автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Облицовочные материалы на основе отходов кампепиления известняка-ракушечника

На правах рукописи

!<•■ ' ч

\ \

ДЖАКУПОВ КАБИБУЛЛА КАБЕНОВИЧ

Облицовочные материалы на основе отходов камнепиления известняка-ракушечника

05.23.0л - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара, 1996

Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете.

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор В.В.Бабков

Официальные оппоненты: академик РААСН, доктор

технических наук, профессор П.Г.Комохов

Ведущая организация - институт БашНИИстрой (г.Уфа)

Защита состоится Об-+1>.1996 г. в 14- часов на заседании диссертационного совета К. 064.55.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Самарской государственной архитектурно-строительной академии по адресу. 443001, г.Самара, ул. Молодогвардейская, 194.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан " Ус/ " с"с. /■/¡/'¿г О/Эл 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук ~ С.А.Бутенко

кандидат технических наук, доцент В.П.Попов

.У

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Промышленность строительных материалов является отраслью, для которой вопросы энерго- и ресурсосбережения на основе использования многотоннажных отходов промышленных производств особенно актуальны.

Потенциальным источником расширения сырьевой базы строительной индустрии регионов Западного Казахстана, южных областей Украины, Крыма. Молдовы являются отходы камнепиления известняка-ракушечника. В настоящее время годовой объем добычи пильных известняков-ракушечников на территории СНГ превышает 20 млн.м'5, в том числе на территории Западного Казахстана 3 млн.м-5, при этом средний выход блоков и плитки из горной массы, составляет лишь 30-40°о. Остальная масса в виде некондиционных блоков, бута, щебня, окола, штыба, шлама не может быть использована по прямому назначению. Существующие же технологии по утилизации отходов пильного камня, как правило, ориентируются на использование крупных и средних фракции, применяемых в основном для получения низкомарочных бетонов, а мелкодисперсный отсев обычно остается невостребованным.

В связи с этим продолжается поиск новых путей и технологий использования отходов пиления известняка-ракушечника в различных отраслях и, в частности, сельском хозяйстве, дорожном строительстве, производстве строительных материалов.

Настоящая работа посвящена разработке способов получения строительных материалов и изделии на основе дисперсного известняка-ракушечника с использованием метода фильтрационного прессования.

Работа выполнена в соответствии с целевой научно-технической программой Академии наук Казахстана и целевой комплексной программой "Стройпаука-2000" Госстроя Республики Башкортостан.

Цель работы состоит в разработке новых технологических путей использования многотоннажных отходов камнепиления известняка-ракушечника в производстве плитных облицовочных изделий, а также в исследовании возможностей фильтпрессовой технологии применительно к водовяжущим смесям на цементной основе.

Для достижения поставленной пели в работе решались следующие задачи:

1. Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение возможности получения высокопрочных п долговечных материалов на основе водовяжущих цементных систем с дисперсными карбонатными наполнителями по методу фильтрационного прессования.

2. Исследование основных факторов, влияющих на процессы структурообразования при прессовании пластичных смесей на основе цемента и дисперсного нзвесшяка-ракушечннка с отводом избытка жидкой фазы.

3. Исследование свойств материалов на основе дисперсных ракушечных отходов, получаемых фильтрпрессованием.

.4. Разработка технологии изготовления облицовочной плитки широкого назначения на основе дисперсных отходов камнепиления известняка-ракушечника карьеров Западно-Казахстанского региона.

Научная новнзна.

1. Применительно к водовяжущнм системам на основе клинкерных цементов исследована одна из новых технологических возможностей водоредуцирования названных систем с целью повышения прочности - прессование смеси с одновременным отводом отжимаемой воды, так называемое фильгрнрессование. Показано, что и технологии фильтрпрессования при умеренных давлениях 5...20 МПа достигается более высокое водопоннженпе. чем при использовании суперпластификаторов - до 0,13...0,16 по величине водовяжу-щего отношения.

2. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что наряду с общей пористостью важным фактором, оказывающим влияние на упрочнение при формировании структур по технологии фильтрпрессования, является улучшение структуры пористости цементного камня в связи со снижением ее многоранговости. Уровень многоранговости пористости цементного камня, характеризуемый, прежде всего, соотношением размеров пор двух смежных рангов - ге-левых и капиллярных - в рассматриваемом случае существенно понижается из-за резкого снижения расстоянии между частицами во-довяжущей пасты в исходном состоянии и, соответственно, снижения абсолютных размеров капиллярных пор и их размеров по отношению к гелевым порам.

3. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что повышению интенсивности действия механизма упрочнения че-

рез улучшение дифференциальной пористости структуры в технологии фильтрпрессования содействует введение в водовяжущую систему тонкоднсперсных минеральных наполнителей (ТМН) с дисперсностью по удельпой поверхности в 2.„4 раза более высокой, чем исходное вяжущее. В качестве низкоэнергоемкого на стадии приготовления (помола) ТМН в данной работе использованы тонкодисперсные продукты на основе легко размалываемого известняка-ракушечника.

Практическое значение работы заключается в расширении использования многотоннажного отхода промышленности - дисперсного известняка-ракушечника и разработке технологии получения строительных изделий на основе этого сырья.

Реализация технологии производства облицовочных изделий на основе отходов камнеппления в рамках действующего производства плитной и блочной продукции разного назначения позволяет частично замкнуть технологический цикл и сократить объемы отходов.

Плитные облицовочные изделия, получаемые по фнльтпрессо-вой технологии на основе отходов известняка-ракушечника, цветных или обычных (серых) цементов, способны успешно заменить дорогостоящую продукцию из естественного камня (мрамор, гранит и др.). Изделия, получаемые по предлагаемой технологии, могут изготавливаться любой конфигурации, что сложно и дорого достигается в производстве изделий из естественного камня.

По результатам проведенных исследований и производственных испытаний разработаны нормативные документы, регламентирующие технологические, экономические и санитарно-гигиенические аспекты производства п применения облицовочной цементно -ракушечной плитки, в том числе технические условия "Плиты цементно-ракушечные облицовочные, ТУ 5714-055-02069450-96", технологический регламент производства цементно-ракушечной облицовочной плитки, исходные данные на проектирование линии по производству данной продукции на АО "Уральское производственное объединение стеновых материалов".

Реализация работы состоит в использовании результатов исследований при внедрении способа, технологии и установки для изготовления цементно-ракушечных облицовочных мраморовпдных плит на АО "Уральское производственное объединение стеновых материалов" (Казахстан) с экономическим эффектом 6 млп.теные (450 млн.руб.в ценах 1996 г).

Автор защищает

- результаты теоретических и экспериментальных исследований по изучению механизма упрочнения и улучшения комплекса физико-механических характеристик цементных систем введением тонкодисперсных наполнителей;

- результаты исследований цементно-карбонатных материалов, полученных в условиях фильтрационного прессования;

- результаты исследований по выявлению закономерностей влияния ряда технологических факторов на свойства цементно-ракушечных изделий;

- технологию производства облицовочной цементно-ракушечиой плитки.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Уфимского государственного нефтяного технического университета (Башкортостан, г. Уфа, 1995, 1996 гг.); Всероссийской научно-технический конференции "Проблемы формирования структуры, эксплуатационной надежности и долговечности строительных материалов" (Иваново, 1996); Первом Международном совещании по химии и гехнололш цемента (Москва, 1996 г.); Международном совещании "Современные проблемы строительного материаловедения" (Казань, 1996г.).

По основным результатам исследований опубликована монография, 5 статей и тезисов докладов, выпущены технические условия.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов, списка использованных источников, приложений. Работа изложена на 119 страницах машинописного текста, включая 14 иллюстраций и 18 таблиц, содержит два приложения. Список использованных источников включает 65 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, содержится краткое описание выполненной работы и приводятся основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе приведен обзор и анализ литературных данных по проблеме утилизации отходов камнепиления известняка-ракушечника, рассмотрены способы переработки ракушечных отходов и получения на их основе строительных материалов.

Традиционные пути использования ракушечных отходов в строительстве, как правило, связаны с их применением в качестве заполнителей крупных и средних фракций для бетонов. Однако, учитывая достаточно значительную пористость (50% и более) и, соответственно, низкую прочность исходного ракушечника, качество данных заполнителей оказывается существенно ниже применяемых для этих целей щебня на основе гранита, плотного известняка и, таким образом данное направление оказывается приемлемым лишь для бетонов невысоких классов по прочности на сжатие, используемых для ограниченной номенклатуры строительных изделий. Получение достаточно эффективных по совокупности прочности и средней плотности легких бетонов на основе известняка-ракушечника также неэффективно из-за его недостаточно низкой средней плотности. В этих случаях, кроме того, остается невостребованным значительное количество мелкодисперсных фракций ракушечных отходов.

Использование мелкодисперсных отходов ракушечника для получения строительных материалов по традиционным технологиям с использованием виброформования, литья обычно не приводит к положительному результату, что связано с высокой водопотребпостыо и другими отрицательными качествами, присущими мелкодисперсным ракушечным отходам.

