автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Получение и использование для строительства шлаковых экокомпозитов

ПЕТЕРБУРГСКИЙ Р Г Б ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

ч / На правах рукописи

Г Е Р К Е Спетлапа Григорьепна

ПОЛУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

шлаковых экокомпозитов

Специальность 05.23.05 — Строительные материалы

и изделия

А и г о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1094

Работа выполнена в Петербургском государственном университете путей сообщения.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор СВАТОВСКАЯ Л. Б.,

кандидат технических наук СОЛОВЬЕВА В. Я.

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАТН доктор химических наук, профессор

ФЕДОРОВ Н. Ф.,

кандидат технических паук ЖУКОВ 10. А.

Ведущее предприятие — Ассоциация «Петростромпро-гресс».

Защита состоится 6 октября 1994 г. в 13 час 30 мин на заседании специализированного совета Д 114.03.04 при Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9, ауд. 3-237.

С диссертацией можно ознакомиться п библиотеке Университета.

Автореферат разослан 6 сентября 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

И. М. ЧЕРНЕВЛ

ОБЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Задача создания высокоплаковых композиционных материалов в настоящее время актуальна как с точки зрения разработки экозащитных для литосферы технологий по переработке побочных продуктов металлургического производства, так и с точки зрения выбора ткономически преимущественных технологических реиений получения материалов для строительства. Решение задач такого рода возможно с учетом современных представлений о природе возможных процессов на границах разделов фаз при образовании искусственных материалов, которые и были положены в основу предлагаемой работы.

Цель работы заключалась в получении высокошлаковых материалов строительного назначения, экозащитных для литосферы и экологически чистых - ококомпоэитов.

Для выполнения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

I.Определить н использовать критерии получения гидратаци-оннкх высокоплаковых ококомпоэитов в условиях тепловлааностной обработки с учетом свойств поверхности.

2. Исследовать физико-химические и строительно-технические свойства полученных олаковых композиций и определить области их применения.

3. Разработать технологические реаения получения высокошлаковых экокомпознтоп строительного назначения из побочных продуктов металлургического производства и использовать их в строительной практике.

Научная новизна работы состоит в следующем.

Показана возможность химического конструирования якокомпо-знтов на основе металлургических илаков в условиях тепловлая-ностной обработки, исходя из представлений о роли окислительно-восстановительных и кислотно-основных поверхностных процессов, отражающих природу шлака в их гидратационной активности. Отличия в природе металлургических слаков оценены по содержания железа (П), по значениям электродных потенциалов (<р), по содержанию молекулярного кислорода и величинам рН шлаковых водных суспензий, дающих предьарительную информацию о гидратационной ак-

тивности и о технологии использования цлаков в композиционных материалах. Выявлены закономерности изменения рН,электродного потенциала и молекулярного кислорода маковых годных суспензий, а также гидратационной активности алакових паст от содержания Ге(П) и размеров зерен; обнаружено, что при равной поверхности шлаков в суспензиях, чем выае содержание келеза (П), тем ниже значение электродного потенциала, относительного содержания молекулярного кислорода, гидратационной активности и вуше рН. Полученные результаты объясняются прохождением в системах окислительного Ге^+-е=Ге®'!" и восстановительного 1/2Н20*1/4(>2+е=0Н~ процессов; показано, что независимо от природы шлака, с ростом размера зерна наблюдается падение значений рН й рост значении электродного потенциала, при отом максимальные изменения этих параметров происходят при размерах зерна до I мм.

Установлено,, что для рассмотренных планов с содержанием келеза (П) до ~ 8,3% (череповецких и'икорских^ наибольшей активирующей способностью обладают соединения элементов 4-го периода с неполностью занятой с£- -оболочкой (кобальт,никель)и кальций. При отом сульфатная активация и&хсааальна для кальциевого, а хлоридная - для кобальтового 1! никелевого катионов и окислителей. Показана максимальная активирующая гидратацию шлака способность фосфогйпса после его термообработка при Т=150°С, связанная с максимальным тепловыделением и растворимостью при рН=2,7; установлено, что в присутствии термоактивированного при 150°С фосфогйпса ("ТА!а") подвергаются изменениям все составлявшие □лака. Выводы этой части работы послуг.или основой создания и использования термоалаковых зязу^их ("ТШВ"), отличающихся по-видейным содержанием ачака: более активного на основе череповецкого и малоактивного иа основе идорского.

Поскольку кезду разии-п фракциями одного и того ко по природе слака существует ДрН, возрастаем с увеличение!.! размера фракции, то дисперсии планов с пошкенныа по сравнению со средой рН ¡.;огут, играя роль более кислых подлонея . стимулировать гидратационные процессы со щелочной средой, влияя на кислотно-основное равнрвесио, а тем числе и на уровне адгезии в композиционных материалах,и активировать процессы.

Исходя из разницц в значениях рН (дрН>, в зависимости от природы и степени измельчения илаков, осуществлено химическое

конструирование материалов на основе'высокожелезистых алаков. Показано, что в системах из дисперсий ияорского шлака размером более, чем I мм, и активатора в виде "ГСВ", новообразованиями являются гидросиликати типа серпентина и гиллсбрандита, имеющие волокнистую структуру; материалы характеризуются повышен- : ной прочностью при изгибе - й>(зг /Рс,х достигает значения 0,4... 0,5. Результат); данной части работы явились основоЛ создания серии материалов из вь'Соконелезиеть:х алаков - на основе и»ор-ского мака "ЭКОлКОРЛ","Шл-1 " ,"М1Х-П" и на основе руставско-го слака "ЭКО-Р".

