,71

..24,12 -

13,23

фгрг.та МОМ (Венгрия). Рзнтгепс^азовнй анализ - по методу передков -• с ионизационной регистрацией дифракционной картины на установке УРС-50 М к ДРСК при медном излучении. Исследования выполнялись з ЛТП им.Ленсовета на кафгдре кристаллохимии и общей технологии

силикатоз.

Испытания осЗрайцсз на морозостойкость осуществлялись до ГОСТ 12882-14-??,

Всэ применявшиеся методик:-: прхнятк в СНГ и РЗ.

- В третьей глазе рассмотрен вопрос получения поризсзанкого заполнителя. Предложена классификация этих процессов. Излагается два варианта классификации по отйскенкл взятых веществ к нагреванию и по порообразозателям (с:,;.таблицу 3). Рассмотрены вопроси дегазац:пг различных ве^;естз и применимость этих методов к процессу встпучизанил расплавов при их охла^денигл в веде. Предложена теория процесса, объяснялся процесс вспучивания расплавов при ип тзердеяип под веной. flpeuscс слагается из следупднх элементов:

а) получение газоносного расплава. Цель этого зтапа получить из менее растворимых б расплазе газов газ tío лез растзсрпмьй. Б особенности заменить мадорастворижг кислород, азот, более растворимом з расплаве газами: СО и SOg и COg. Зтот этап сопровождается реакцией:

4 JJ - ¿Oí - С = FeO - ¿JO* - СО Г-о в

Л O-jgj - -

Это реакция увеличивает выход более растворимых в расплаве газов в 1,5-2,0 раза (по объему).

Рассмотрена константы реакции I показано что все он:ц значительно сдвинут вправо, TrG» D сирену svxopa.cc к50Р.

Таблица 3

Классификация процессов получения поризованного заполнителя / на основе ДСПП /

А По отношению веществ к нагреванию

1 Метод обжига

. а/ с добавками б/ вспучивание без добавок

2 Метод охлаждения / вспучивание / дегазация расплавов

3 Метод раздувания газом

Б По цоросбразсвателлм

I Без порообразсзЕтелеи

2 Парообразователи при нагрезэ образуют газовую горячие

фазу условия

3 Автоклавная обработка нззесткоао-песчаных

смесей

. 4 Химическое взаимодействие с иоходннм холодные

материалом с выделением газов условия .

5 Применение пенообразователей

б) получение вспученной твердой база.

Температура когда вспучивания отработана нами по данным литературы и собственных наблюдении и приводится в диссертации.

о.-гаяне температуры конца вспучивания расплава дает возможность высказать рекомендации по проведению процесса вспучивания с наибольшим эффектом.

Поризэвашгап заполнитель получили из смсэси.'ДСПП 74-75/5 (масс) кварцит 19-20/5 (гласе), графит 5,7-6,0% (масс), пирит 0,2-0,4?^ (масс). Применяемые ДСШ1 к кварцит смешивались в смесителе, а затем расплавлялись в индукционной печи ( ИСТ - 0,4]в тачание 2-х часов (объем графитового тигля 7 литров) при температуреН72 'К.

При пзбоявнптх ироизводитэлыгоотях мы применят! печь периодического действия гетерогенной ¿агрузки ^ рис.1.) »

В заключении глаан приводятся данные по исследованию важнейших свойств полученного поризованного заполнителя - пористость, морозостойкость и др., согласно которнИ можно заключить, что он отвечает ТУ и мокет быть принят для производства легкого бетона.

В четвертой главе представлены сведения по исследовании свойств легкого бетона с порнзованашл заполнителем.

Представлен расчет состава легкого бетона и установлены соотношения компонентов снрьоззй сг.гестг.

Впе.,п перо:лзшива>.ки пряажго от 3 до 10 минут. Уплотнение бе-тоаноИ с.мэсп пропзвоцалось на лабораторной впбропяовддке с частотой вибрации СО Гц с амплитудой колебания 0,5 мм в течение 20-25 с.

Оорагад пропаривались в лабораторной каиоро по редп.гу 3x8x3 ч при темперчтуре изотермической выдержи 368'К. Посла пропаривали образ:.?! испутштпсь через 4-3 часов на прочность при сжатии (ГОСТ 10150-71)).