В последнее время в технологии цементных бетонов, материалов на основе гипсовых вяжущих успешно развиваются направления, реализующие возможности высокого уплотнения смесей в целях упрочнения структуры. Эти направления связаны, в частности, с использованием суперпластификаторов, с использованием прессующего давления при формовании изделий. В работах А.В.Волженского, Д.Рой, Г.Гоуды, Г.В.Мурашкина, Т.Б.Арбузовой и др. показана возможность получения материалов высокой прочности на основе жестких смесей с использованием заполнителей и наполнителей различной минералогической природы в условиях низких, средних и высоких давлений прессования.

Возможности этого направления значительно расширяются, если использовать прессование пластичной смеси с высоким исходным во-дотвердым отношением с одновременным отводом избытка воды через фильтрующий элемент. Избыток воды затворения, играющий отрицательную роль в процессе структурообразования водовяжущих систем в традиционных технологиях, в этом случае имеет положи-

тельное значение, заключающееся в обеспечении удобоукладываемос-ти и максимальном овддиении твердой фазы, уменьшении сил трения частиц твердой фазы между собой и о стенки формы в процессе прессования. При этом уже при умеренных давлениях достигается плотная упаковка частиц и формирование ннзкопористой высокопрочной структуры.

Метод фильтрационного прессования успешно применен И.М.Ляшкевичем, Г.С.Раптунович, Г.Я.Данько, А.Ф.Полаком, В.В.Бабковым, Р.А.Анваровым прп получении облицовочных изделий на основе гипсовых вяжущих и гипсосодержащих отходов.

Однако подобные материалы имеют ограниченную область применения и могут использоваться лишь для внутренней отделки помещений, что связано с недостаточной водостойкостью и прочностью гипсовых материалов.

Данные приведенного обзора указывают на необходимость постановки специальных исследований по изучению систем на основе цементных вяжущих и дисперсных наполнителей в условиях фильтрационного прессования. С учетом этого целесообразным становится перенос технологии фильтпрессования на цементно-ракушечные композиции. Известняк-ракушечник как наполнитель в данном случае оказывается перспективным в силу его хорошей размалываемос-ти. Он, кроме того, перспективен в сочетании в белым и другими цветными цементами в производстве различных облицовочных изделий в силу своих высоких декоративных качеств (белый, светло-розовый, светло-желтый - таковы наиболее распространенные тона природного ракушечника).

В заключительной части раздела сформулированы цель и задачи исследовании

Второй раздел посвящен теоретическому обоснованию возможности получения высокопрочных материалов на основе бинарных цеменгно-карбонагных систем методом фильтрационного прессования. Синтез прочности гидратируемых минеральных вяжущих и материалов на их основе определяется уплотнением развивающейся системы и кристаллизационным срастанием отдельных кристаллитов и флокул поризованнбй гидратной массы. В этом процессе структурообразования спецификой формирующейся пористости цементного камня на основе портландцемента является ее многоран-говость. Пористую структуру твердеющего цементного камня следует рассматривать по меньшей мере как трехранговую, содержащую

внутрикристаллогидратные (гелевые), капиллярные поры ц макропоры защемленного воздуха со своими характеристиками средних условных радиусов. Многоранговость пористой структуры цементного камня, обусловливающая взаимодействие пор смежных рангов в силу наложения полей напряжений, приводит к значительным дополнительным потерям прочности. Средний размер капиллярной поры ау, трактуемый как среднее расстояние между флокулами гидратируемых частиц вяжущего, может быть представлен как отношение капиллярной пористости к удельной поверхности развивающихся флокул, скорректированное коэффициентом и, учитывающим влияние формы пор:

/фк/с-ЙИЯ-П] Ш = —Ь-— , ( 1 )

где и = .").../;

и' - водоцементное отношение; с - соотношение плотностей воды и вяжущего; (к - степень гидратации вяжущего;

9 - коэффициент увеличения объема твердой фазы при химическом переходе вяжущего в гидрат (около 2.2 для портландцемента); 5га- удельная поверхность исходного вяжущего, см^ г; - плотность вяжущего, см-5 / г.

Таким образом, развитие структуры пористости и повышение прочности цементного камня с повышением степени гидратации связаны не только с понижением капиллярной пористости, но и со снижением среднего размера капиллярных пор.