Практическая ценность р*.*отк.

Химическое конструирование композиционных материалов строительного назначения осуществлено, исходя из представлений о роли окислительно-восстановительных и кислотно-основных процессов на границах разделов фаз.

Разработана технология получения термоплакового вякущего ("ТЕЗ") на основе череповецкого клака, аналогичного портландцементу Ц 400, активированного "ТА2" в сочетании с клинкером, используемого при ТВО для тянель-х бетонов M 400,350,300,250,200 различной подвижности. На "ПИВ" разработаны технический условия ТУ 254-3987379-770-92 и технологический регламент; подана заявка (приоритет от 1.07.93). Стоимость "TSB" на 2э% нике стоимости портландцемента; на опктно:.: заводе "Гипроцемент" выпусе-на опытная партия "ГЛЗ". Бетони на "ИДЗ" обладают водонепроницаемостью ~ G ат.ч, морозостойкостью > 200 циклов, улучшенными деформационными характеристикой и истираемостью менее 0,5 г/см"; из бетона на "ТЕЗ" Ц 400 изготовлены тротуарные шиты, эксплуатируемые в центра С-Пзгербурга с 1992 г.

Разработана технология получения экокомпозитов в рамках экопрограммы "Чистая Ihopa" на основе отвальных гсхорских алаков и создана серия материалов - "ЭК0/Г.0РЛ","!ЯХ-1","!'1Х-11". Материалы состоят более, чем на SQ^ из побочных продуктов металлургического производства,и 7...EÎ активатора, в качестве которого использовано "ШВ" или антивксаливал^ез вянущее. Получен тяжелый бетон "ЭКОИЖОРЛ" Ы 400,350, обладающий пониженной истираемость», которая составляет 0,4ô r/cifi, повышенной прочностью при изгибе, Е г /]?,„., =0,36 и морозостойкостью евкие 200 циклов.

Бетон может быть использован в соответствии с требованиями ГОСТ 17608-81 для изготовления тротуарных плит, на которые разработаны технические условия ТУ 401-83-ОЛ91 и технологический регламент. Использование формоотхода в сочетании с некондиционными отвальными шлаками и "ШЗ" позволило получить стеновые бетонные камни "М1Х-1" М 150,100 с отношением / ^сж =0>4-..0,5; разработаны проекты технических условий и технологический регламент их изготовления.

Получен материал "М1Х-1Г с антивысаливаюцим вяжущим для стеновых камней 11 150,100; разработаны проекты технических условий и технологический регламент; материалы морозостойки, высолообразований не наблюдается. На металлургическом производстве "Ижорский завод" выпущена опытная партия стеновых камней.

Разработана технология получения стеновых камней "ЭК0-Р" на основе отвального руставского шлака и 7...Й& активатора в условиях ТВО. Прочность стеновых камней соответствует 11 100, 75,50, морозостойкость 15 циклов; разработаны технические условия ТУ 401-83-010-91 и технологический регламент; технология изготовления камней принята к внедрению в 1991 году.

За счет использования разработанных технологий получения чкокомпозитов МГП "ИНХИМ" получена прибыль, использованная для покрытия части расходов по приобретению вычислительной техники и соответствующая стоимости двух компьютеров 1ВМ РС.

Результаты работы использованы в учебном процессе разных факультетов - подготовительного,"СЕД" 'Ш".'

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции "Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении" (г.Белгород,19Ь9г.),на 3-ей Республиканской конференции "Научно-технический прогресс в технологии строительных материалов" (г.Алма-Ата,1990 г.), на Всесоюзном техническом семинаре(г.Рига, 1991 г.), на Всесоюзном научно-техническом совещании по химии и технологии цемента ¡г.Москва, 1991 г.), на Межреспубликанском семинаре (г.Рига,1991 г.), на научно- технических конференциях в ПГУЛСе: "Неделя науки-91","педеля науки-92","Не-

деля науки-93", на научно-технической конференции "Прогрессивнее строительные материалы и изделия на основе использования природного и техногенного сырья" (г.С-Петербург, 1992 г.), на научно-технической конференции в ПГУГСе "Неделя науки-94", на 9-ом Международном конгрессе по химии цемента (Индия, 1992)

Структура я объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 9 глав, общих выводов, списка литературы, включающего наименований и приложений.

Изложена на /¿¡¿страницах, включая 31 рисунков и ^таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Исходя из современных представлений о природе гидратацион-ных явлений при твердении и контактных зон в силикатных материалах на основе портландцемента -научные школы С-Петербурга, Киева, Москвы, Харькова и др. можно полагать, что в системах на основе алакоз поверхностные окислительно-восстановительнге в сочетании с кислотно-основным процессы, долены играть существенную роль в гидратацконной активности, поскольку в шлаках в отличие от портландцемента присутствуют элементы в переменных степенях окисления., и в первуо очередь келезо. Поверхностнь-е свойства твердах тел могут быть отражены характеристика;.« водных суспензий в значениях электродных потенциалов (</?), связанных с ними значенилгл рН, а такг.е содержанием молекулярного кислорода.

Объектам: исследований в работе слукили атаки разной природы - череповецкий, югорский и руставский, отличаищиеся содержанием г.слега (П) (тгбл.1).