Установлено, что расход • педанта для изученных сосгазов легких бетонов на поризованном заполнителе не превышает типовых.норм расхода цемента для легких бетонов.

Введение 30$ тонкомолотого поризованного заполнителя позво-.. ляет сократить расход цёмента на 20%. — :

Относительно высокая прочность лэгкого бетона при низких зна-

OQOOOOOOOOOOO OO ООО oooo oooo OO OÖO oooo OOOQ OO ООО OOOOOOOO OOOOOOOOOOOOO OOOOOOOOOOOOO

.2.

: Fno. i . Пачь вооотаиовитаньного odsnra.

чешях прочности заполнитоля, объясняется презде всего гидравлической активностью пылевидных фракций поризовонного заполнителя.

В таблице 4 представлены прочностные показатели для легкого бетЪна при различных заполнителях (данных для сравнения).

Таблица 4

Прочностные показатели легкого бетона на различных заполнителях

¡Наполнители. Объемная Предел прочности при ска тип', Ша масса сухо- в возрасте

го бетона, --

кг/ы^ 3 суток 28 суток I год 2 года

Поризованный 1100 7,9 12,0 18,6 23,8

ДСПП

Керамзит 1240 7,2 10,5 16,5 17,6

Ела к 1850 ?,6 12,3 21,0 • 28,8

^Добавки-замедлители увеличивают продолжительность подготовительного периода при твердевши вяяуцего, повышают удобоугсла-дываепссть бетонкой смеси и прочность легкого бетона. Например, введение 0,2£>- СДБ от массы вяжущего позволило повысить прочность легкого бетона при сжатии через Зсутокс7,9 до 8,6 Ша.

Исследования морозостойкости легких бетонов было проведено в соответствии с требованиями ГОСТа 7025-78.' Для определения морозостойкости были изготовлены # испытаны 40 кубов со стороной 10 см.

Вид и качество порисованного заполнителя отражается на показателе морозостойкости: бетона. С увеличением плотности легкого бетона коэффициент морозостойкости увеличивается, и уменьшаются потери в массе. Высокая морозостойкость бетона объясняется'

V; '

однородностью физических свойств поризованных запблнг^елей и их высоким сцеплением с цемеятшм камнем, близсстьго когрхпцпентсв

температурных деформаций. Ыонсио предпологлть, 'что ыорозостой-' кость легкого бетона на поризоваиных заполнителях обуславливается повшкшноц морозостойкостью цементного камня вследствие oí coca заполнителем, шлекцпм позшенную пористость, чайти влаги.

Исследование в од оп оглашения и коэффициента размягчения лег, кого бетона были проведены на кубах с ребром. 10 см. по ГССТу 7025-78. Водопоглацение легких бетонов через 8 часов составляет 70-80$ и практически завершается через 12 часов.

Для исследуемых бетонов наибольшее водопоглащешге составляет IOfó по массс, что Еполне отвечает требования;.! ГОСТа.

На термостойкость бетонов суцественное влияние сказывает минералогический состав порпзованкых заполнителей.

После нагрева при температуре 743°К потеря прочности образцов составляет 3 МПа.

Высокая термостойкость легких бетонов на порпзованных заполнителях объясняется тем, что огнеупорность поризованного заполнителя находится-з пределах I653-J6?'iíK. Ечагсприятное влияние на термостойкость оказывает тонкомолотая часть поризованного заполнителя (роль активных минеральных добавок).

Приведенные выше результаты определений основных технических свойств легких бетонов^ показывают, что их мо"но использовать для изготовления ограхдащпх конструкции - панелей наружных стен и перегородок промышленных, ¡хилых и сельскохозяйственных зданий и соорунений.

В пятой главе представлены результаты заводских испытаний.

■ Предложена технология получения поризованных заполнителей из ДСШ1 и1опробирована на опытной установке ЛОО "Павловский завод". ,

Исследование основных свойств и структуры поризованного за-

ЯШ лнителя выполняли на 'отобранных пробах образцов

в опытно-

1Ь.

проглышленных условиях. ■. -

Показатели, характеризующие качество заполнителя, выполняли в соответствии с требованиями ГОСТа 9758-86.

Б*таблице 5.4 представлены результаты испытания физико-механических свойств поризованного заполнителя.