Одной из возможностей реализации названного механизма упрочнения в технологии цементных бетонов является использование тонкодисперсных минеральных наполнителей (ТМН) карбонатной или другой минералогической природы. Для бинарной дисперсной системы, включающей, наряду с вяжущим некоторое количество инертного или слабо гидравлически активного наполнителя в объемном выражении = ау-УХ0 (Ух0 - объемная концентрация вяжущего в исходной водовяжущеи иасте) приблизительно одинаковой с вяжущим плотности 7f « ;/х> при дисперсности наполнителя по удель-

ной поверхности ^ - /? 5Г0 и его гидравлической активности 0* = 4 средний размер капиллярной поры определится как

=---—-:-ГГГ-.

д | (I - №■)[ 1 + &( 9 -1)]"'3 + 1 1)]2'

где у/' - водотвердое отношение системы.

Анализируя (2) можно видеть, что с повышением дисперсности и концентрации (увеличением у? и а) наполнителя значение в цементном камне на бинарном вяжущем будет существенно снижаться по сравнению со структурой на исходном немодпфицнровашшм вяжущем при сравнении этих структур для равных значений

В полном объеме эффект от реализации механизма упрочнения при использовании ТМИ достигается применением технологических приемов, устраняющих повышенную водопотребность вяжущих с наполнителями высокой дисперсности, в частности, например, использованием суперпластификаторов.

Другим путем повышения эффекта упрочнения систем на основе ТМН является использование технологии фильтрационного прессования, позволяющей достигать низких остаточных водотвердых лу' (водоцементных \\г) отношений 0,14 - 0,20, что в обычных технологиях уплотнения трудно достижимо даже с использованием лучших суперпластификаторов.

Следует отметить, что высокопрочные чисто цементные связки, полученные с использованием низких водоцементных отношений \у<0,25 , оказываются недостаточно долговечными. При твердении после достижения относительной объемной концентрации шдрагной связки в цементном камне Ф я 0,9...1 в условиях медленно продолжающейся гидраташш наблюдается значительное разупрочнение структуры. Этот критический уровень Ф соответствует исчерпанию капиллярного пространства системы и почти предельному уплотнению кристаллогидратной связки, когда ее пористость достигает 28% и менее. При поперечном размере кристаллита гидросиликагнон составляющей 10...20 нм радиус промежутков (пор) между кристаллитами составляет около 2...3 нм, что,с учетом размера зародышей гид-ратных фаз (0,5...2 нм), по пространственным условиям не обеспечивает возможности нормального протекания гидраташгонных процес-

- и -

сов н полного уплотнения и заполнения внутрикристаллогидратных пор. Поризованность крнсталлогидратной связки, обеспечивающая диффузию воды к поверхности гранул клннкера, в сочетании с пространственной стесненностью вызывает нарастание растягивающих напряжений и приводит к внутриструктурным повреждениям и потерям прочности. Поэтому долговечными оказываются системы, сохраняющие в течение всего эксплуатационного цикла некоторый резерв капиллярного пространства.

Обеспечение долговечности высокопрочных цементных связок может быть достигнуто введением мнкронаполнителя в количествах 20% и более, позволяющего при низких водотвердых отношениях (\у' < 0,20) п соответственно высоком уплотнении структуры на бинарном вяжущем в условиях фильтрпрессования иметь умеренные водоцемеитные отношения (\у > 0,25), обеспечивающие необходимый резерв капиллярного пространства в условиях длительной гидратации (соотношение между водоцементным и водотвердым отношением для бинарных систем при Гх « определяется зависимостью =

= </(1 - (Ху).

Третий раздел содержит описание характеристик материалов и методов экспериментальных исследований.

В качестве исходных материалов для проведения исследовании использовали отходы камнеииления известняка-ракушечника Ман-гышлакского, Эмбинского (Казахстан) и Пашканского (Молдова) месторождений. По минералогическому составу они представлены кальцитом (93-97%), незначительными примесями кварца и доломита. Тяжелые металлы, токсичные и радиоактивные элементы практически отсутствуют и по санитарно-гигиеническим характеристикам известняк-ракушечник можно применять без ограничений в облицовочных изделиях.

Для получения цементно-ракушечных композиций использовали портландцемент М500 Стерлитамакского АО "Сода", шлакопортланд-цемент М400 того же объединения, белый портландцемент М500 Коломенского АО "Щекинский цемент".

Методы проведения большинства экспериментов и исследований, используемые приборы п оборудование соответствовали действующим стандартам.

Рентгенофазовый анализ проводился на днфрактометре ДРОН-3.