Таблица I

Характеристики шлаков

Исполь- Основной минералогичес-зуекый кий состав исходных шлак шлаков_

Название Оормула

Т

"3"

о ь V

Черепо- Гелени'

Двухкаль-

циевый

силикат

С2А5

р

1,4 1,3 5,0 5,2

Продолжение табл.1

I 2 3 4 5 б 7

Череповецкий гранулированный Мервгшит Мелиллит СМ 5 ОзгМИдМ» «^07

ЛяорсхиЛ Гелен;!Т С2Л5 отволь- Монтичеллит СМ5 Мераинит С„М5

О

8,3 2,88 2,6 1,4

НЫЛ

Двухкальцие-вын силикат /¡-С^

Рустаз- М°«™челлкт СМ5 с кий от- Кальцит СаС03

сальный двухколь1?ие_

выП силикат Окись Ре(П) ГеО

10,9 12,85 1,7

Ни;

ДИЛЛИТ Мя,^*

ХАРАКТЕР!СПШ ШЛАКОВЫХ В0Д1ИХ СУСПЕНЗИЙ

У. в ----- - . I

ыз >и \ У Д00

м во

¡и со

сха

ел и 1 гр

г ■» « в о й

соЗсржакаг Лт/ЗД;«

1,2,3 -'изменения водородного показателя, относительного содержания кислорода « электродного потенциала, соответственно .

Рис Л

На ряс. I представлены зависимости изменения электродного потенциала (уз), молекулярного кислорода и рН- водных суспеп-гиЯ при одинаковой удельной поверхности, равной 3500 см^/г,

-Ь-

установленные в интеррале времени не более 15 кинут (область стабильности). Из полученных данных следует, что чем вгза содержание Ре СП), тем шпе значение -электродного потенциала, при зтои значение рН увеличивается, а .относительное содержание молекулярного кислорода уменьшается. Значения элетгтроднях потенциалов можно объяснить прохождением в системах окислительного Ре~+ -е=Ге3+ и восстановительного 1/2Н,!М/402+е=0Н~ про-цесссп»пр:?водящнх 1С возрастания рН. Зависимости, представляющие изменения значений рН (рис.2-6) и электродного потенциала(р-,:с.2-а) в зависимости о? крупности зерна алакез, отличающихся содержанием железа (П\ согласуются с данными рис.1 а покязкЕапт, что максимальнее изменения этих параметров, происходят при изменении размера зерна до I мм. Следует отметить, что у планов с помненным содержанием келеза (Л) происходи? более интенсивное изменение окислительно-восстановительного потенциала в зависимости от размера зерна плака.

ХАРАКТЕР/СТ'.КИ ПЛЛКСЕлХ ЕСДКУл СУСПЕН31Я

в ашжости от размера зерна

Рис. 2

1,2,3 - череповецкий, ¡ксрскиЛ, русталски". плакн; соответственно.

3 условиях ТВО, проведенной яр:1 Т=6с£3°С по режиму 3+3+6+3, показано, что с увеличение.: содог'г.гн/т железа (П) 2 илпке лзниетстся количество х"мн'-:сс:\П связанно.! води, при этем гздратацяоннгя актлвкэрть плгпгоз при содержания г еле за (Л)

>1055 близка-к нулю (табл.1,Гр.5,б,7). Гидратных фаз в рус-тавском шлаке практически не обнаружено, а содержание Ге (П) после ТВО уменьшилось до 6,8^. Отрицательная роль железа (II) в условиях ТВО может бить связана с блокадой электроноакцеп-торных центров в гидравлически-активных минералах шлаков. При измельчении шлаков отрицательное влияние железа СП) на гидратацию гидравлически-активных минералов возрастает, поэтому измельчение шлаков с повышенны;.! содержанием келеза (П) менее размера Г ым нецелесообразно; с др>угой стороны дисперсии шлаков размером более I км сохраняю гидратационно-активную по-верхность-подлояку, которая способна оказывать воздействие' на систему как на уровне влияния на кислотно-основное равновесие в ней, так и на уровне адгезии й композиционных материалах. Сделано 2 серии экспериментов - вводились дисперсии череповецкого и [".орского шлаков размером 1...5 к.) к тонкомолотому череповецкому шлаку и портландцементу Ы 400, соответственно. Установлено, что введение крупной фракции шлаков усиливает гидратацию минералов из шлака и цемента (по количеству химически связанной воды) и изменяет фазообразовалие.

При рассматриваемо!! подходе активность шлаков с малым содержанием келеза (П), например, Череповецких, может быть управляема известными приемами - введением активаторов, а такхе измельчением. Шлаки с повышенным содерканием железа СП) целесообразно использовать как гидравлически активный заполнитель с размером зерна более I &м и его поверхностное воздействие должно проявиться з свойствах контактных зон и в поверхностных

реакциях.

В дальнейшем в работе исследовалась возможность активирования череповецкого и изорского шлаков с целью получения высокошлакового вяяущего максимальной активности и получения вксо-коолаковых материалов с использованием грубых дисперсий из ияорского и руставского влакоо (высокое содержание железа (II)).