■■ • Таблица 5.4. Физико-пехгшпеские свойства поризованного заполнителя

¡заполнитель по фракциям, мгл Насыпная плотность, кг/м^ Прочность, Ша Общая по-. рютость, Потери массы при испытании на морозостойкость, %

40-20 180 . 0,08 87 .3,8

2С-40 200 • 0,09 85 2,9

'10-5 250 0,12 78 1,9

менее 5 380 0,21 70 ■1,5

Таким образом согласно проведенным испытаниям, полненный поризованный заполнитель в соответствии с ГОСТ 9758-77 монет быть использован э производстве легкого бетона.

В шестой главе рассмотрены вопросы нанесения зацптно-деко-ратязгшх покрытий на легкие бетоны. В качестве полимардинераль-ного покрытия использована композиция состоящая из полнвинплбу-тирадо: и^трнкомолйгого поризованного заполнителя.

Установлено, что количество тонкомолотого поризованного. заполнителя,обеспечивающее опти:,нльную твердость покрытия -152 Ша, составляет 30$. .

Нанесение полимерной композиции производили в электрическом поле зысокой интенсивности.

Бетоны 'с защитно-декоративным покрытием истатывались на коррозионную стойкость'! морозостойкость и атмосферостс$кость. -

Н^едяиритьмьььь Тс.-ль;]к0-ик0..0лйчески« расчет длл ГОНа "Ацдииолыда" вышдиеь ^сдр« экономики строительства 1ЛюГАС> и иьо.и^том Инйлиталлоруд.

¿а счет экоьолии ьа цементе, транспортировки объемных

блоков от завода до ст^оителы.ьх плодадок себестоимость произ-

, з с

водитва 1 м Лсглого оетоьа снижается п^ислизителььо ьа ¿,5 руо.

и годовой элог.омически;. э^ект свыше с мль.р,>б. цеках 1991

года). .

Оицие выводи по работе

1. Раиота проводилась ьа материалал, полученных в К-. Получить материалы из Сирии своевременно не удалось. Исследования проводились по принятым в Р* методикам.

с. Изучена теории процесса получения газоьосього рабплава,. основанная ка том, что плавка ведется с увеличивающеюся выраоат-ко/1 газов. При этом газы неходкого состава, плоло растворимые в расплавленном шлаке, переводят в иолее растворимы; новии состав 00, -50.» 00 . для вспучивания расплавы ьеоиходимо охлаждение водой. Предложено ¿равнение по определенны температурь конца вспучивания шлака.

3. Предложена классификация процесса получения поризрвапни-го заполнителя по спосооу получения п по роду пороооразователя, позволяющая подобрать более приемлемый метод для конкретных условий.

1'ассмотренк восстановительные процессы, ьа примере которых моьно получить поризоваиный материал, в частности заполнитель для легких бетонов.

5. Рассмотрена методика получения поризованного заполнителя, выбраны добавки и показаны протекающие химические процессы, исследованы свойства полученного поризованного заполнителя.

6. Исследованы свойства легкого бетона на порнзозанном заполнителе,

Установлено, что полученные бетоьы на поризованннх заполнителях при объемной наосе 1100 кг/я'3 имеют прочность при скатай 1^,0 МПа в возрасте 28 суток. Морозостойкость до 65 циклов попеременного заноракйРянкя и отт&ивашш,

7. Предложен состав рргано-полимерного защитно-декоративного покрытия на легкий бетон, вклвчаьщий до 30* тонкомолЬтого пори зоваького заполнителя.

Полученное покрытие обладает повышенными 4изико-механичео-кими свойствами: твердость до 17о МПа, морозостойкость не менее 40 циклов попоре.ченкого замораьивания и оттаивания.

.8. Годовой экономический э^4ект по предварительным данным А00 "Павловский завод" составляет I мл;..руб. в ценах 1991 года.

Основные положения диссертации изложены в следующей публикации

I, Махмуд Абу-Хасан,-С.Б.Семенов, В.И.Хренов. Получение строительных материалов на основе магаийсодержаодх отходов в восстановительной среде // Опыт и перспективы развития ресурсосберегающих технологий и охрана окружающей среди на предприятиях / Тез. «етодических докл. Российской научно-практической кон$. / СПбГТУН], 1995.

¿. Представлены две статьи к депонирование.

3. Подано Д£л1. заявки на патьнгя<Д,