Определение показателей дифференциальной пористости образцов проводилось методом ртутной порометрии на порозиметре "Саг1о-ЕгЬа".

Удельная поверхность сухого порошкообразного ракушечника и других дисперсных материалов определялась по их воздухопроницаемости с помощью пневматического поверхностемера Т-3.

Измельчение ракушечника и других материалов осуществлялось с использованием барабанной шаровой мельницы типа МБЛ, электромеханической ступки СМ 5М и лабораторного дезинтегратора ДЗ-04.

Изготовление образцов для испытаний проводилось с использованием пресс-форм, обеспечивающих возможность фильтрационного удаления воды в процессе прессования и позволяющих формовать образцы в виде цилиндров диаметром 30-40 мм и плит с размерами в плане 100x100мм, 200x200 мм, 400x600 мм. С этой целью использовались механический пресс УП-8 ЛГУ, гидравлические прессы П-10, П-50, П-125, П-500.

Полученные результаты обрабатывали с применением методов математической статистики.

Четвертый раздел посвящен выявлению роли основных факторов, оказывающих влияние на формирование структуры материалов в условиях фильтрационного прессования пластичных цементно-карбонатных (ракушечных) композиций. Рассмотрены следующие факторы: соотношение вяжущее-наполнитель, дисперсность карбонатной фазы, уровень прессующего давления, продолжительность выдержки под нагрузкой, исходное водотвердое отношение, условия и длительность твердения.

Исследование влияния соотношения вяжущее-наполнитель на физико-механические показатели прессованных цементно-ракушечных образцов показало, что метод фильтрационного прессования позволяет получать достаточно прочный каменный материал на основе обладающих повышенной водопотребиостью маложестких исходных дисперсных ракушечных отходов. Добавка цемента ПЦ 500 уже в количестве 10-20% к исходным отсевам пиления ракушечника Ман-гышлакского месторождения с дисперсностью по удельной поверхности Б ~ 2000 см2/г позволяет фильтпрессованием при давлениях 5 - 20 МПа получать материал с прочностью на сжатие до 20-25 МПа.

С увеличением удельной поверхности карбонатного наполнителя до ~ 8000 - 12000 см2/г наблюдается существенное увеличение проч-

ности прессованных цементно-ракушечных материалов. При оптимальной для прочности добавке ракушечного наполнителя повышенной дисперсности в пределах 15-20% от общей массы смеси (рис. 1) прочностные характеристики данного материала превышают показатели бездобавочных цементных композита! и достигают при твердении под водой (С = 20 ± 2 "С) в 28 суточном возрасте прочности на сжатие 110...130 МПа, прочности на растяжение при изгибе 20-25 МПа при давлении прессования 5 МПа, соответственно прочности на сжатие 140... 160 МПа, на растяжение при изгибе свыше 30 МПа при давлении 20 МПа, что можно объяснить эффектом введения микронаполнителя и оптимизацией поровой структуры материала. Твердение прессованных структур характеризуется ускоренным набором прочности. В трехсуточном возрасте прочность на сжатие составляет 50-75"«/1 от 28 суточной (см. рис. 1). При этом следует отметить важное качество фильтрпрессованных цементно-ракушечных материалов, связанное с тем, что снижение концентрации немента в общей массе бинарного вяжущего не приводит к адекватному падению прочности материала, в особенности прочности на растяжение, и в области низких концентраций вяжущего (10-20%) материал имеет достаточно высокую (до 10 МПа) прочность на растяжение. Введение ракушечного наполнителя повышенной дисперсности позволяет получать фильтрпрессованием без дополнительной обработки (шлифовки, полировки) гладкую глянцевую лицевую поверхность изделий, что особенно важно при производстве декоративных плит и ряда других изделий. Чисто цементные бездобавочные композиции дают матовую и шероховатую поверхность, не отвечающую требованиям декоративных облицовочных изделий.

Увеличение давления фильтрационного прессования приводит к повышению прочности искусственного цементно-ракушечного материала, что соответствует общим закономерностям структурообразова-ния прессованных материалов. При этом заметный прирост прочности наблюдается в интервале давлений 5-15 МПа, а при уровне давлений > 15 МПа прирост прочности затухает. Дальнейшее увеличение уровня давления прессования вынуждает применительно к реальной технологии получения плитных изделий повышать скорость приложения прессующего давления, что нежелательно с точки зрения обеспечения полного отвода избытка жидкости и обеспечения герметичности пресс-формы. Скорость нарастания прочности с повышенн-

Прочность на сжатие прессованных структур на основе ПЦ 500 и ТМН карбонатной природы, полученного помолом известняка-ракушечника Мангьшлакского месторождения

160

га С £

(I) Еч

т *

о

га £

л Ен О О X Я1

о а с

120

О

20

40

60

80

100

Рис. 1

Относительное содержание ТМН, М ¿1С . %

в - твердение в воде в течение 3-х суток; А. - то же, 28 суток;

1 - давление фильтрационного прессования

5 МПа;

2 - то же, 20 МПа;

3 - прочность на растяжение при изгибе,

давление прессования 20 МПа. Удельная поверхность ТМН 9300 см2/г.