Были исследованы гидратационные процессы чер< ;:овецкогс шлака различными группами активаторов: окислителями, соединениями элементов 4-го периода и фосфогилсом различной температуры телеобработки. Установлено, что степень и особенности за-

-10-

полнения ct- оболочки катиона активатора, при прочих равных условиях, по-разному влияют на реакционность маковой системы и наибольшей активирующей способность» обладают соединения элементов 4-го периода с неполностью занятой cL- оболочкой ( никель, кобаль^ и. кальций; при этом сульфатная активация максимальна для кальциевого катиона, а хлоридная - для кобальтового и никелевого катионов. Процессы гидратации шлака в присутствии соединений этих элементов идут по силикатной составлявшей с образованием тоберлоритоподобного. силиката типа CS НС И) и C2SH(II). Окислители (хромат и манганат-иоки) оказывают достаточно сильное воздействие на минералу алака и основная гидратация в этом случае идет по магниЛсодержацему. компоненту с образованием гидросиликатов магния типа серпентина С3М5 , а также гидросиликатов кальция типа гиролита С целью обеспечения эко-выбора был использован фосфогипс Волховского химического завода, который, как установлено исследованиями,'при Т=150°С имеет максимальное тепловыделение и растворимость при рН=2,7 (термоактивированный фосфогипс - ТАЙ). В композиции "олак-ТАЗ" наблюдается постоянное увеличение тепловыделения, что говорит о происходящих незатухающих процессах гидратации самого плака, приводящих к его максимальному активированию; при совместном действии с клинкером прочность при сжатии, определенная по ГОСТ 310.4-81, в зависимости от состава представлена в таблице 2. Физико-химическими исследованию.:;! установлено, что продуктами гидратации являются гидросиликаты кальция типа тоберморита II,ЗА0, гиролита CgS Н2 и C9S Н (С), а такяе гидроалкз.-.инаты.

В дальнейзе;,: состав Г<2 табл.2 назван термоплаковым вяжущим (Т2В). В полупромышленных условиях на опытном заводе "Гипроце-мент" была выпущена опытная партия "Т£3" (55 тонн) на основе череповецкого мака. На "ТиЗ" разработаны технические условия ТУ 254-3987379-770-92 и технологический регламент; в условиях Гатчинского ДСК и ТГО ДХ г.С-Пзтербурга били проведены прокаленные подборы бетонов по Руководству НИИЕБа для Н 400,350,300, 250,200 с подвижностью.по O.K. = I...4 см и 10. ..II см с расходом "ТЕВ" аналогично портландцементу U 400 з соответствии с типовыми нормами расхода цемента (табл.3). Бетоны на "ТШВ" обладают водонепроницаемостью не менее б атм, морозостойкостью не

CM cl

R aj

I

О

О □

я H s о tí c5 O

(ä n o o

m &<g

л? H

o "

o o

¿.o ü> s к S S oí О Л X Е

X о о ra о X tQ (3 О CLÍVD Мао

Ö - 2 сЗ

5 о

й о £

сЗ о

Си

»

Ч

ti о

Ю ci

о

о, (Я

о

в

E-î

о =

С; с<

;г:

с'

с. Ti

(П

<•• м

с. có

О ^

О - I

и

О

3 S

о

S 2¡

M CVJ 8 Й

S Si» S 5s ^

ej § S § ci c3 S

UEUEa

o> a> 4) о a) о о

НИШ

« и щ и я а «

о см см см ю со ^j«

нч к-Ч 1-4 Н4 нч

И-1 ы и и и и

53,2 47,8 CM ю ■с 46,0 см 0> L.O

ю см со

с? к- со 1р M Ii" 3 со Ю

i? о if to со 35,2 35,8 44,1

30,1 28.3 27,4 27,8 35,2

Ч о со о « о CJ ю ы о ю о со

ю lÓ ю ю ю IO

ю о VI1 о о ио о « о t—t о ю

со oi ci см см со M

О О 1Л О О о. CM www

Ю if -С 1« to о ю

- • - - - ■ - - см c-í см

■о О Ю СО о

•П О "3 О ;">

м см см со см см

о (О о г- со • 0 'О

со Ь- Е> г> с- г> г-

1—1 w со — п -.о

о о о о о о о с 1

о о о о о о о К

ID ю ю о ио о

ГО со со со со CJ •V г:

ix о £ и

■О

го

Таблица 3

йизико-ыеханические характеристики бетона на термошлшсовоа вяауцеы

WP Расход материалов на В/Ц O.K. Прочность после ТВО при ежа- \д/ ^Рка

an I м3 бетонаt кг си тин и изгибе, МЛа, возраст атм. цикл" изде-

Easy- Заполнит ель с у т к и ы е с j 1 ц ы не менее лил

цбб мелкий крушь'Л I 28 3 б

I. 2GS 769 IG90 0,52 4,0 15.0 3,1 21,2 4,4 24,4 5,06 26,0 5,4 6 200 200

2. 3-Ш 749 1123 0,47 4,0 _ 21,2 4,25 31,8 6,7 36.8 7,6 39 Д 8,1 8 200 300

3. 393 691 1126 0,45 4,0 26,0 5,6 36.3 7,8 42,1 9,0 44,6 9,5 8 200 350

4. 443 6СЗ ЮЭО 0,40 2,0 27,7 6,8 42,6 8,9 47,4 9,8 51,4 10,6 8 200 400

5. 455 818 618 0,54 II ,0 20.2 3,8 31,0 5,6 34,3 6,1 37.4 6,5 8 200 300

менее 200 циклов и пониженной истираемостью - менее 0,5 г/см^. Учитывая, что бетон имеет повыеенную прочность при изгибе, при птом R((3r /5СЖ более 0,2, и пониженную истираемость, были изготовлены тротуарные плиты (бетон М 400 , состав И4/, табл.3), эк-С11дуатируемые в центре Санкт-Петербурга с 1992 года.

Исследования по повышению гидратационной активности илаков с повышенном содержанием железа (ГО, с целью получения вяжущего, проводились на ижорских атаках, содержащих 8,3% Fe(П). Были исследованы гидратационнке процессы в присутствии различных активаторов; установлено, что наибольшей активирующей гидратационную активность способностью обладают соединения элементов с неполностью занятой сиобэлочкой (кобальт, никель), "ТАЗ" в сочетании с клинкером и "ТШВ". Показана возможность получения низкоактивного вянущего на основе шлаков с повишеннш содержанием железа (Б).

Кроме, замены традиционного портландцемента, "ТПВ" было использовано в создании композиционных материалов на базе ижорсккх шлаков в рамках зкологической программы "Чистая Ижора" (табл.4). С учетом ранее проведенньтс исследований и выводов ижорский влак, содержащий 8,32 Fe(íl), использовался в виде дисперсий . с размером более I мм. Обнаружено, что взаимное присутствие слаков разной природы - череповецкого из "TJB" и ияорского в виде заполнителя, эффективно усиливает гидратации составляющих плаков. Основными продуктами гидратации, по данным РЗА, ДТА и ¡lK-спектроскопии, являются гидросиликаты, имеющие волокнистую структуру, такие как серпентин LigS Н и гиллебрандит CgS Н, а также гидроеиликаты кальция типа гиролита C£S gHg и С 5 Н(1). Полученные данные могут быть объяснены влиянием на кислотно-основное равновесие на границах разделов шлаковых фаз, которые, имея разную природу и разную степень измельчения, отличаются значения!.'.;! pH, т.е. меаду ними существует Д pH. Дисперсии ияорского. сзлака, обладающие более низким значением pH, усиливает гидратациокные процессы TJ3", имеющего щелочную реакцию с более высоким значением pH. Полу-ченнный материал состава %2 табл.4 имеет высокие прочностные характеристики после ТВО в возрасте 28 суток: при изгибе - более 10 Ulla, при скатии - более 40,Lilla. Морозостойкость бетона составила не менее 200 циклов. Бетон, обладающий такими физико -

Таблица 4

пшашзкшш н.\ основа отходов йыкьюгс»

2ЛЩцД

Состаз хсгло^.циснного В/Ц ¿.'росюсть ¡¡оело ТЮ, 1Ща, возраст В иороао-Ш1 иатериагл, 1-лс.%--стой- Сутки ' Месяцы V кость,

.•гид отхода, фракции, ¡..и Напмоно-ваипо ГО, ^ I 2о 3 6 цикл

аллк со р:л>-стход сжатие иап;б с:.'л- изгиб тно ежа- изгиб ТИ9 ежа- изгиб тие

1-0 5-10 1-3

I. 75 - - 25, Г.-13 0,36 17,4 '3,3 21,7 5,1 26,6 6,1 2о,7 6,7 0,23 100

2. 30 45 - 25,113 0,3-4 ¿7,4 7,4 40,4 10, Ь 49,4 12,7 54,3 14,7 0,27 200

5. 20 45 10 25, 7,6 37.9 10,5 45,3 11,9 53,о 13,1 0,30 100

•1. 15 45 15 0»3э 23,2 9,7 31,6 12,9 40,Ь 14,1 50,1 15,6 0,42 100

5. 10 45 £0 25,ЖЗ 0,2Э 20,4 9,2 22,7 12,3 31,6 13,7 32,6 16,3 0,50 100

-6. 10 45 20 ("кяи-кер 25 1ТАЗ + 0,15 0,37 13,6 5.Э 21,0 6,7 27,5 Ь,Ь 23,Ь 9,6 0,22 100

техническими характеристиками, мсает быть рекомендован для дорожных покрытий; для данного композиционного состава разработаны технические условия ТУ 401-83-0^4-91 и технологический регламент, изготовления тротуарных плит "ЭКОШОРА" M 400,350; методом полиномиальной регрессии получена математическая модель.

Помимо шака, в экоматериалах был использован неутилизиру-емай формоотход ияорского завода, представляющий собой песок фракции размером I...3 мм при рН=10,7. Оор.юотход в сочетании с крупной фракцией шлака .более 5 ш и "Tl!B" значительно повышает прочность при изгибе (табл.4, состав в результате отношение Кизг, /Всж достигает значения 0,4...0,5. Полученный материал морозостойкий, вксолообразований не наблюдается. Данный ссстав был подокон в основу создания стеновых бетонных камней (MIX-I) H 150,100, на который разработан»- проект., технических условий'-

Кроме разработанного '"ИВ", в качестве активатора использовано традиционное вяжущее в виде клинкера с "ТАЗ" в сочетании с ЭЛБИ (ТУ 254-3937379-059-91)., которое обладает антисысаливав-цим эффектом. Достигнутые физико-технические характеристики материала (состав Кб, табл.4) позволили рекомендовать его для изготовления стеновых бетонных камней (MIX-П) M 150,100, на которое разработай . проект1' гехиаческщс условий.

Аналогично шорскому шлаку для получения композиционных экоматериалов бил использован отвальный руставский шлак. Количество активатора находилось в пределах 8%, остальное составлял руставский шлак,представленный различными фракциями. Па основании разработанного состава получен материал с прочностью в 28-ми суточном возрасте свыше 14,0 llíb (табл.5, состав Ю), который был рекомендован для стеновых камней "ЭКО-Р". Основа твердения данного материала в условиях ТВО - низкоосновнке тоберморитопо-добные гидросиликаты типа Cg5 Н(С). По заказу г.Руст&ви разработаны технические условия ТУ 401-83-010-91 и технологический регламент на стеновые камни Li .75,50.