ем давления фильтпрессования падает и при давлении около 20 МПа практически стабилизируется. Это подтверждает целесообразность применения в технологии прессования цементно-ракушечных композиции с отводом воды уровней давлений в пределах 5-15 МПа.

Установлено, что оптимальным исходным водотвердым отношением для прессуемых систем с точки зрения удобоукладываемости, технологичности прессования и конечных прочностных характеристик материала является В/'Т в пределах 0,4...0,5. По окончании прессования остаточное водотвердое отношение понижается до 0,18 -0,20 при давлении прессования 5 МПа, до 0,13 - 0,16 - при давлении 20 МПа.

Исследование поведения прессованных цементно-ракушечных материалов в условиях длительного твердения в воде показывает (рис.2), что чисто цементные системы не отвечают требованиям долговечности. При нахождении в водных условиях уже после 1-2 месяцев твердения наблюдается их медленное разупрочнение. Добавка 30°о высокодисперсного ракушечного наполнителя позволяет обеспечить нормальные условия структурообразования и систематическое повышение прочности при длительном твердении, что объясняется обеспечением необходимого резерва капиллярного пространства в соответствии с изложенными выше теоретическими предпосылками.

Данные исследовании норовой структуры прессованных цемент-но-ракушечных материалов, выполненные методом ртутной поромет-рцц, показывают, что материалы, полученные по технологии фильтрационного прессования характеризуются низкими показателями общей пористости и среднего размера капиллярных пор, что обуславливает их более высокие физико-механические показатели по сравнению с материалам!, получаемыми традиционными методами. При этом установлено, что добавка в цементную композицию карбонатного микронаполнителя на основе ракушечника с дисперсностью, превышающей дисперсность исходного вяжущего в 3 - 4 раза по удельной поверхности, позволяет снизить средний размер капиллярных пор и уровень многоранговости пористости, что согласуется с теоретическими предпосылками по влиянию тонкодисперсных наполнителей на микроструктуру и прочность цементното камня.

Данные рентгенофазового анализа фильтрпрессованных образцов цементного камня с ракушечным наполнителем показывают, что на границе контактного слоя происходит взаимодействие карбоната

Зависимости прочности на сжатие от длительности твердения прессованных структур на основе ПЦ 500 и ТМН, полученного помолом известняка-ракушечника Мангышлакского месторождения

(В

к

160

<и 120 s

80

40

---

( у

i 1 f 3

0 2 4 б 8 10 12

Длительность твердения, мес

Рис. 2

О - твердение в воде чисто цементных образцов;

А - то же,состав смеси ПЦ и ТМН в соотношении 70:30%;

В - то же, 50:50%. Удельная поверхность ТМН 9300 см2/г.

Давление фильтрационного прессования 20 МПа.

кальция с продуктами гидратации цемента с образованием птдрокар-боалюмпнатов кальция различного состава в зависимости от соотношения карбонатной н алгоминатиоп фаз. Образование данных соединений, по-видимому, также содействует упрочнению структуры получаемых материалов.

Прессование цементпо-ракушечпых систем было опробовано при изготовлении облицовочной плитки. Полученные результаты (табл. О свидетельствуют о возможности производства методом фпльтрпрессованця облицовочной плитки разного назначения, плитки мощения с широким диапазоном характеристик в зависимости от области применения. При этом следует выделить две группы изделий по совокупности характеристик в зависимости от назначения. Первую группу составляют изделия на основе цемеитно-ракугиечных составов с невысоким содержанием цемента 20 - 30%. Они предназначены в основном для внутренних облицовок помещений, к которым предъявляются декоративные требования и не предъявляется особых требований по прочности и морозостойкости. Эти изделия изготавливаются с использованием белого и других цветных цементов. Вторую группу составляют изделия с содержанием цемента в их составе 50-70%. Они обеспечивают восприятие значительных нагрузок, ударных воздействий, истирания, воздействия климатических факторов. Это плиты полов, наружная облицовка. Технология фильтрационного прессования для повышения прочности и ударной выносливости изделий позволяет в процессе их изготовления производить армирование металлическими сетками и дисперсной арматурой (фиброй). Высокие показатели по прочностным характеристикам, водостойкости, морозостойкости позволяют использовать данные изделия в полах цехов производственных зданий и наружной облицовке.