Для оценки, коррозионнозацитнкх свойств разработанных материалов по отношении к металлу арматуры в железобетонных конструк-

шштомгогэты на основе отвального руставского шлака

Таблица 5

Состав композиционного материала, Прочность при сяатии после ТВО.МЛа,возраст

% • ■ с у т к и м е с я ц и

п/п илак Актива™ тор ¿заполнитель, см

Арракцш I, мм г 20 з 6 12

!->} О-чО)

I о 3 4 О 0 7 8 9 10 ii 12

т х . 75 25 ~ — 0,23 2,0 1,2 1,0 2,7 3,3 3,7

о 10,75 6,25 35 40 0,29 2,0 а о ^ |Л» 12,7 15,9 19,1 20,7

о • 22,60 7,50 30 40 0,28 2,0 9,8 14,3 17,7 21,6 22,3

4. 26,25 8,75 25 40 0,27 2,0 9,4 13,1 16,8 20,7 21,4

АССОРТИМЕНТ ШЛАКОВЫХ 5

:/'п ГОСТ Наименование илака Марка изделий

I. Кгшш бетонт/е стонов!:'« "ЗКО-Р" 6133-84 РуставскиЯ 75,50

2. Плита тротуарная 17608-81 Ижорский 400,350

2. Камни бетонные стеновке "М1Х-1" 6133-84 Ияорский 150,100

•1. Камни бетонное стсновке "М1Х-П" 6133-84 Ияорский 150,100

5. Тормошлаковое вяжущее 10178-85 Череповецкий 400

С. Плита тротуарная 17608-81 Череповецкий 400

7. Панели стеновые 11024-84 Череповецкий 350,300, 250,200

) К О К О И П О 3 и т о в

Таблица Г6

Документация Регион опробывания

401-83-010-91 401-83-004-91 проект ТУ

проект ТУ

254-3987379-770--92

Акт о проведении натурных испытаний ношенная, 1УУ2 г.

опытно-промьгален- Т.ТО "НХ" те подборы Гатчинский ДСК

г.Р^стави, 1991 г.

Металлургическое пр-во Ижорского з-да, 1992г.

Металлургическое пр-во Ияорского з-да, 1954г.

Металлургическое пр-во ¿корского з-да, 19у4 г.

Опытный з-д института "Гипроцемент", 1992 г.

Санкт-Петербург, ул.Ко-

циях были проведены исследования коррозионно-электрохимическо-го поведения железного электрода потенциостатическим методом (рис.4). В коррозионном отношении разработанные материалы подобны цементу, кроме композиции на основе Руставского алака, что следует из отсутствия активной области растворения металла и в практически полном совпадении поведения в пассивной области поляризационных кривых i - </>.

псдкрдзационше кривье экоашовых МАТЕРИАЛОВ

10'

I

ло го 10

1

.. .,

-о/ь о,а с// о,а г,I

Н31

1 - портландцемент;

2 - термоалаковоо

вяздщееС'ТЫЗ")

3 - "ЭКО-Р"

4 - "ЭШШОРА"

5 - "1ЯХ-1"

Рис.4

Таким образом,анализ зависимости кривых 1 -I( дает основание утверждать наличие у соответствущих композиций корро-зконнозыцгтных свойств по относениз к арматура и возможность применения их а г.елезобетоннпгх конструкциях.

В таблице б представлен ассортимент полученных пкокомпо-зитов, имеххцих заключение СЭС и зклзчащих более 90$ побочных проектов металлургического производства.

ВЫВОДИ Ш РАБОТЕ

I. Возможность химического конструирования гжокомпозитов на основе металлургических алаков и их гидратационнап активность в условиях теплозлаяносткой обработки рассмотрена, ис-

хсдя из представлении о роли окислительно-восстановительных П'

кислотно-основных поверхностных процессов, отражающих природу шлаков, оцененной по содержанию д.елеза (П), по значениям электродных потенциалов, содержания молекулярного кислорода и величинам рН шлаковых водшх суспензий.

2. Выявлены закономерности изменения рН, электродного потенциала и относительного содер.;"л!шп молекулярного кислорода шлаковых водных суспензий, о так.-;о гидрлтпцпонкоЯ активмости от содержания Ре(П); показано, что при равной поверхности шлаков в суспензиях чем еы:ке соцерглнне лселоза (¡1), тем шна гид-ратацио:шая активность, значения электродного потенциала, относительной содержание молекулярного кислорода и выте значение рН. Полученное результаты можно объяснить прохск;дением в системах окислительных Ге2+-е-Ре^+ л вссстановптелышх 1/210+1 /402-О]]~ процессов. Установлено, что независимо от природы вла:;а наблюдается изменение значений рН и у7 с ростом раомера серпа, при этом максимальные изменений этих параметров происходят при рае-море зерна мм. Поскольку окислительный процесс возрастает особенно интенсивно при росте поверхности - измельчать высококс-лезистыс шлаки менее 1 ьы нецелесообразно и содержание в клаке железа (11) кокет быть использовано в качество предварительной информации о технологии использования шлаков в композиционных материалах.

3. Установлено, что для рассмотренных череповецких и икор-ских шлаков наибольшей активирующей способность*} обладают соединения элементов 4-го периода с неполностью занятой ¿.-оболочкой (кобальт, никель) и кальций, при этом сульфатная активация максимальна для кальциевого, а хлоридная - для кобальтового к никелевого катионов, а также для окислителей, ¡изучены особенности гидратации шлаков в присутствии активаторов разной природ!!. Неучено влияние в качество активатора сульфата кальция в видэ <1:ос-фогипса (эког.ыбор); показана его максимальная активирующая гидратация шлака способность после термообработки при Т=150°С, связанная с максимальным тепловыделение;-: и растьэрккостьэ при рК-2,7 (термоактис::рог,ан!!1:Г| фосфогипс, "ТЛч>" ).

4. Предложена технология получения термз'.е/.акосого акало1 ичного портландцементу К 40и, не оскосс чгрсповецкзго ц.л: -ка, активированного "ТЛ£ом" в сочетании с клинкером, при за о:.-стоимость вяйуа(01 о на 2Ь"5 ниже стоимости пор?лш|дц8.*:зитй. га

-20-

термоалакопое вя:.'.у;цее (ïl!ii>) разработано ТУ 254-39U7379-'770-92; snítjt'ee использоепно при получении бетона M 400,350,300,23^, 200 различной подвижности; бетон на "ТШ" обладает водонепроницаемостью не менее G атм, морозостойкостью не менее 2U0 циклоп, пониженной истираемость» 0,45 г/с:/". Показана возможность получения низкоактивного, пяиуцего на основе идорских шлаков, характеризуешь повы;::енн.-м содержанием гхелеза (П).

5. Осуществлено чтаическое конструирование материалов на основа высокожелезистых ¡злаков, исходя из разницы в значениях рН(ДрН), в зависимости от природы и степени измельчения шлаков. Разработана технологи:? получения эиокомпозитов в рамках программы "Чистая ¡hopa" ка основе отвальных шорских шлаков в условиях ТБО и создана серия материалов - "ЗКО'ЛКСРА" ."MIX-I" ,"ШХ-П", состоящих более, чем на 90$ из побочных продуктов металлургического производства, и 7-Gfî активатора, в качестве которого использованы "TiilB" или антивысаливащее вяжущее. Прочность эко-композитов в зависимости от вида изделий соответствует M 400, 150,100, Изделия имеет повышенную прочность при изгибе, при этом отношение P1¡3r, /Кск достигает значения 0,4...0,5, что объясняется образованием гидросилякатов типа серпентина и гиллебрандита, кмапеда волокнистую структуру. На композиционный материал "ЭК0-1П0РЛ" разработаны 7У 401-83-004-91 и технологический регламент, на "MIX-I" и "М1Х-П—проекты технических условий.

Катодом полиномиальной регрессгядлл композиционного материала "ЭК0И50РА" составлена математическая модель 3-ей степени.

6. Разработана технология, получения стеновых камней "ЭК0-Р" :;а основе SOJí отвального руставского шлака и 7-6/5 активатора. Прочность стеновых камней.соответствует И 100,75,50; морозостойкость составила 15 циклов. На полученный материал разработаны ТУ 401-83-010-91 и технологический регламент. Продуктами гидратации является гидросиликати кальция типа ЯСС).

7. Из анализа зависимостей поляризационных кривых i - tp установлено, что рее разработанные композиции в коррозионном отношении подобны портландцементу и обладает коррозионно-зацитни-ми по отношение к арматуре свойствами, кроме композиции на основе руставского шлака, имевшего максимальное содержание яелеза(П). Данная композиция млярт бить рекомендована для всех изделий,

кроме жвлолобегонных конструкций.

0.Разработанные технологии приняты к использование на ыа-таллургичсских заводах Лжорц и Рустави. На разработанное '"ШВ" подана заявка /приоритет от 1.07.93/. Из бетона на "ИЬВН М 400 изготовлены тротуарные плиты, эксплуатируете в центре С-Пе-тербурга с 1992 г. Материалы экспонировались на выставках: в испытательно-научном центре БНЛЛ&Та при совещании главных инженеров железных дорог (ноябрь. 19УЗ г.) и ЭКСПО КД-94 (июль-август 1994 г.)

За счет использования разработанных технологий получения шлакокомпозитов, МП! "ИНМГ получена прибыль, использованная для покрытия части расходов по приобретению вычислительной техники и соответствующая стоимости двух компьютеров 1ВЫ РС.

9. Материалы диссертации использованы в учебном процессе ШТОС факультета довузовской подготовки и в учебном практикума студентов специальности "СЬД".

Основные положения диссертации опубликована в работах:

1. Сватовская Л.Б..Соловьева В.Я.,Герке С.Г. ,Умаш> Н.И. Получе1ше связующих материалов с учетом особенностей электронного строения твердого тела, фундаментальные исследования и новые технология в строительном материаловедении: Тез.докл.Всесоюзной конференции.Белгород, 19Ь9, с.З.

2. Сватовская ;;.Б.,Сычэз У.П., ¿¡аха:»:бетова У.К.,Герке С.Г., Соловьева В.Я. Концепция твердых оснований в проблеме активированного твердения. Цемент, 1990, НО, с.1ь-21.

0. Сватовская ¿.Б..Соловьева В.Я.,Сычев М.Ы.,Герке С.Г., Умань Н.И. Об особенностях гидратации низкоосновных силикатов. Научно-технич.прогресс в технологии строительных материалов. Тез.докл.Республик.научно-текн.конф. Алма-Ата, 1990, с.17.

4. Абакумова Ю.П.,Соловьева В. Я.,Смирнова Т.В.,латутова Ы.Н.,Геркс С.Г. Иотекциостатическое исследование стальной арматуры при твердении вякувдх различной природа. Цемент,1920, с.21-22.