Физико-механические характеристики плитных изделий для названных выше соотношений вяжущее: высокодисперспый ракушечный наполнитель, неармнрованных и армированных металлической фиброй и сетками, приведены в табл. 1.

Пятый раздел посвящен разработке технологии производства облицовочных цементно-ракушечных изделий методом фильтрационного прессования.

Технологический процесс производства декоративной цементно-ракушечной плитки (рис. 3) включает следующие подготовительные операции: доставку исходных материалов и их складирование, сушку

Таблица

Показатели цементно-ракушечных плит различных составов

Содержание компонентов в составе, мас.% Процент армирования, ц % Прочность на растяжение при изгибе, МПа, в возрасте Коэффициент рамяг-чення кР> отн.ед. Плотность изделия в возрасте 28 сут, г/см3 Морозостойкость, циклы по ГОСТ 7025-91

це мент ПЦ 500 ракушечник, S=7250 см2/г сетками фиброй 3 сут 7 сут 28 сут

20 80 - - 9,2 11,1 12, 5' 0, 90 2,18 300

30 70 - - 12,2 13,8 15, 9 0, 93 2,20 350

50 50 - - 17, 8 20, б 22,1 0, 92 2,25 400

50 50 1,5 - 28, 9 35,1 40,1 0, 91 2, 42 500

50 50 - 1,2 30, 2 39, 4 35, 2 0, 92 2, 37 550

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ЛИНИИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ЦЕМЕНТНО-РАКУШЕЧНЫХ ОБЛИЦОВОЧНЫХ ПЛИТ

подача

1С

воды 3 б

Т-'г

Л/\АЛ/У^^/УУУУУУУ\/У\ ;

: 1 п:

1 ! ГГ — -

пресс- |---

Форма I Пресс №1

13'

18х

Е5ЙШ

Рис. 3

1 - расходная емкость ракушечника; 2-го же, цемента; 3 - то же, воды; 4 - дозатор ракушечника; 5 - то же, цемента; 6 - то же, воды; 7 - то же, цементно-ракушечной смеси; 8 - питатель; 9 - дезинтегратор; 10 - смеситель; 11 - распределитель смеси; 12 - устройство ввода красителя; 13 - конвейер транспортирования пресс-форм; 14 - пресс-формы; 15 - пресс; 16 - устройство распалубки; 17 - вакуум-агрегат; 18 - отстойник; 19 - пост распалубки; 20 - кассетный накопитель; 21 - пост съема поддонов; 22 - узел чистки; 23 - бачок со смазкой; 24 - дозатор; 25 - пункт сбора пресоформ.

и помол известняка-ракушечника, приготовление сухих пе^ментно-ракушечных композиций, дозирование смеси, подготовку и дозирование добавок, приготовление состава для придания декоративных свойств плитам, введение воды затворения. Далее в смесительном отделении ведут приготовление пластичной цементно-ракушечной смеси, вводят пигменты, заливают смесь в пресс-форму и прессуют ее с удалением избыточной воды. После окончания фильтрационного прессования производят съем изделий, укладку их на стеллажи, выдержку, распалубку, а также, при необходимости, их окантовку и обрезку.

На основании проведенных исследований разработаны технологический регламент на производство декоративной облицовочной це-ментно-ракушечной плитки, технические условия на продукцию для условий Уральского производственного объединения стеновых материалов. Разработанная нормативная и проектно-конструкторская документация будет использована проектно-конструкторским институтом ГАЗЖОБАЛАУ (г.Уральск) при проектировании линии на Уральском производственном объединении стеновых материалов.

Предложенный способ изготовления был использован на данном объединении УПОСМ при получении опытно-промышленной партии облицовочных плит с экономическим эффектом б млн.теньге (450 млн.руб в ценах 1996г.).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Применительно к водовяжущим системам на основе клинкерных цементов исследована одна из новых технологических возможностей их водоредуцирования с целью повышения прочности -фильтрационное прессование смеси с одновременным отводом отжимаемой воды. Показано, что в технологии фильтрпрессования при относительно умеренных давлениях 5...20 МПа достигается более высокое водолонижение, чем при использовании суперпластификаторов - до 0,13...0,18 по величине водовяжущего отношения.

2. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что наряду со снижением общей пористости важным фактором, оказывающим влияние на упрочнение при формировании структур по технологии фильтрпрессования, является улучшение структуры пористости цементного камня в связи со снижением ее многоранго-вости. Уровень многоранговости пористости цементного камня, характеризуемый, прежде всего, соотношением размеров пор двух

смежных рангов - гелевых и капиллярных, в рассматриваемом случае существенно понижается из-за резкого снижения расстояний между частицами водовяжущей смеси в исходном состоянии и, соответственно, снижения абсолютных размеров капиллярных пор по отношению к гелевым порам.

3. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что повышению интенсивности действия механизма упрочнения через улучшение дифференциальной пористости структуры в технологии фильтрпрессования содействует введение в водовяжущую систему тонкодисперсных минеральных наполнителей с дисперсностью по удельной поверхности в 3...4 раза более высокой, чем исходное вяжущее. Показано, что эффективным и низкоэнергоемким тонкодисперсным минеральным наполнителем являются дисперсные продукты на основе хорошо размалываемого известняка-ракушечника.

■4. Установлено, что на процессы структурообразования в условиях фильтрационного прессования пластичных цементно-ракушечных смесей и свойства получаемых материалов влияют содержание вяжущего в общем составе смеси, дисперсность ракушечника, величина прессующего давления, исходное водотвердое отношение смеси и продолжительность твердения.

5. Выявлено, что оптимальным с точки зрения технологичности процесса прессования и энергозатрат является прессующее давление в пределах 5... 15 МПа, а оптимальным исходным водотвердым отношением для исследуемых систем с точки зрения удобоукладываемос-ти смеси, длительности прессования и конечных прочностных характеристик получаемого материала является В/'Т в пределах 0,4...0,5.

6. На основе теоретических и экспериментальных исследований предложена технология получения облицовочной цементно-ракушечной плитки для наружной и внутренней облицовок.

Получаемые изделия характеризуются прочностью на растяжение при изгибе 10 - 25 МПа, морозостойкостью И 300-500.

7. Разработаны исходные данные на проектирование линии, технологически!*! регламент на производство цементно-ракушечной облицовочной плитки, выпущены технические условия на производимую продукцию для условий Уральского производственного объединения стеновых Материалов. 'Разработанная документация будет использована институтом ГЛЗЖОБОЛАУ (г.Уральск, Казахстан), при проектировании технологической линии для Уральского производственного объединения стеновых материалов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Джакупов К.К. Минерально-сырьевые ресурсы Западно-Казахстанской области, используемые в строительной индустрии, и перерабатывающие их предприятия. - Уральск: Изд-во Западно-Казахстанского областного научного центра инженерной Академии Республики Казахстан, 1995. - 78 с.

2. Бабкоа В.В., Каримов Н.Х., Джакупов К.К., Каримов И.Н., Недосеко И.В., Газизов Х.В. Использование дисперсного известняка-ракушечника в составах смешанных цементов / / Материалы 1-го Международного совещания но химии и технологии цемента (апрель 1996 г.)/ РХТУ. - Москва. - 1996. - С. 128-129.

3. Джакупов К.К., Чнкота Л.Н., Чуйкпн Л.Е., Недосеко И.В. Использование отходов камненцленпя известняка-ракушечника в качестве сырьевого компонента для производства строительных изделий /'/' Материалы XXXXII-u научно-технической конференции УГНТУ. - Уфа - 1996. - с. 16.

4. Бабков В.В., Джакупов К.К., Анваров P.A., Недосеко И.В., Гайсин A.M., Чикота А.Н., Чуйкин А.Е. Облицовочные изделия на основе .промышленных отходов, получаемые по технологии фильт-прессования // Бюллетень строительного комплекса Республики Башкортостан. - Уфа,- 1996.- >Г? 3. - С. 26 - 28.

5. Бабков В.В., Джакупов К.К., Недосеко И.В., Чикота А.Н., Чуйкин А.Е. Известняк-ракушечник как сырьевой компонент в составах смешанных вяжущих и композиционных материалов на их основе /,/ Современные проблемы строительного материаловедения. Академические чтения РААСН: Материалы международной конференции (сентябрь 1996 г.)/ КГАСУ. - Казань. - 1996. - С.

6. Плиты цементно-ракушечные облицовочные. Технические условия ТУ 5714-055-02069450-96 / В.В.Бабков, К.К.Джакупов. И.В.Недосеко. - 1996. - 18 с.

Соискатель

К.К. Джакупов