5. Сватовская Л.Б..Соловьева В.Я.,Сычев Ы.И.,Герке С.Г., Умань Н.И. Получение гидратационких илакосых илкущих. Ресурсосберегающие технологии и экологически чистые производства. Тез. докл.Всесоюзного научно-технического семшара. Рига,1990, с.37.

-22-

6. Сватовская Ji.Б..Соловьева В.Я.,Герке С.Г.,Чернаков Ь.А., Масленникова л.л. Применение щелочесодержащих отходов при получении материалов. Ресурсосберегающие технологии и экологически чистые производства. Тез.докл.Всесоюзного научно-техн.семинара. Рига, 1990, с.30.

7. Абакумова Ю.П..Соловьева В.Я..Смирнова Т.В.,Герке С.Г., Латутова М.Н.,Умань Н.И. Особенности коррозионного поведения арматурной стали в материалах на основе техногенных продуктов. Ресурсосберегающие технологии и экологически чистые производства. Тез.докл.Всесоюзного научно-техн.семинара. Рига,1990, с.44.

в. Сватовская Л.В.,Сычев Ы.М.,Соловьева В.Я..Смирнова Т.В., Герке С.Г. .¿.онорно-акцепторные взаимодействия и транспорт зарядов при гидратации вяжущих. Тез.докл. 1Ш Всесоюзного научно-техн. совещания по химии и технологии цемента. Москва, 1991,с.156-157.

9. Герке С.Г..Соловьева Ь.Я..Черникова H.H. йшаки гидрата-ционного твердения. Тез.докл.51 студенческой научно-техн.конфер. "Неделя науки", л-д, 1991, С.51.

10. Герке С.I'..Соловьева Ь.Я.,Ульянова И.В. Принципы активирования 1'идратационных процессов. Тез.докл. 51 студенческой научно-техн. конференции "Неделя науки". Ji-д, 1991, с.52.

11. Сватовская J..В.,Сычев М.М..Соловьева В.Я.,Герке С.Г. Управление гидратационной активностью шлака с учетом природы химической связи. Цемент, 1991, ХЧЗ, с.52-55.

12. Абакумова Ю.П..Соловьева В.Я.«Смирнова Т.В.,Герке С.Г.. Электропроводность при схватывании вяяущих новых композиционных составов. Цемент, 1992, №1, с.46-48.

13.Соловьова В.Я.,Герке С.Г.,Шубаев В.Л..Чибисов Н.П. Активация гидратации и твердения связующих на основе шлаков. Цемент, 1992, 1га, с.43-47.

14. Герке С.Г.,Шубаев В.Л..Соловьева В.Я..Ульянова И.В. Особенности тепловыделения в зависимости от природы месторождения шлака. Тез.докл. 52 студенческой научно-техн.конференции "Неделя науки", С-Петербург, 1992, с.62.

15. Герке С.Г..Соловьева В.Я.,Чибисов Н.П..Черникова H.H. Физико-химические принципы активирования шлаков. Тез.докл.научно-Кехн.конференции 52 студенческой ."Неделя науки", С-Петербург, 1992, с.63.

IG. Абакуиоьо U .11., Соло blobs D.fi..Овчинникова В.11.,Горка С.Г. Клсленникова ji.Ji..Шатрова Т.Н.,Ушнь 11.1!. Исследование своПсти арматуру с вяжу1дих материалах различной природа потскцкостатичас-ким «егодом. Цеианг, 2092, ,VG, с.70-74.

17. Сватовская Л.Б. .Смирнова Т.В.,Сычов 1!.!.;. .Соловьева ЕЛ. Шангина Н.Н.,Горке С.Г. Управление гндратациокпоЕ ьитиыюс.'ьэ силикатов с учэток представлений о порепосе аарлдоь в твердых телах. Тез.докл.IX Кохщународного конгресса по химии цемента. Илдия, -1992.

18. Соловьева В.Я. ,Гер;се С.Г. .Cecltoeckl;; J1.Б. Композиты из шлаков для строительства. Тез.докл. научно-техн.конференции "Прогрессивные строптелыис материала и изделия на ссносз использования природного и техногенного сырья1-. С-11етербург, 1992, с.95.

19. Герке С.Г. .Соловьева В.Я. Строетелышо детали и изделия из АШ. Тез.докл.53 студенчэскоП научцо-яехн.конференции. C-Ib-тербург, 1993, с.63.

20. Герке С.Г..Соловьева В.Я. Получониу энергоокономных связующих типа АШБ. Тез.докл. 53 студенческой научко-техк.конференции. С-11етербург. 1993, с.64.

21. Соловьева В.Я.,Герке С.Г..Прут.А.С. Термодинамический анализ реакции гидратации металлургических илакои. Тездокл.54 студенческой научно-техн.конференции. С-Негербург,1У94, с.63

22. Герке С.Г..Соловьева Б.Я., ПовсподьцеЕ В.В. Новый ассортимент композиционных иатериалоз "ИаОРА". Тез.докл.54 иауч-но-техн.конференции. С.-Петербург, 1394, с.85.

Подписано к печати Объ in 1,5 п.л.

Лечить офсаткая. lyucsa и» иаожкт.ояп. iopr.sr 60x0^ I/I6

Тирск IG'j экз. Заем Бвспзатио

РТП ПГ/ЯС Сг.ппт-Пмсрбург, Косгоккиа op. ,9

-2ч-